Introducción a depósitos minerales - El blog de Pepeline · Ciclo biogeoquímico de los ductos...
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Introducción a depósitos minerales
Semestre Primavera 2015
Paulina Durán - Joseline Tapia
Clasificación geoquímica de los elementos
Según Goldschmidt los elementos se clasifican en:● Litófilos● Calcófilos● Siderófilos● Atmófilos
Figura 1. Clasificación geoquímica de los elementos según Goldschmidt. Fuente: GEOL212:
Planetary Geology.
Clasificación geoquímica de los
elementosElementos litófilos
● Los elementos litófilos son los
constituyentes de las rocas.
● La mayoría de los elementos litófilos son
los componentes de los silicatos.
● También ocurren naturalmente como
óxidos, haluros, fosfatos, sulfatos, y
carbonatos.
● Incluye 54 elementos
● Alcalinos y alcalino-térreos: boro,
aluminio, y escandio; Lantánidos y
actínidos: actinio, torio, protactinio, y
uranio
● Carbono, silicio, titanio, zirconio, hafnio,
fósforo, vanadio, niobio, tantalio, oxígeno,
cromo, y tungsteno
● Halógenos y manganeso (posiblemente
tecnecio y astato)
Clasificación geoquímica de los
elementosElementos calcófilos
● Los elementos calcófilos son los elementos
de las menas de sulfuros: cobre, plata, oro,
zinc, cadmio, mercurio, galio, indio, talio,
germanio, estaño, plomo, arsénico,
antimonio, bismuto, azufre, selenio, y
teluro
● Sus cationes tienen 18 electrones en la
capa externa (S
2-
, Se
2-
, y Te
2-
tienen 8
electrones cada uno)
● En la naturaleza se encuentran como
sulfuros, seleniuros, telúridos, y thio sales
(una excepción es el estaño, que ocurre
como casiterita SnO
2
).
● Plata, oro, cobre, arsénico, azufre, bismuto,
y otros, se presentan naturalmente en su
forma elemental.
Clasificación geoquímica de los
elementosElementos siderófilos
● Los elementos siderófilos incluyen a los
del Grupo VIII de la tabla periódica,
también incluye Mo y Re; 11 elementos en
total.
● Son afines a arsénico (sperrylita, PtAs
2
;
loellingita, FeAs
2
; chloanthita, NiAs
2
; y
cobaltita, CoAsS); y menor afinidad con
azufre (pentlandita, (Fe,Ni)
9
S
8
;
molibdenita, MoS
2
) y fósforo, carbono y
nitrógeno.
● En la naturaleza los metales de Pt se
presentan en estado elemental y Fe como
óxidos o silicatos y como sulfuros. Menos
frecuentemente como arseniatos y en
estado nativo.
Clasificación geoquímica de los
elementosElementos atmófilos
● Los elementos atmófilos son los elementos
atmosféricos.
● Acá se incluyen todos los gases inertes (de
He a Rd), nitrógeno e hidrógeno, 8
elementos en total.
● El estado gaseoso es el característicos de
ellos en la naturaleza.
● Su ocurrencia en estado natural es
característica en la mayoría de ellos
(excepto para H, que se asemeja a los
elementos litófilos).
Clasificación de los elementos según Goldschmidt
Figura 2. Clasificación geoquímica de los elementos según Goldschmidt. Fuente: LICENCE L2 STE, Planétologie et Terre
primitive.
Geología económica● La Geología Económica
corresponde esencialmente
al estudio de depósitos
minerales.
● Esto incluye tanto recursos
metálicos, minerales
industriales (no metálicos) y
también los combustibles.
Figura 3. Mena de plata, Mina Ophir. Fuente: Smelting and Roasting Gold and
Silver Ores.
MenasFigura 4. Las menas que cada nuevo bebé Americano necesitará durante su vida. Fuente: MEC, Mineral
usage statistics.
¿Qué buscan l@s geólog@s económic@s?
