MODELOS DE YACIMIENTOS

Introduccin

Modelos de Yacimientos Un modelo consiste en el intento de describir y explicar el

comportamiento de un proceso (natural) en trminos de parmetros medibles en su estado final.

En el caso de geologa lo que se observa y estudia es el resultado final.

Por lo tanto un modelo puede ser visto como una funcin f (xn), donde xixn representan parmetros como temperatura, presin, litologa, fuente de agua, permeabilidad, Eh, pH, fO2, fS2, ambiente tectnico, etc.

Siendo la cantidad de parmetros involucrados extremadamente grande y de compleja medicin, muchas veces producto de interpretaciones subjetivas, el desarrollo de un modelo geolgico de deposito es sujeto a una enorme gama de incertidumbres, sin mencionar la variablidad de los sistemas naturales que hacen de cada caso estudiado un caso particular.

Modelos de Yacimientos

Los depositos minerales son el producto de procesos geolgicos concentradores ya sea endgenos o exgenos a los cuales se asocia fraccionamiento geoqumico.

Entre estos procesos destacan los magmticos, magmticos hidrotermales, hidrotermales, volcanognicos exhalativos, sedimentario exhalativos, metamrficos y sedimentarios.

Para la generacin de un deposito mineral se requiere de un origen de los elementos y de una serie de procesos que conduzcan a la concentracin de ellos.

Estos procesos pueden ser bastante variados para distintos tipos de depositos, la comprensin de ellos de vital importancia para la determinacin de criterios de exploracin.

Factor de concentracin Abundancia Ley mnima Factor de Media en explotable concentracin La corteza % promedio % Al 8.0 30 3.75 Fe 5.0 25 5.0 Cu 0.005 0.40 80 Ni 0.007 0.5 71 Zn 0.007 4 575 Mn 0.090 35 400 Sn 0.0002 0.5 2500 Cr 0.01 30 3000 Pb 0.001 4 4000 Au 0.0000004 0.0001 250

Para llegar a formar depsitos minerales de inters

econmico un elemento o varios deben estar enriquecidos

a un nivel considerablemente superior que su abundancia

media en la corteza terrestre. En otras palabras debe

constituir una anomala geoqumica significativa.

Procesos

geolgicos

naturales

permiten estas

concentraciones

anmalas

Pero donde y por qu?

Ambientes Tectnicos donde ocurren depositos minerales.

Los procesos geolgicos que puedan haber ocurrido en algn momento del tiempo y espacio estn sujetos al

ambiente tectnico en el cual ocurrieron.

Fuente y tipos de agua en distintos ambientes tectnicos.

Procesos Generadores de Yacimientos Procesos igneos - hidrotermales

>T Magmtico (exsolucin, cristalizacin fraccionada, separacin gravitacional)

Depositos de Cr, Ni, Cu, Co, Ti, PGE

Magmtico Hidrotermal (exsolucin de agua, fase hidrotermal) Pegmatitas, depositos de R.E.E.

Hidrotermal Magmtico (migracin de fluidos hidrotermales magmticos y enfriamiento mediante fluidos metericos)

Depositos de metales base y precioso

Hidrotermal (mezcla con y participacin de fluidos metericos)

Procesos Generadores de Yacimientos

Procesos Metamrficos

- Zonas de Falla (cizalle) y Bombeo Tectnico

- Metasomatismo (migracin de fluidos durante metamorfismo)

Procesos Sedimentarios

- Erosin selectiva, migracin qumica, migracin fsica

- Procesos concentradores mecnicos

Clasificacin de Procesos Mineralizadores

Endgenos Procesos internos de la tierra

Exgenos Procesos superficiales

Procesos Endgenos

Magmticos Cristalizacin: Rocas ornamentales, REE

carbonatitas

Segregacin: Cromitas, sulfuros Ni-Cu

Fraccionamiento: Pegmatitas; REE, Th, Ta, Li, Be

Metamrficos Regional: vetas de cuarzo-oro en rocas verdes

Contacto: skarn, talco, wollastonita

Hidrotermales

Procesos Exgenos

Sedimentarios Autctonos: precipitacin qumica de ciertos

elementos o compuestos en ambientes sedimentarios adecuados, con o sin la intervencin de organismos biolgicos. Ej. Fe y Mn sedimentarios, calizas, dolomitas, yeso, fosfatos.

