Unal Yacimientos

Fases en la vida de una mina según HARTMAN (1987)

Tonelajes aproximados de depósitos no metálicos para ser

económicamente explotables (Lorenz & Gwosdz 2003)

Enriquecimiento de elementos y formación de yacimientos: Fluidos

Componente geológico decisivo para la FdY:

Función de fluidos para los procesos FdY:

• Medio de flujo (magmas; p.ej. Granito: 1050°C seco vs 650°C 5% H2O)

• disolvente

• Medio de Transporte

• Advección de reactandes (e.g. Reacciones de complexización

• Advección de calor

• Convección = advección + difusión

• Componente en reacciones minerales

Origen de los fluidos

¿en la corteza terrestre o el manto superior o meteórico?

¿Juvenil o metamórfico o meteorico o una mexcla?

DIFERENCIACIÓN GEOQUÍMICA DE LA TIERRA

Formación del núcleo Manto que queda = Manto primitivo

GRAN EVENTO DE FUSIÓN (≈ 3000 Ma)

CORTEZA MANTO RESIDUAL

Es el fundido. Va a concentrar el Rb

Es el residuo. Va a quedar empobrecido en Rb

Con el tiempo, la corteza desarrolla relaciones 87Sr/86Sr altas y el manto empobrecido desarrolla relaciones 87Sr/86Sr bajas

ORIGEN DE LOS DISTINTOS COMPONENTES: AÚN EN DEBATE

Fluidos magmáticos: principalmente de procesos de subducción


Fluidos magmáticos forman sistemas hidrotermales

Junto con aguas meteóricas:

Convección hidrotermal

Resultado: Yacimientos magmatógenos (e.g. Nb-Ta-Pegmatitas)


Durante procesos de

subducción:

• Diferentes fuentes de

fluidos según nivel de

profundidad. Fluidos

provenientes de la placa

sumergente

• Sin sistema magmático:

Fluidos Metamórficos


Ejemplo: Liberación de fluidos (Devolatilización) en sector de cuna de

acreción (forma un tipo de fluidos metamórficos) – e.g. Vetas Au-W

(Yacimientos metamorfógenos-hidrotermales)


Model for the Polaris deposit

•Source of metal ions within the

stratigraphic column

•Metals dissolved in brines in deep

aquifers (‚formation waters‘)

•Faulting causes fluids to rise and to

reach organic-rich limestone

•Bacterial or anorganic sulphate

reduction using C as reductant

•H2S is formed, CaCO3 is dissolved

•Metal-S-minerals precipitate

Fluidos diagenéticos

Sedimentos frescos: ~40% agua;

Durante diagenesis disminue

hasta a 1% de fluidos libres

(brines) Ejemplos: -

Esquisto de cobre Kupferschiefer

/Esquisto negro

- menas de Pb-Zn-

diagenéticos

Enriquecimiento de elementos y formación de yacimientos:

Aguas meteóricas descendentes:

Producen en roca cerca de la superficie

• Oxidación (Eh+)

• Procesos de disolución selectiva

• Transporte de materia

Resultado: Yacimientos de meteorizacón

Ejemplo: Lateritas


Solubilidad de SiO2 y Al2O3 = f(pH)

• Meteorización química

• Lluvias ácidas ?

• Disolución y neoformación de arcillas

• Diagrama de Temperatura-concentración (T-x, izq.) y de T-presión (T-p, der.) en un

sistema binario de componentes muy volátiles (A) y poco volátiles (B) (seg. Niggli).

El diagrama t-x muestra el aumento de la concentración relativa de las

componentes muy volátiles con T bajando por la precipitación de las componentes

menos volátiles. El diagrama T-p muestra el aumento simultáneo de la presión

interna, llegando a su máximo en el estadio pegmatítico-neumatolítico, y

reduciéndose después lentamente durante la condensación hidrotermal

Mineralizaciones Cornwall UK

Minería Pb, Sn, Cu desde la Edad de Bronce 2150 BC

• Cierre de South Crofty tin mine in 1998. Estaño y después cobre

• + arsenic, silver, zinc; kaolin

https://en.wikipedia.org/wiki/South_Crofty

https://en.wikipedia.org/wiki/Arsenic

Mecanismos de deposición de soluciones hidrotermales en vetas izq.: la alta permeabilidad,

porosidad y reactividad química de calizas favorece la precipitación de mineralizaciones