Figura 5. Los recursos naturales que buscan l@s geólog@s económic@s. Fuente: J. Tapia, elaboración propia.
MetalogénesisTérmino derivado del griego
“metaleion” que significa “mina”, el
cual se refiere al estudio de la
génesis de depósitos minerales
(metálicos o no-metálicos), con
énfasis en sus relaciones espaciales
y temporales (espacio-tiempo) con
los rasgos geológicos regionales
(tectónicos, petrográficos, etc). Es
decir, el estudio de la relación de
los depósitos minerales con su
entorno geológico regional
(Maksaev, V. 2002).
Figura 6. Metalogénesis Andina, zonas con alteración hidrotermal. Fuente:
Oyarzún, J. Andean metallogenesis: a synoptical review and interpretation.
Provincia metalogénica
Es un área caracterizada por una agrupación de depósitos minerales o por uno o más tipos característicos de
depósitos. Una provincia metalogénica puede contener más de un episodio de mineralización (Maksaev, V.
2002).
Figura 7. Provincia metalogénica. Fuente: Gold Producing Metallogenic Provinces and Epochs (MPE).
Época metalogénicaEs una unidad de tiempo geológico
favorable para la deposición de
menas o caracterizada por una
agrupación particular de depósitos
minerales. En una misma área
pueden estar representadas varias
épocas metalogénicas (Maksaev, V.
2002).
Figura 8. Época metalogénica. Distribución de reservas de Mn y
fuentes en rocas de diversas edades de la litósfera terrestre. (1)
Reservas; (2) recursos; (3) rocas manganesíferas del Arcaico; (4)
fase metalogénica principal de acumulación de menas y rocas
manganesíferas. (1) Proterozoico inferior; (2) Proterozoico
medio; (3) Proterozoico superior; (4) Paleozoico inferior-medio;
(5) Paleozoico superior; (6) Mesozoico; (7) Mesozoico superior-
Cenozoico inferior. (5) Principales eventos de biota en el
Fanerozoico (Alekseev, 1989, 1998). Fuente: Kuleshov,V.N.(2011):
Manganese deposits: Communication 2. Major epochs and phases
of manganese accumulation in the Earth's history.
Metalotecto● Término que se refiere a una
determinada característica
geológica que se cree ha jugado un
rol en la concentración de uno o
más elementos (o sustancias
minerales) y ha contribuido a la
formación de depósitos minerales.
● Puede ser una característica
estructural, estratigráfica,
litológica, geomorfológica, etc. y
puede combinar espacio y tiempo.
● Ej. Orógeno Andino, caldera
volcánica, rocas volcánicas
jurásicas, una falla regional, etc.
(Maksaev, V. 2002)
Figura 9. Mapa geológico simplificado del norte de Chile, la zona de Falla de
Domeyko y la de Atacama han representado zonas que han favorecido los
procesos de mineralización. Fuente: Muñoz et al., 2002.
Franja metalogénica● Las franjas metalogénicas existentes en Chile se
ajustan a la definición de Provincia
Metalogénica, pero en trabajos previos se ha
considerado a Los Andes como una Provincia
Metalogénica dominada por yacimientos
cupríferos.
● Esto ha llevado a definir en detalle ya sea sub-
provincias o franjas metalogénicas (Maksaev, V.
2002).
Figura 10. Franjas metalogénicas del Cretácico inferior y
Cretácico medio-superior. Fuente: Maksaev et al., 2010.
Mapa metalogénicoMapa a escala regional que
muestra la distribución de los
depósitos minerales (metálicos o
no-metálicos) sobre una base
geológica adecuada para destacar
características relevantes de la
mineralización y con una
simbología apropiada para indicar
la forma, tipo de mineralización y
magnitud de cada depósito (el
tamaño de los depósitos se muestra
independiente del nivel de
explotación; no es un mapa de
recursos mineros; Maksaev, V.
2002).
Figura 11. Ejemplo de mapa metalogénico, Finlandia. Fuente:
Geologic Survey of Finland, Fennoscandian Ore Deposit Data
Base and Metallogenic Map.