Alctonos (clsticos): arenas y gravas de uso en construccin, pero sobre todo concentracin de minerales pesados resistentes fsica y qumicamente en placeres: Au, Sn, Ti, diamantes.

Procesos Exgenos Meteorizacin

Residuales: descomposicin de rocas y lixiviacin qumica dejando resduos de xidos e hidrxidos metlicos. Ej. lateritas Ni, Co, Al

Suprgenos: oxidacin de mimeralizacin sulfurada, lixiviacin y enriquecimiento secundario.

Exticos: lixiviacin por fluidos supergenos y transporte lateral y redepositacin de metales en rocas o sedimentos.

Superficiales Exhalativos: descargas gaseosas o lquidas de

volcanes submarinos o subareos. Ej. sulfuros masivos volcanognicos, azufreras (solfataras).

Procesos relacionados con magmatismo

Magmticos y Magmticos Hidrotermales

Pero... qu es un magma? Un magma es una masa silicatada fundida que al

cristalizar origina rocas intrusivas o volcnicas.

Rocas como granitos, basaltos, dunitas, sienitas

de nefelina, etc. Se usan directamente como rocas

ornamentales.

Algunas rocas gneas inusuales pueden contener

elementos de inters econmico: Ej. Tierras raras

en carbonatitas, diamantes en kimberlitas.

Composicin de Magmas? La composicin de magmas juega un rol importante sobre el

tipo de mineralizacin asociada, donde la composicin de magmas es funcin en gran medida del ambiente tectnico en el cual es generado.

Se entiende por magma a un sistema multicomponente de sustancias en estado lquido, slido y gaseoso.

La fase lquida es la de mayor predominancia, constituida principalmente por soluciones aluminosilicicatadas, acompaadas de iones libres como Na, Ca, K, Mg entre otros.

La fase slida se conforma de olivinos, piroxenos plagioclasas y otros, diseminados en el lquido.

La fase gaseosa est compuesta principalmente por agua y cantidades menores de CO2, HF, HCl, SO2, H2BO3, etc.

Magmas: Clasificacin

De acuerdo

a contenidos

de alcalis

(Na2O +

K2O) y de

slice (SiO2)

se clasifican

los magmas

en tres

grandes

grupos.

Alcalinos

Calcoalcalinos

Toleticos

Magmas: Clasificacin Magmas Toleticos representan principalmente lavas

baslticas en centros de expansin ocenico o dorsales o en arcos insulares jovenes.

En estos ambientes ocurre fraccionamiento entre basaltos, andesitas baslticas y en menor proporcin riolitas. Estos magmas son generalmente bajos en K, con un contenido promedio de slice del orden de 53%.

Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son los de cromita platinoides (PGM), Bushveld, Sudfrica, yacimientos de pirrotina pentlandita calcopirita, Sudbury, Ontario, yacimientos de magnetita ilmenita (vanaditina), Lago Stanford, EEUU, entre otros.

Magmas Calcoalcalinos ocurren en zonas de subduccin, en arcos insulares maduros y en los mrgenes continentales, con rocas de composicin desde gabro a granito (basalto a riolita).

En el caso de arcos insulares dominan las rocas volcnicas, principalmente de composicin andestica (SiO2 del orden de 59%). Estos magmas son derivados de la fusin parcial de la cua del manto y en menor medida corteza ocenica, con poca interaccin ascedente.

En el caso de arcos continentales las rocas tienden a una composicin ms silicea, andesitas, dacitas y riolitas y sus equivalentes intrusivos. Son derivados de fusin parcial de la cua del manto y en menor medida corteza ocenica, con mayor o menor interaccin y asimilacin de corteza continental inferior.

Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son prfidos cuprferos, skarns, estratoligados, epitermales, entre otros.

Magmas Alcalinos se dan en zonas de rifting intracontinental, en las zonas de fallas transformacionales y en los trasarcos magmticos de los margenes continentales.

Se fraccionan en shoshonitas (zonas orognicas) y sienitas (zonas cratnicas).

Son rocas bajas en SiO2 respecto a Na2O + K2O alto. A este tipo de magma se asocian rocas peralcalinas en zonas cratnicas, kimberlitas y lamprfiros (a los cuales se pueden asociar diamantes) y carbonatitas.

Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son apatito magnetita, Sokli, Finlandia, apatito titanita, Lozovero, Rusia, magnetita apatito actinolita, Kiruna, Suecia, casiterita wolframita, Jos, Nigeria y diamantes, Sudfrica, entre otros.

Fraccionamiento

La cristalizacin fraccionada de magmas puede resultar en magmas residuales enriquecidos en ciertos elementos, que se pueden concentrar particularmente en fases pneumatolticas: Ej. Pegmatitas de uranio de Bancroft, Canad y Rsling, Namibia.

Segregacin magmtica

Acumulados: precipitacin de minerales de mena de alta densidad que cristalizan temprano durante la diferenciacin magmtica. Ej. Capas de cromitas del Gran Dique de Zimbabwe y el Complejo Bushveld de Sudfrica (complejos de rocas ultramficas).

Inmiscibilidad de lquidos: sulfuros u xidos que se acumulan debajo de los silicatos o son inyectados en las rocas de caja. Ej. Depsitos de Ni-Cu de Sudbury, Canad y Pechenga R.F. y Yilgarn Block de Australia occidental. Depsitos de Ti de Allard Lake, Quebec, Canad.

Acumulados de cristales

o de lquidos inmiscibles

en magmas que conducen

a la formacin de depsitos

minerales

Normalmente asociados a magmas

ultramficos en los que pueden

preciptar cristales de xidos de

Cr, Ti o segregarse lquidos de

sulfuros de Ni-Cu. Las rocas

que contienen la cromita tienen

textura gnea. Cromita-anortosita bandeada:

Dwars-River, Steelport, South Africa.

Procesos relacionados con Metamorfismo

Regional: Facies de anfibolitas y eclogita movilizan fluidos que circulan sobre todo por zonas de cizalle (fallas mayores) y pueden transportar y precipitar su contenido metlico en zonas con facies de esquistos verdes. Ej. Vetas mesotermales de cuarzo-oro, oro en zonas de cizalle, depsitos diseminados de Ni en rocas ultramficas.

Contacto: reemplazo (metasomatismo) de rocas de caja adyacentes a una intrusin. Ej. Distrito San Antonio, NE de La Serena, depsitos de magnetita de Iron Springs, USA, depsitos de talco de Luzenac, Francia.

Minerales industriales como producto de metamorfismo regional o de contacto. Ej. Depsitos de andalusita de Transvaal, Sudfrica, depsitos de granate de N.Y., USA; asbestos, Canad.

Vetas mesotermales de cuarzo-oro en zonas de cizalle

Mineralizacin ligada a

Metamorfismo de contacto

Depsitos asociados a contacto

intrusivo tipo skarn: reemplazos

irregulares (metasomatismo)

Calizas Minerales calco-silicatados

(calcita) (granate, piroxeno, epidota)

Mineralizacin ligada a

Metamorfismo regional

Procesos relacionados con Hidrotermalismo

Involucran la participacin de fluidos calientes (soluciones acuosas) de distintos orgenes.

Aguas magmticas primarias

Aguas metamrficas

Aguas connatas o de formacin

Agua marina

Aguas metericas

Aguas de derivacin magmtica primaria: involucra la

liberacin de los voltiles de un magma a niveles

epizonales y generacion de un sistema hidrotermal.