(vea skarn); centro: cuando T y P baja, hay ebullición y se forma un horizonte de

mineralización; der.: la mezcla entre agua hidrotermal y soluciones de otro tipo (e.g. agua

meteórica) cambia el régimen químico (pH, Eh etc.) resultando en precipitación

Mecanismos de precipitación de

soluciones hidrotermales

Distribución de los 8 elementos más

abundantes de la corteza (wt% y vol%)

Formación de magmas

+T, - p depresuración, + H2O etc.=> -Tfus

Procesos de cristalisación - enriquecimiento de elementos

a

b c

a) Diagrama de fases (equilibrio!) para olivino

b) Cristalisación en equilibrio- intercambio químico entre fundido y sólido

c) Cristalización fraccionada (No-equilibrio!) – ningun intercambio químico

entre fundido y sólido / el sólido está separada continuamente del fundido

restante. Consecuencia: El cristalisado final es pura fayalita

Procesos de formación de yacimientos: Yacimientos magmatógenos

Diagramas de fases de forsterita

bajo diferentes p,T y fH2O

Serie de reacción de Bowen

Ambientes tectónicos para la

formación de magmas específicos

Procesos de cristalización - enriquecimiento de elementos

Desarollo de magmas durante cristalización fraccionada:

Magma cambia contunuamente su composición,

Fundidos restantes están enriquecidos fuertemente en elementos

incompatibles


Filter pressing

Segregación Magmática

Cordillera Occidental

• Ni

• Cr

• Pt –

PGE,

• Cu

• Au

Diferenciación gravitativa – Formación de cumulados

Ejemplo: Muskox Intrusion, Cánada

En cumulados: Enriquecimiento de cromitas, PGE, sulfuros


Diferenciación gravitativa – Formación de cumulados

Cumulados en sección delgada

Der: Capas de cromitas en An80

del Complejo Bushveld RSA

Dwars-River

Cumulados en campo


• Cromitas

en

Peridotitas

• Medellin

Pentlandita (Ni, Fe)9S8 Sudburry

• Ni en Cerro Matoso

• 1) en olivinos (Mg, Fe, Ni)2SiO4

• 2) en lateritas: hidrosilicatos de Ni

Enriquecimiento de elementos

calcófilos por adición de S que

se expresan en la superficie

como empobrecimiento

Oceanic crustal architecture showing the main

types of ore deposits characteristic of this

environment. Only chromite and related deposits

(Cr–Ni–Pt) are related to igneous ore-forming

processes; VMS (Cu, Co, Zn) and sediment-

hosted deposits (Mn, Co, Ni) (de Robb 2005)


Rocas magmáticas: ambiente oceánico

Arquitectura de corteza continental (incl. Corteza de arco de isla) con ambientes de

formación de rocas magmáticas y yacimientos relacionados

Rocas magmáticas: ambiente continental


Fusión parcial lleva a enriquecimiento de elementos traza

• batch melting (equilibrio)

• partial melting (no-equilibrio –continuo transporte del fundido del sistema)

Factor decisivo para enriquecimiento de elementos: coeficiente de partición D

Ej.:

enriquecimiento de U en intrusion de

leucogranito, Rössing, Namibia


¿De dónde parto? ¿Por dónde empiezo?

Necesitamos composiciones y coeficientes de distribución (reparto)

Coeficiente de distribución de Nernst

Concentración de elemento en un mineral

Concentración de elemento en el fundido

Kd =

Kd(Fe, Mg) =

(XFeOOL)

(XFeOLIQ)

*

(XMgOLIQ)

(XMgOOL)

Valores medidos: 0.19-0.21; experimental: 0.20

D (coeficiente de reparto global) = Suma ponderada de los Kds parciales de los minerales que están en equilibrio con

el fundido

Ejercicio: Calcular D para varios elementos a partir de análisis modales de una serie de rocas y datos de Kds de earthref. org

