01- generacion de magma- sistemas hidrotermales y alteracion

7/18/2019 01- Generacion de Magma- Sistemas Hidrotermales y Alteracion

http://slidepdf.com/reader/full/01-generacion-de-magma-sistemas-hidrotermales-y-alteracion 1/49

CursoMINERALOGIA Y GEOLOGÍAING. METALURGICA

PROCESOS ENDOGENOS:MagmatismoCristalización fraccionada y diferenciación magmática

U N I V E R S I D D D E C O N C E P C I O N

INSTITUTO DE GEOLOGÍ ECONÓMIC PLIC D

Prof: Marcos Pincheira



Generación de magma

Sectores magmáticos activos son los márgenes de placas y zonas adyacentes



Hot spot Zona de subducción

Dorsal

GENERACION DE MAGMA EN LA

ACTUALIDAD



La porción superior de la placa oceánica

subductada, rica en agua y minerales hidratados,compuesta por una delgada cubierta de sedimentos

y rocas vocánicas basálticas de fondo oceánico

muy alteradas, controlan la generación de

magmatismo en las zonas de convergencia.

Generación de magmas en margencontinental activo



Formaciónde los primeros

cristalesde olivino


cristalesde piroxeno.


cristalesde cuarzo

Olivino

Piroxeno

Cuarzo

CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA Y

DIFERENCIACIÓN MAGMÁTICA



CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA Y DIFERENCIACIÓNMAGMÁTICA

Primeros minerales formados al bajarla temperatura del magma sonretirados del sistema por su densidady acumulados en el fondo de la

cámara magmática.El magma residual se empobrece enalgunos elementos (Fe, Mg, Ti, Ca,etc.) y se concentra relativamente enotros, cambiando progresivamente

su composición química a medidaque progresa la cristalización(cristalización fraccionada).



Serie de Bowen: orden de cristalización en un

magma, formando silicatos

d e s c e n s o d e l a

t e m p e r a t u r a



DIFERENCIACIÓN POR CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA

Plagioclasascálcicas

Magmade gabro

Magmagranítico

Magmadiorítico

Tipo deMagma

Plagioclasasintermedias Cuarzo Ortocl.

Plagioclácida

Piroxeno AnfíbolasOlivino Anfíbolas Biotita

Componentesclaros

Componentesoscuros



ROCAS ÍGNEAS PLUTÓNICAS

Gabro Diorita

Sienita Granito rosado



Algunos elementos presentes en el magma son de carácter incompatible

debido a su radio iónico, composición química del magma y estado deoxidación. Estos elementos no entran con facilidad en la estructura de lossilicatos y son enriquecidos en el magma residual.

QUE ELEMENTOS ENTRAN CON FACILIDAD EN LAESTRUCTURA DE LOS SILICATOS

Si, Al

O

Tetraedros de silicio-oxígeno

Cadenas dobles detetraedros de silicio-oxígeno

y cationes de Fe-Mg



Minerales: Formula

Olivino (Mg,Fe)2SiO4

Enstatita Mg2Si2O6

Hiperstena (Mg,Fe++)2Si2O6 Augita (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6

Biotita K(Mg,Fe++)3[AlSi3O10(OH,F)2

Hematita Fe2O3

Magnetita Fe++Fe+++2O4

Ilmenita Fe++TiO3

Plagioclasas (Na,Ca)(Si,Al)4O

8Ortoclasa KAlSi3O8

Muscovita KAl2(Si3 Al)O10(OH,F)2

Cuarzo SiO2

Esfeno CaTiSiO5

Zircón ZrSiO4

Epidota Ca2(Fe+++,Al)3(SiO4)3(OH)

Hornblenda Ca2[Fe++4, Mg++4 (Al,Fe+++)]Si7 AlO22(OH)2

PROCESOS DE CONCENTRACIÓN DE METALES EN EL MAGMA

Qué minerales (y elementos) se

retiran mayoritariamente del

magma durante la cristalizaciónFraccionada para formar silicatos?