Aguas de derivacin magmtica y aguas metericas

Aguas de distintos origenes en sistemas hidrotermales

Metericas

Metamrficas

Actividad hidrotermal no magmtica

Depsitos de Pb-Zn-fluorita-baritina (MVT) que se formaran a partir de soluciones hidrotermales generadas por aguas connatas o mezclados con metericas y calentadas por el gradiente geotrmico en cuencas sedimentarias, sin participacin de magmatismo.

Aguas marinas en procesos hidrotermales de fondos ocenicos en

zonas de rift de dorsales meso ocenicas.

Esquema de un sistema de descarga en un volcn submarino. Estos sistemas son generados por cuerpos de magma con temperaturas variables dependiendo de su composicin. Las lneas cortadas representan corteza permeable en la que el agua marina penetra para originar la circulacin hidrotermal con fluidos ascendentes que descargan a ~100-350C dependiendo de la profundidad. La

burbujas amarillas y las flechas en zigzag representan fluidos magmticos exsueltos. Algunos compuestos qumicos pueden precipitar en la interfase del fondo marino como mineralizacin hidrotermal. Los componentes restantes (la mayor parte) ascienden para formar el humo negro (black smoker) sobre la zona de descarga, el que es oscuro debido a que est formado por la precipitacin de sulfuros metlicos.

Procesos Hidrotermales

La mayor parte de los yacimientos metlicos Chilenos son de origen hidrotermal.

Ej. Prfidos cuprferos Chuquicamata, El Teniente, La Escondida, etc.; vetas de Au, Ag, Cu de El Indio; Estratoligados de Cu.

En la naturaleza una gran cantidad de depositos minerales metlicos estn de una u otra forma ligados genticamente a procesos hidrotermales.

Procesos Hidrotermales

Para originar depsitos minerales los fenmenos hidrotermales deben incluir:

Fuente Transporte Depositacin Concentracin fluidos, solucin precipitacin metal (es) metales, acuosa qumica de inters S, etc.

Fluido primario

metales

Trampa

para la mena

Camino recorrido por las

rocas de caja

lixiviacin, transporte precipitacin

de metales

Representacin de un

Sistema geoqumico

hidrotermal complejo.

Que involucra mltiples

componentes y varias fases

(lquido, gas) por ebullicin

Tomado de Reed (1998)

Fluidos hidrotermales de distintas fuentes (solos o combinados) pueden

formar soluciones hidrotermales, las que pueden dar origen a una variedad

de tipos de depsitos minerales dependiendo de las condiciones fisico-

qumicas en las que se ha desarrollado el proceso

Procesos Hidrotermales

Los procesos hidrotermales usualmente tienen conexin con magmas: stos son la fuente de calor, fluidos, compuestos y metales.

Cunta agua pueden contener los magmas?

La concentracin de H2O en magmas flsicos vara de 2,5 a 6,5% en peso, con una media de 3% y su solubilidad en la masa silicatada fundida depende principalmente de la presin, tambin de la t y composicin del magma.

Un magma monzonitico cuarcfero con 3% H2O comenzar a exsolver (liberar) agua a profundidades de ~3,5 km (0.085 Gpa). El mismo magma con 4% H2O har lo mismo a 4,5 km de profundidad.

1 km3 de magma flsico con 3% H2O puede exsolver 100 Mt de agua (1011l).

Metalognesis

Metalognesis Definiciones Bsicas

Metalognesis: Trmino derivado del griego metaleion que

significa mina, el cual se refiere al estudio de la gnesis de

depsitos minerales (metlicos o no-metlicos), con nfasis en

sus relaciones espaciales y temporales (espacio-tiempo) con los

rasgos geolgicos regionales (tectnicos, petrogrficos, etc). Es

decir, el estudio de la relacin de los depsitos minerales con su

entorno geolgico regional.

La metalognesis estudia la distribucin de los depsitos

minerales en el espacio y el tiempo, tratando de definir los

factores que han contribuido al patrn de distribucin de los

metales dentro de la parte superior de la corteza.