Matriz PL OPX CPX OX HBL BT QTZ AP Vacuolas

SAB-3 63,0 23,2 6,3 6,7 0,4 0,1 --- --- 0,3 ---

SAB-5 60,8 22,9 6,7 8,1 0,7 0,2 --- --- 0,6 ---

1-3 50,9 33,0 11,3 2,8 1,4 --- --- --- --- 0,6

19-5 48,6 38,6 7,0 3,8 2,5 --- --- --- --- ---

19-5r 53,6 32,8 7,9 4,1 1,1 --- --- --- --- 0,4

19-8 35,9 45,1 9,7 4,0 4,4 --- --- --- --- ---

4-2r 54,3 30,9 9,0 3,2 2,2 --- --- --- --- ---

4-2 50,6 30,6 10,0 1,8 1,4 --- --- --- --- 4,6

22-4 54,6 28,2 9,1 8,1 --- --- --- --- --- ---

17-3 59,5 29,3 5,6 5,3 1,0 --- --- --- --- ---

10-3 59,0 25,1 1,0 --- 1,2 12,7 0,1 --- --- ---

11-2 50,5 34,5 9,0 --- 1,9 1,0 --- --- --- ---

11-12 53,2 32,6 7,0 --- 2,0 4,5 --- --- --- ---

11-13 60,0 23,7 7,0 --- --- --- 13,4 2,6 --- ---

12-3 61,6 24,6 8,7 --- 1,4 2,7 --- --- --- ---

12-6 66,0 22,3 5,8 1,3 1,0 3,4 --- --- --- 0,2

15-3 53,6 30,6 10,9 --- 3,2 2,2 --- --- --- ---

15-3r 63,9 24,3 6,0 2,0 1,2 1,7 0,2 --- --- ---

16-4 89,2 8,6 1,1 --- 0,8 --- --- --- --- ---

16-6 63,7 24,9 1,2 --- 1,4 9,2 --- --- --- ---

17-6 59,7 25,8 3,4 --- 1,8 8,5 0,4 --- --- ---

18-4 53,5 31,0 4,2 --- 4,1 6,0 tr. --- --- ---

CG-3 56,1 26,2 4,7 --- 3,3 9,3 --- --- 0,6 ---

2-S-9 62,9 25,8 10,0 --- 1,9 7,0 1,5 0,1 0,4 ---

21-7 66,0 18,9 0,1 --- 0,5 10,7 --- 0,9 --- 2,9

21-10 65,5 13,0 0,0 --- 0,4 9,0 1,6 6,1 --- 3,6

Procesos de cristalización - enriquecimiento de elementos

Distribución de elementos trazas durante cristalización fraccionada:

Puede describirse como fraccionamiento Rayleigh

a) Elementos incompatibles (D sólido/fundido <1) se enriquecen extremamente en

cristalizados tardes/restantes

b) Elementos compatibles (D sólido/fundido >1) se encuentran en cristalizados tempranos

según sus coefficientes de distribucción, pero casi faltan en los cristalizados tardios


Sulfuros masivos > 60% sulfuros. Productos: Zn, Pb, Cu; Au, Ag "by-products";

•Tenores Cu 1.4%-1.6%; Zn + Pb > 10% ; •10 to 500 Mt; a menudo en “clusters"

• Cu mundialmente: Pórfidos Cu (Chile!) (pórfidos en Col Au)

• En Col. Cu en SMV El Roble, Carmen del Atrato, inicio gossans Au!

Ambientes tectónicos de SMV Tipo Chipre: pirita, calcopirita lat.: “Ars cyprium”=> “cobre”, relacionado con ofiolita en

zonas de rifting.

Tipo Besshi: (Japón), similar, volcanitas máficas, pero con espesos sedimentos

arcillosas-arenosas y tobas.

Tipo Kuroko: Pb-Zn-Cu (Keiko Cu-Fe) dentro de sedimentos jóvenes y volcanismo

riolítico-andesítico dentro del lado interior de los arcos de isla de Asia Oriental.

Black Smoker y

corte por depósito

tipo Chipre

• Black smoker actual en:

http://www.youtube.com/watch?v=9c

-kGM-Iz_I&lr=1&feature=mhum

Black Smokers: Ore Factories of

the Deep:

https://www.youtube.com/watch?v=x

ywO4j7k2g8

http://www.youtube.com/watch?v=9c-kGM-Iz_I&lr=1&feature=mhum





https://www.youtube.com/watch?v=xywO4j7k2g8

https://www.youtube.com/watch?v=xywO4j7k2g8

Azufre

• Refinado de petroleo

• Volcánico Mina El Vinagre, 50 km Popayán,

Empresa Minera Indígena del Cauca, Emicauca

• Microorganismos encima de anhidrita

•

Liquación – Desmezcla de fundidos magmáticos (liquid immiscibility)