En que medida se incorporan

los metales (Cu, Zn, Au, Ag,

Pb,Mo) en estos minerales ?

Donde se concentran el S, As,

Cl, H2O ?



Metales como el Cu, Zn, Pb, Au, Ag, etc. son incorporados a la fasecristalina como trazas en minerales formadores de roca ya sea comomicroinclusiones de sulfuros magmáticos o en la red cristalina.

Metal Concentración Minerales Ligando más

media en hospedantes frecuente en

Granitos (ppm) fluidos magmáticos

Cu 12 Pirrotina, anfibola, piroxeno Cl-

Pb 20 Feldespato-K, biotita Cl-

Zn 50 Fe-Ti-Ox, anfibola, piroxeno Cl-

Mo 1,5 Fe-Ti-Ox, anfibola, piroxeno OH-

Sn 3 Fe-Ti-Ox, anfibola, piroxeno Cl-

Au 0,002 Pirita, pirrotina, bornita Cl-, HS-, H2S

Incorporación de metales en la red cristalina de los minerales



Curso:GEOLOGIA Y MINERALOGIA

INGENIERIA METALURGICA

Las etapas post-magmáticas; los sistemas hidrotermalesMecanismos de depositación de metales



SISTEMAS HIDROTERMALES

Un depósito mineral de origenhidrotermal se forma por lacirculación por fluidos de temperaturavariable, entre 50ºC y 500ºC, que

lixivia, transporta, y posteriormenteprecipita su carga de metales, enrespuesta a cambios en las condicionesfísico-químicas del medio por dondecircula.

Un fluido hidrotermal puede ser

definido como una solución acuosa aalta temperatura portadora de muchosmetales en solución, en forma decomplejos iónicos, que puede migrarlateral y verticalmente en el interior dela corteza terrestre en un rango

amplio de temperaturas y presiones.



Vapor

ESQUEMA DE FLUJO CONVECTIVO Y DISTRIBUCIÓN DEISOTERMAS

Fluido de origenmagmático

Isotermas

Flujo convestivoaguas meteóricas



Las rocas donde circula el fluido hidrotermal experimentan diversos grados dealteración, porque la asociación mineral existente en las rocas no es estable en la

presencia de dicho fluido y tiende a re-equilibrarse, formando una nuevaasociación mineral, estable en estas nuevas condiciones.



FUENTE DE ORIGEN DE FLUIDOS EN LOS SISTEMASHIDROTERMALES

Dos fuentes para el agua en los sistemas hidrotermales:

• Meteórica (aportada por aguas lluvia) Muy abundante en las fases finales de menor temperatura (95% del volumen total

de aguas circulantes) del sistema.

• Magmática (aprox. 2-6% en volumen aportada por el magma en enfriamiento). Alta participación en las fases iniciales de mayor temperatura. Pese a lo anterior,no representa probablemente más de un 5% del total del volumen de agua que

circula durante el tiempo en que se desarrolla el sistema.



EFECTO DEL AGUA Y VOLÁTILES EN UN SISTEMAMAGMÁTICO EN ENFRIAMIENTO

El agua es el volátil mayoritario en un magma (2,5 a 6,5% en peso).

Otros constituyentes incluyen cantidades menores de H2S, CO2, HCl, HF, H2.

El principal efecto del agua en una mezcla silicatada fundida es bajar

considerablemente su viscosidad debido a un fenómeno de despolimerización.

Si, Al O-2



El agua y otros volátiles tales como el F, B, Cl rompen estospuentes de oxigeno reemplazando un ion O2- por 2OH-

Los efectos del agua pueden ser resumidos en:

• Despolimeriza la mezcla y reduce su viscosidad

• Aumenta la velocidad de difusión iónica

• Disminuye la temperatura de cristalización

• Se exsuelve y expande en el magma, causando endeterminadas circunstancias una explosiva evacuación devolátiles hacia la superficie (ebullición retrógrada).