Unidades metalognicas

Provincia Metalognica: es un rea caracterizada por una agrupacin de depsitos minerales o por uno o ms tipos caractersticos de depsitos. Una provincia metalognica puede contener ms de un episodio de mineralizacin.

Epoca Metalognica: Es una unidad de tiempo geolgico favorable para la depositacin de menas o caracterizada por una agrupacin particular de depsitos minerales. En una misma rea pueden estar representadas varias pocas metalognicas.

Metalotecto

Trmino que se refiere a una determinada caracterstica geolgica que se cree que ha jugado un rol en la concentracin de uno o ms elementos (o sustancias minerales) y ha contribuido a la formacin de depsitos minerales; puede ser estructural, estratigrfico, litolgico, geomorfolgico, etc. y puede combinar espacio y tiempo. Ej. Orgeno Andino, una caldera volcnica, rocas volcnicas jursicas, una falla regional, etc.

Franja Metalognica

(id. Faja, cinturn.): Trmino utilizado en Chile por varios autores debido a un factor de escala. Las franjas metalognicas existentes en Chile se ajustan a la definicin de Provincia Metalognica, pero en trabajos previos se ha considerado a Los Andes como una Provincia Metalognica dominada por yacimientos cuprferos. Esto ha llevado a definir en detalle ya sea sub-provincias o franjas metalognicas.

AMBIENTES GLOBALES DE GENERACIN DE DEPSITOS MINERALES

Los marcos geotectnicos en las que se desarrolla actividad gnea son determinantes de la naturaleza de los intrusivos y rocas volcnicas, pero tambin de los tipos de depsitos minerales asociados.

Esto determina la concentracin de ciertos tipos de depsitos minerales y/o metales en ciertas partes de la corteza terrestre.

Por Ej. Los Andes chilenos contienen enormes yacimientos de Cu-Mo, pero no existen yacimientos de Sn y solo ocurrencias menores de Ni, Cr, Co.

Placa Nazca

Placa Sudamericana

Los Andes

Margen continental

activo (ligado a

subduccin)

Prfidos de Cu-Mo Super-gigantes (monstruosos)

16 yacimientos en explotacin en Chile son la fuente

de la mayor parte de la produccin chilena de Cu

y de todo el Mo

Unos pocos

yacimientos,

super-gigantes

hacen que Chile

sea el mayor

productor de cobre

del mundo

Clark, 1993

Metalognesis de Chile

Paleozoico Superior a Trisico

El basamento en Chile est pobremente mineralizado, pero existe una faja de prfidos Cu-Mo que se extiende hacia el sur en territorio Argentino.

Ninguno de estos depsitos est en explotacin, a pesar que varios han sido sondeados.

Jursico

Dominio de depsitos de Cu

Estratoligados Cu (Ag)

Vetas Cu (magnetita-actinolita)

Vetas Au y Ag

Cretcico Inferior

Dominio de depsitos de Cu

Estratoligados Cu (Ag)

Cu-Au xidos Fe

Prfidos Cu-Mo (Au)

Oxidos Fe-apatita

Vetas Cu-Au

Skarn Cu, Fe

Cretcico Superior

Vetas mesotermales a epitermales de Cu-Au

Prfidos Cu-Au

Vetas Ag

Paleoceno-Eoceno Inferior

Prfidos Cu-Mo

Vetas epitermales Au y Ag

Chimeneas de brecha con matriz de turmalina Cu (Au, W)

Eoceno Superior-Oligoceno Inferior

Prfidos Cu-Mo

Epitermales Au

Es la faja de yacimientos ms importante del norte de Chile y la mayor concentracin de Cu conocida en el mindo.

Mioceno-Plioceno

Epitermales Au-Ag (Cu)

Prfidos Cu-Mo

Prfidos Au

Migracin de fajas metalognicas ligadas a migracin del arco magmtico

Jr K inf K sup

Paleoceno Eoceno inf

Eoceno Olig inf

Mioceno - Plio