Diagrama de fases:

Bajo ciertas condiciones P-T

en sistemas magmáticos se

pueden separar 2 fundidos

Ejemplo:

• Vinagre-Aceite

• Fundido sulfúrico – fundido silicático

• Fundido carbonático - fundido silicático

• Fundido de óxido – fundido silicático

• fundido silicático rico vs. pobre en fluidos

Glóbulo de

sulfuro en

granito


Liquación – Desmezcla de fundidos magmáticos

Ej:

Depósito de sulfuros

relacionado con rocas

magmáticas


Tetraedro de basalto

El sistema Di-An-Ab

3 magmas: Si, O, S

• ET Eutéctico ternario, conode A-B,

• fundido X en P xx silicatos y óxidos, en ET

+ sulfuros

• Fundido Y en A fundido coexistente con B

Liquación – Desmezcla de fundidos magmáticos

Ejemplo: Lavas de óxidos asociadas con magmas

silicáticos

IOCG?

Volcan El Laco, Chile

Kirunavaara (Suecia)

etc.


Procesos de cristalisación - enriquecimiento de elementos

Ejemplo para resultado de cristalización fraccionada: algunas pegmatitas de

granitos (cristalizados restantes con Nb, Ta, Li, B, Be, W, Sn, en partes con

granos gigantes)


Yacimientos magmatógenos-hidrotermales:

Enriquecimiento de elementos por Fluidos

magmáticos

Diagrama de fases de agua

Agua:

• Punto crítico en 374°C, 221 bar

• Encima de estas condiciones:

Fluido supercrítico

Regla de fases de Gibbs

F = C - P+ 2 F grados de libertad (freedom)

C Componentes

P Phases

2 Temperatura y presión


Phasendiagramm von H2O

wieviele Komponenten?

Propiedades de agua / fluidos calientes

a) b)

a) Densidades de fluidos y punto crítico. Encima de 374°C, 221 bar diferencia liquido-

gaseoso no tiene sentido

b) Densidad de agua (fl) y vapor (g) en dependencia de P y T.

Observación: Densidades de fluídos supercríticos menor que 1, mucho más liviano

que fundidos silicáticos


Agua:

Alta solubilidad en magmas (hasta >10%)

En magmas subsaturados de fluidos:

Ningún fluido libre

Caminos para saturación en fluidos de

magmas:

• Cristalización de minerales

• Disminución de presión / ascenso

Sobresaturación de fluidos:

Produce desmezcla (Fundido/Fluido)

Terminus: ‘boiling‘ = ebullición

• Primary boiling: Por disminución de presión

• Secondary boiling: Cristalización progresiva

Consecuencias del boiling:

• Producción de una fase de fluido con tendencia de subir (Densidad!)

• Aumento del volumen del Magma – Expansión, Brecciamiento de la roca

encajante

•‘Hydrofracturing‘ de la roca encajante – Fracturas vetas, subverticalo

Formación de yacimientos: Yacimientos magmatógenos-hidrotermales

Zona con sobresaturacion de fluidos

/

boiling: área límite fundido con

magma ya solidificado

Sobresaturción de fluidos / boiling en una cámara magmática en proceso

de cristalización


Expansión de volumen del área sobresaturado de fluidos (hasta > 10%);

Formación de fracturas, pipas de brechas,

Resultado: áreas brecheadas permeables para fluidos, que posteriormente

pueden ser lixiviados o impregnados con menas metálicas


Distribución de elementos entre fluido desmezclado y fundido

Ejemplo Zinc: Distribución entre fluido (f) desmezclado y fundido (m)

en dependencia de la concentración de Cl- en el fluido

Más general: La solubilidad de metales en fluidos depende de la disponibilidad

de ligandes adecuados (Cl-, SO42-, HS- F- etc. )


Intrusiones en áreas del techo brecheadas por procesos de boiling: A menudo con

mineralización (Cu, Mo, W….) Importante: Distribución de elementos entre Magma-Fundido-

Fluido1-(Fluido2)


Ejemplos para yacimientos formados por procesos de boiling

a) porphyry-copper- depósitos:


Ejemplos para yacimientos formados por procesos de boiling

Pegmatita

Greenbushes Lithium mine, WA

con 50% Spodumen (LiAl[Si2O6]

(+Cuarzo, feldespato…)


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