OH - OH -

OH -

OH-

O2-

Ó Ó



El continuo incremento de la concentración del H2O en el magma

residual, debido a la cristalización fraccionada, provoca que en algún

momento de su evolución (y siempre que el nivel de ascenso del

magma en la corteza sea considerable) la presión del H2O en la parte

superior de la cámara magmatica iguale la presión confinante. En este

punto se producirá la “segunda ebullición” o “ebullición retrógrada” de

los volátiles en el magma.

EBULLICIÓN Y SEPARACIÓN DE FASES

400ºC

A condiciones de altapresión y temperatura, unmagma posee una altasolubilidad del agua, la

que decrece con eldescenso de temperaturay más fuertemente, conel descenso de presión.



EBULLICIÓN DE LAS SOLUCIONES RESIDUALES EN EL MAGMA

400ºC



EBULLICIÓN DE LAS SOLUCIONES RESIDUALES EN EL MAGMA

El aumento de la presión de vapor al

entrar en ebullición el sistema, llega asuperar la resistencia mecánica de lasrocas de caja, produciéndose unafracturación y brechización hidráulica(FBx) de las rocas cristalinas de la

costra exterior del plutón, encima dela zona saturada.

Como resultado se produce una rápida perdida de presión de fluido

en la cámara magmática, lo cual lleva a la precipitación de sílice,

sellando el sistema y a la formación de nuevo magma residual

saturado en agua.

Brecha Marginal del yacimiento El Teniente:Brecha hidrotermal con matriz de turmalina y

sulfuros.



Stockwork de vetillas en un pórfidocuprífero, oxidadas por efectossupergenos (parte superior del

depósito)

BRECHAS HIDRAULICAS “STOCKWORK” Y BRECHA HIDROTERMAL

En el estado final del proceso se haproducido una densa red de fracturas

sobre el Plutón y una alteraciónprogresiva de los canales decirculación de las soluciones,generando un stockwork.

Los minerales de mena,concentrados generalmente por las

soluciones hidrotermales mástardías, pueden ser transportados através de esta red de fracturas ydepositados generalmente a partirde soluciones hipersalinas durante

los estadios póstumos de laactividad magmática.



~1-3 km

Superficie

SISTEMAS DE PÓRFIDOS CUPRÍFEROS

IntrusiónMagma hidratado

~400ºC

Exsolución del aguadesde el magma

Intrusión Pórfidoportador de la

mineralización deCu-Mo



La precipitación de los metales desde un fluido hidrotermal ocurrirá porejemplo como resultado de:

1-Variaciones de la temperatura

2- Cambios químicos producidos por mezcla de fluidos.

3- Reacciones de la solución con las rocas de caja

DEPOSITACIÓN DE LOS METALES

La alteración hidrotermal de los feldespatos y de otrossilicatos ocurre a través de la hidrólisis, lo que significa laextracción de los iones de hidrógeno desde la solución, locual disminuye la estabilidad de los complejos clorurados y

causa la precipitación de sulfuros.

1 y 2La temperatura y el nivel de oxidación y el pH cambian

bruscamente cuando fluidos hidrotermales magmáticos se

mezclan con aguas meteóricas superficiales frías y oxigenadas y

de pH neutro.

3



Agua meteóricarica en oxigeno

y de baja Tº

Zona de mezcla de solucionesmagmáticas y meteóricas

DEPOSITACIÓN DE LOS METALES



Curso:GEOLOGIA Y MINERALOGIA

INGENIERIA METALURGICA

Alteración HidrotermalEfectos sobre los procesos de recuperación metalúrgica



Las rocas donde circula el fluido hidrotermal experimentan diversos grados dealteración, porque la asociación mineral existente en las rocas no es estable en lapresencia de un fluido a alta temperatura (100º - 500º C, con muchos elementos

en solución) y tiende a re-equilibrarse, formando una nuevas asociaciones, dondequedan remanentes de la mineralogía original de la roca, fuertemente alterados aminerales más estables en estas nuevas condiciones.