MineralizaciónSe refiere usualmente a procesos
formadores de minerales de
mena o a minerales asociados
que permiten la sobre
concentración de ellos (pirita).
Figura 12. Mineralización de cobre en el prospecto el Dorado, México. Fuente: Source
Exploration CORP.
MineralizaciónElemento Contenido promedio en la
corteza
Ley promedio mínima
explotable
Al 8% 30%
Fe 5% 25%
Cu 50 ppm 0,4%
Ni 70 ppm 0,5%
Zn 70 ppm 4%
Mn 900 ppm 35%
Sn 2 ppm 0,5%
Cr 100 ppm 30%
Pb 10 ppm 4%
Au 4 ppm 1 g·t
-1
Mineralización endógena, hipógena o primaria
● Mineralización endógena, es decir producida
por procesos internos de la tierra.
Figura 13. Vetas minerales múltiples (principalmente cuarzo), zona de falla de Eminence Break, Gran Cañón del Colorado. La
mineralización a lo largo de zonas de falla es algo habitual y ha permitido la localización de muchas minas en la zona de fallas. Fuente:
Conor Watkins And J. David Rogers Grand Canyon Research Eminence Break Fault Landslide.
● Los procesos endógenos más habituales son:
○ Magmáticos
■ Cristalización
■ Segregación
■ Fraccionamiento
○ Hidrotermales
■ Pórfidos
■ Epitermales
○ Metamórficos
■ Regionales
■ De contacto
Depósitos magmáticos● Algunos magmas tienen
concentraciones promedio
de elementos valiosos
mayores que el promedio
● Estos elementos se
concentran en la roca al
cristalizar.
● El enriquecimiento puede
ocurrir por la concentración
de minerales densos ricos en
elementos valiosos.
○ Depósitos de Cr, Ni y
Pt se forman así.
○ Capas de cromita
oscuras en intrusivo
máfico.
Figura 14. Cromitas del Complejo Bushveld. Fuente: all-geo.org, Into the Bushveld #3:
Filthy mineral lucre.
Depósitos magmáticos● Los yacimientos primarios
de diamantes se encuentran
en diatremas, constituidas
por rocas de tipo peridotita
con flogopita llamadas
kimberlitas
Figura 15. Diatremas. Fuente: Colorado Geological Survey, Kimberlite
Diatremes.
Depósitos hidrotermales
● Las aberturas hidrotermales en los
ridges-mid-oceánicos (black
smokers) depositan sulfuros ricos en
metales, formando grandes depósitos
de sulfuros masivos (cobre, cinc, etc).
● Otro tipo de depósitos hidrotermales
se forma cuando magma caliente
aumenta la temperatura de las aguas
subterráneas de las rocas adyacentes.
● Esto lleva a la circulación convectiva
de agua caliente, la que lixivia los
metales de la roca.
● Cuando el agua se enfría, cerca de o
en la superficie, estos metales
precipitan formando depósitos.
Figura 16. Aberturas hidrotermales del fondo oceánico. Fuente: Introduction to mid ocean ridges.
Depósitos hidrotermales
Figura 17. Ciclo biogeoquímico de los ductos del fondo oceánico. Fuente: Wikipedia.
Depósitos hidrotermales: pórfidos y epitermales
Figura 18. Sección transversal esquemática de un típico acoplamiento de batolito + cúpula + sistema volcánico asociado a pórfido de
Cu-Au, ligado a depósito epitermal de alta sulfuración de Cu ± Au. También se indican la estructura termal, patrones de flujo de
fluido, y características durante las principales la etapa principal de actividad hidrotermal, y zonas de alteración hidrotermal. Fuente:
Richards,J.P.(2011): Magmatic to hydrothermal metal fluxes in convergent and collided margins. Ore Geology Reviews, 40, 1-26..