ALTERACIÓN HIDROTERMAL

La Alteración Hidrotermal produce cambios mineralógicos, texturales yquímicos de una roca, formados por la circulación a través de ella desoluciones hidrotermales. La alteración hidrotermal está caracterizada por:

• Un sistema abierto de interacción agua – roca• Desequilibrio químico fluidos - roca

• Adición o remoción de componentes químicos (metasomatismo)

Vapor y fluido a alta temperatura

Cambios:

Mineralógicos,Texturales yquímicos de las rocasatravesadas

Roca

Cuerpo magmático: fuentede calor y fluidos



En términos generales se puede establecer un orden relativo desusceptibilidad a la alteración de los minerales, debido a que los de más altatemperatura de cristalización estarán en fuerte desequilibrio en condiciones

hidrotermales y serán los primeros en alterarse:

Olivino > magnetita > piroxenos > anfiboles > biotita = plagioclasa

Existen minerales mas fáciles de alterar que otros

Alta Tº

Baja Tº



La característica esencial de la alteración hidrotermal es la conversiónde un conjunto mineral inicial en una nueva asociación de mineralesmás estable bajo las condiciones hidrotermales de temperatura, pH ycomposición de fluidos.

Venillas de alteración cuarzo-sericita-sulfuros Alteración argílica (caolín-esmectita)

Oxidados de Cu

Sulfuros Cu-Fe

Sondajes en pórfidos cupríferos



Alteración de plagioclasa sericita arcillas cuarzo

andesina sericita + cuarzo0.75 Na2CaAl4Si8O24 + 2H+ + K + = KAl3Si3O10(OH)2 + 1.5 Na+ + 0.75 Ca2+ + 3SiO2

sericita (mica potásica) caolinita

KAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 1.5 H2O = 1.5 Al2Si2O5(OH)4 + K +

caolinita Cuarzo0.5 Al2Si2O5(OH)4 + 3H+ = SiO2 + 2.5 H2O + Al 3+

andesina caolinita + cuarzo

Na2CaAl4Si8O24 + 4H+

+ 2H2O = 2 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+

+ Ca2+

La alteración hidrotermal, debido al bajo pH de la solución, producehidrólisis (H + y OH - ), quebrando la estructura cristalina de los silicatos,debido a la adición de iones H+ y OH- en los sitios de unión de laestructura cristalina.

El H+ penetra en la estructura cristalina donde compite con ventaja sobreotros cationes, debido a su pequeño radio y fuerte atracción iónica,desplazando al Ca2+ , K +, Na+, etc., los cuales son transferidos a lasolución, donde son captados por los OH-.



Factores que controlan la alteración hidrotermal

Temperatura y la diferencia de temperatura ( tº) entre la roca y el fluido que lainvade: mientras más caliente el fluido mayor será el efecto sobre la mineralogíaoriginal.

Composición del fluido, sobre todo el pH del fluido hidrotermal: mientras másbajo el pH (fluido más ácido) mayor será el efecto sobre los minerales originales.

Duración de la interacción agua/roca y variaciones de la razónagua/roca: mientras mayor sea el volumen de soluciones que circulen por lasrocas y por mayor tiempo, las modificaciones mineralógicas serán más completas.

Permeabilidad de la roca: Una roca compacta y sin permeabilidad no puede serinvadida por fluidos hidrotermales para causar efectos de alteración. Sin embargo,los fluidos pueden producir fracturamiento hidráulico de las rocas o disolución deminerales generando permeabilidad secundaria en ellas.

M d l d Al ió Mi li ió Pó fid



El esquema clásico de alteración-mineralización fue estudiado por

Lowell & Guilbert (1970) en San Manuel-Kalamazoo en Arizona.

Según este modelo general, los depósitos de cobre porfídico

desarrollan generalmente cuatro zonas de alteración hidrotermal,

las cuales están normalmente centradas en el cuerpo plutónico

porfídico central, alrededor del cual se disponen coaxialmente

envolturas concéntricas (a veces incompletas) de las siguientes

zonas:

•Zona potásica

•Zona fílica

•Zona argílica

•Zona propilítica

•Zona clorita-sericita-epidota-magnetita

Modelo de Alteración y Mineralización en Pórfidos

Cuarzo-sericita-clorita-feldespato-K

Feldespato-K / Biotita



Esquema clásico de alteración-mineralizaciónde Lowell & Guilbert (1970)

R. Oyarzun, 2011



Zona de alteración potásica, caracterizada

por el desarrollo de feldespato

potásico/biotita secundaria, o por la

presencia de feldespato potásico-clorita ya veces por la asociación feldespato

potásico-biotita-clorita. Corresponde a un

intercambio catiónico con la adición de K+

a las rocas

La anhidrita es importante en esta zona ygeneralmente también ocurre algo de

sericita.

La alteración potásica es de alta temperatura (400° a 800°C) y se caracteriza por unaalteración selectiva y penetrativa de la roca. La Biotita en vetillas ocurre principalmente en

el rango 350°-400°C, y feldespato potásico en vetillas en el rango 300°-350°C. La alteración

potásica comúnmente es tardimagmática y se presenta en la porción central de zonas

alteradas ligadas al emplazamiento de intrusivos.



Alteración sílico-potásica: Feldespato potásico,

biotita,clorita, anhidrita,

magnetita,pirita

Zona de alteración potásica

Biotita

Biotita

Qz

Observación microscópica



Zona de alteración fílica, conocida también

como zona de alteración cuarzo-serícitica.

Esta zona está caracterizada por la asociación

cuarzo-sericita-pirita, a menudo acompañada

por algo de rutilo. Desarrolla clorita y pirofilitaen la parte interior e illita en la parte exterior.

La zona de alteración fílica posee el

mayor desarrollo de pirita

rellenando vetillas y en forma

diseminada.

La alteración cuarzo-sericita ocurre en un

rango de pH 5 a 6 y a temperaturas sobre los

250°C. A temperaturas más bajas ocurre illita

(200°-250°C) o illita-esmectita (100°- 200°C).

A temperaturas sobre los 450°C aparece

corindón asociado a sericita y andalucita.

Cuarzo SiO2

Sericita KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2

Illita (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)



ALTERACIÓN SERICÍTICA O CUARZO-SERICÍTICA

Ambos feldespatos (plagioclasas y feldespato potásico) transformados a sericita y

cuarzo, con cantidades menores de illita. Normalmente los minerales máficos

también están completamente destruidos en este tipo de alteración.

Qz Ser

Observación macroscópicaSección delgada de roca bajo

observación microscópica, con luzpolarizada.

ALTERACIÓN ARGÍLICA



Zona de alteración argílica (y argilica

intermedia), está caracterizada por la

presencia de minerales de arcilla:

caolinita más importante en la

zona interior

montmorillonita más inportante

en la parte exterior.

La pirita está presente en menorcantidad que en la zona fílica,

generalmente en forma de vetillas.

La alteración argílica intermedia ocurre en rangos de pH entre 4-5 y puede coexistir con la

alunita en un rango transicional de pH entre 3 y 4.

La caolinita se forma a temperaturas bajo 300°C, típicamente en el rango 150°C-200°C.

Sobre los 300°C la fase estable es la pirofilita.

Hay una significativa lixiviación de Ca, Na y Mg de las rocas. La alteración argílica

intermedia representa un grado más alto de hidrólisis (bajo pH) relativo a la alteraciónpropilítica.

ALTERACIÓN ARGÍLICA



ARGÍLICA AVANZADAGran parte de los minerales de las rocas son transformados a caolinita, dickita,

pirofilita, alunita y cuarzo. Este tipo de alteración representa un ataque hidrolítico

extremo de las rocas en que incluso se rompen los fuertes enlaces del aluminio enlos silicatos originando sulfato de Al (alunita).