Metamorfismo de contacto: skarn
Depósitos metamórficos
Figura 19. Sección transversal mostrando skarn de Sn, vetas de remplazo de Sn y vetas de Sn, e intrusiones graníticas. Fuente: USGS,
Descriptive model of Sn skarn deposits.
Depósitos exógenos, superficiales o secundarios
● Sedimentarios
○ Alóctonos
○ Autóctonos
● Meteorización
○ Residuales
○ Supergenos
○ Exóticos
● Superficiales
○ Exhalativos
Figura 20. Complejo de cromitas de Bushveld. Fuente: EES 119/219, Lecture 4.
● Ciertos tipos de depósitos se forman por la
deposición o precipitación en ambientes
sedimentarios.
● Las formaciones de hierro, que tienen un
aspecto bandeado típico, son depósitos
extensos de minerales ricos en Fe
formados por la precipitación de óxidos de
Fe desde el agua marina.
● Las formaciones de Fe están restringidas
en el tiempo geológico. Se relacionan al
comienzo de la vida fotosintética
(requieren una atmósfera rica en oxígeno).
Depósitos sedimentarios
Formaciones de hierro bandeado
(BIF)
Formaciones de hierro bandeado (BIF)
Figura 21. Formaciones de hierro bandeado. Fuente: Physical geology, 2004.
Depósitos sedimentarios
● Algunos depósitos se forman por la
precipitación de sales muy concentradas
en lagos someros.
● Estos incluyen depósitos de halita (NaCl,
sal de mesa) y yeso.
Autóctonos: evaporitas
Figura 22. Superficie del Soda Lake en el Plano de Carrizo, California.
Fuente: Lake Scientist, California Drought Impacts Wildlife Living
Around Soda Lake (Credit: Wikimedia Commons User Dracblau7).
Sedimentario: evaporítico
Figura 23. Salar de Uyuni, depósito evaporítico situado en el Altiplano de Bolivia. Fuente: Los Tiempos, Comibol perfora
el salar de Uyuni para conocer reservas de litio.
Nódulos de manganeso (Mn)
Figura 24. Nódulos de manganeso (Mn), del centro del oceáno Pacífico. Fuente: GE114, Manganese oxides, Part 5,
Manganese nodules.
Nódulos de manganeso (Mn)
Figura 25. Nódulos de manganeso (Mn). Fuente: Manganese nodules and outcrops at H2O.
Sedimentario: placer
Figura 26. Origen de los depósitos tipo placer de oro (Au). Fuente: Chris McFarlane, A GIS-based Placer gold potential
assessment for the Bighole river basin, Southwest Montana.
Sedimentario: placerFigura 27. Placeres de playa. Fuente: Australian Government, 2.10 Surficial Mineral Systems.
Depósitos sedimentarios: exóticos
Figura 28. Esquema de depósito tipo exótico del pórfido de Cu-Mo de Chuquicamata, y el exótico Mina Sur. Fuente:
Bernhard Dold, Enrichment processes in oxidizing sulfide mine tailings: Lessons for supergene ore formation, imagen
de Münchmeyer (1996).
Meteorización: depósitos residuales, bauxitas
Figura 29. Esquema de depósitos residuales producidos por meteorización, bauxitas. Fuente: Bauxiteresources.com.au,
What is a bauxite?.
● Los mayores depósitos de mena de Cu y Ag
fueron significativamente enriquecidos como
resultado de la meteorización química por un
proceso llamado ENRIQUECIMIENTO
SUPERGENO O SECUNDARIO.
● Depende de la asociación de sulfuros de Cu, con
pirita y otros sulfuros de Fe (calcopirita,
bornita).
● La oxidación de estos sulfuros crea ambientes
ácidos, por lo tanto Cu
2+
permanece en solución
y es transportado bajo el nivel freático.
● Los iones de Cu
2+
pueden precipitar como
óxidos y carbonatos si el pH aumenta (resultado
de hidrólisis).