En casos extremos la roca puede ser transformada a una masa de sílice oquerosa

residual (“vuggy silica”). La alteración argílica avanzada ocurre dentro de un amplio

rango de temperatura pero en condiciones de pH entre 1 y 3,5. A bajo pH 2 domina

el cuarzo, mientras que alunita ocurre a pH sobre 2.

Cuarzo : SiO2

Caolinita: Al2Si2O5(OH)4

Dickita: Al2Si2O5(OH)4

Alunita: KAl3(SO4)2(OH)6

Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2

Jarosita: KFe+33 . [(OH)6· (SO4)2]

vuggy silica



Zona de alteración argílica

ALTERACIÓN PROPILÍTICA



Zona de alteración propilítica, muy extensa

y siempre presente en la parte externa de

los yacimientos. Con presencia de epidotay/o clorita (plagioclasa albitizada, calcita y

pirita). Este tipo de alteración representa

un grado bajo de hidrólisis de los minerales

de las rocas.

Esta alteración ocurre por lo general comohalo gradacional y distal de una alteración

potásica, gradando desde actinolita-biotita

en el contacto de la zona potásica.

En la zona central de mayor extensión se

observan asociaciones de epidota-clorita-albita-carbonatos.

ALTERACIÓN PROPILÍTICA

La alteración propilítica se forma a condiciones de pH neutro a alcalino y

temperatura de 200° a 300°C. La presencia de actinolita (280°-300°C) puede ser

indicador de la zona de alteración interior.



Plag

Clorita

Lim

Plag-(albita)

Clorita

Secciones transparentes: Observación microscópica

Las formaciones de clorita, epidota y albita están representadas por las reaccionessiguientes:

Cloritización de la biotita:

biotita + H+ clorita + cuarzo + K+

Epidotización y albitización de la plagioclasa:

plagioclasa + cuarzo + H2O + Na+ epidota + albita + H+



Evolución mineralógica de un yacimiento; sucesivassobreimposiciones de eventos de alteración-mineralización

K

K

K

K

P

P

P

P

X

VolcánicosMesozoico/Terciario

+

+

+

++

Flujos magmáticos

Plutón

AA

AA AA

X

X

X

X

X

X X

X

X

Paleozoico

T e c h o

d e l b a s a m

e n t o

K

KK

K

K

P

P

P

QsQs

Vetas/brechas

Cu-As-Au

Flujos

meteóricos

Vetas / brechas

Vetas “D”

FlujosMeteóricos

Paleosuperficie

0 2 km

Ef t d l lt ió d l l



Efectos de la alteración de las rocas en los

procesos metalúrgicos

1- Molienda: Uno de los procesos mas ineficientes en

terminos de consumo de energia es la molienda. Factores

claves son la dureza de la roca (por ej. alteración cuarzo-

sericítica) o bien la alta plasticidad de la misma (alteraciónargílica) debidos a los procesos de alteración, forman parte

de las dificultades de la molienda.

2- Flotación: La presencia de lamas (materiales finos

menores a 10 µm, generalmente del tipo filosilicatos), son

uno de los principales factores en la mala recuperación en la

flotación. Modificar los parámetros operacionales o agregar

químicos, aumenta los costos asociados a la recuperación.

Pirometalurgia:



3- Lixiviación: Los minerales son primeramente

chancados, lo cual tiene similares dificultades que la

molienda por la presencia de rocas duras o blandas

debidos a la alteración que las afecta. La etapa siguiente la

del curado supone el contacto del mineral con ácidoconcentrado, aquí el consumo de ácido esta directamente

relacionado a la mena y a la ganga que reacciona con el

ácido.

Hidrometalurgia:



4- Estabilidad de la Pila: La alta presencia de minerales

de arcillas expandibles (esmectitas) en las rocas puedecausar la impermeabilización, la desestabilización de un

sector de la pila y la pérdida operacional de la misma.

5- Pérdida de conectividad hidráulica: La presencia de

arcillas causa también el sellado de los poros en la pila y

finalmente el aposamiento, con perdidas de recuperación

importantes.

FIN

01- generacion de magma- sistemas hidrotermales y alteracion

Documents