● Cuando la pirita es expuesta a una solución con
alta razón Cu
2+
/Fe
2+
, el equilibrio se restablece
por la precipitación de sulfuros de cobre
(calcosina) y disolución de sulfuros de hierro
(pirita), i.e., pirita = ⇒ calcosina.
Meteorización: enriquecimiento secundario
Figura 30. Esquema de enriquecimiento
secundario. Fuente: Aligarh Muslim University,
Ore Deposits Formed by Oxidation and
Supergene Enrichment.
Régimen tectónico de Chile
Régimen tectónico de
ChileSubducción tipo Chilena
Figura 31. Ubicación de la Cordillera de los Andes.
Fuente: Adventure alternative, The Andes.
● Figura de Uyeda & Kanamori (1979, 1982).
Las zonas de subducción pueden ser
clasificadas como dos de los siguientes
miembros extremos (o algún punto
intermedio entre ambos): tipo Chileno y
tipo Mariana. Para esta clasificación Uyeda
& Kanamori argumentaron que:
a. el stress en la zona del trasarco
(atrás del arco magmático) es
compresivo en los arcos tipo
Chileno, y tensional para los arcos
tipo Mariana
b. a pesar que los sismos ocurren en
todos los límites de placa, los
realmente fuertes ( ≥ 8) ocurren
exclusivamente en el tipo Chileno.
Figura 32. Esquema de subducción tipo Chilena (arriba) y
tipo Mariana (abajo). Fuente: Arizona State University, Erik
Flesch, Some relevant subductology.
Subducción tipo Chilena● Chile se encuentra bajo un
régimen tectónico de tipo
compresivo caracterizado
por la subducción de la placa
de Nazca (oceánica) bajo la
placa Sudamericana
(continental).
● Una de las grandes
expresiones geomorfológicas
que se ha generado por la
subducción es la Cordillera
de los Andes
Figura 33. Cordillera de los Andes. Fuente: Andes Range, Wikipedia.
Menas de interés en Chile
Menas del norte de Chile
● Menas metálicas:
○ Cobre
○ Molibdeno
○ Oro
○ Plata
○ Hierro
● Menas no metálicas:
○ Nitratos
○ Litio
○ Yodo
○ Halita
○ Boratos
○ Azufre
○ Rocas ornamentales
Figura 34. Cobre nativo. Fuente: Sierra Gorda Copper-Molybdenum Mine, Chile.
Algunas menas de cobre de Chile
Figura 35. Menas de cobre de Chile. Izquierda: calcopirita. Fuente: W. Griem (2012), UDA; Derecha: malaquita. Fuente: W. Griem
(2013), UDA.
Franjas metalogénicas de Chile● Franja metalogénica de Cu Mioceno
medio-Plioceno inferior: Río Blanco, El
Teniente
● Franja metalogénica de Au Mioceno
inferior-medio: El Indio, La Coipa,
Pascua Lama
● Franja metalogénica de Cu Eoceno
superior-Oligoceno inferior: Quebrada
Blanca, Chuquicamata, La Escondida, El
Peñón
● Franja metalogénica de Cu Paleoceno-
Eoceno inferior: Cerro Colorado
● Franja metalogénica de IOCG Cretácico
inferior: Michilla, Mantos Blancos,
Candelaria, El Soldado
Figura 36. Esquema de las franjas metalogénicas de Chile.
Fuente: Kingsgate.com, Metallogeny of Northern Chile.
Nitratos en Chile
Figura 37. Distribución de los depósitos de nitratos en el norte de
Chile. Fuente: The popular science monthly, Walter Sheldon (1913),
The nitrates of Chile.
Evaporitas en Chile
Figura 38. Norte de Chile, sección transversal de oeste a este. Cuenca del Salar de Atacama: sedimentos del Permo-
Triásico sobreyacidos por sedimentos lacustres continentales del Terciario (Eoceno-Plioceno) y Reciente
(Pleistoceno a la actualidad); evaporitas y volcánicos modernos. Fuente: The Geology of the High Atacama,
Northern Chile, Dr. Chris J. Carlon Consulting Economic Geologist.