ALTERACIÓN HIDROTERMAL Es el intercambio químico ocurrido durante la interacción fluido hidrotermal – roca. Provoca cambios químicos y mineralógicos en la roca, en estricto rigor puede ser considerado como proceso de metasomatismo, generándose transformación química y mineralógica de la roca original en un sistema termodinámico abierto. CAMBIOS MINERALOGICOS, TEXTURALES Y QUIMICOS de Una ROCA PRODUCTO DE LA INTERACCIÓN AGUA-ROCA Roca en contacto con: • Vapor • Fluido (agua caliente) • Gas producen cambios •Mineralogia • textura • química Esto es un sistema abierto, con desequilibrio químico, produce adición o remoción de componentes químicos. A su vez implican transferencia de masa. TRANSFERENCIA DE MASA EN SISTEMAS HIDROTERMALES: Debido a que las soluciones hidrotermales están subsaturadas de metales, requerirá una mayor circulación de fluidos por una unidad de roca durante un prolongado tiempo para que estos metales se concentren mediante una continua precipitación de minerales desde el fluido. POR QUE CIRCULAN LOS FLUIDOS HIDROTERMALES? •Por las diferencias de densidad inducidas termalmente, diferencias de composición y densidad. • Gradiente de presión: Compactación sedimentaria, generación de fluidos metamórficos, diferencias de elevación, liberación de fluidos de un magma. (Alta P y T como los pórfidos) ADVECCIÓN Y CONVECCIÓN DE FLUIDOS / advección es el transporte en un fluido. Conveción es transmisión de calor por movimiento por capas desigual calientes • Los fluidos necesitan espacio físico para fluir a travez de la corteza terrestre. • Muchos son precipitados como relleno de espacios abiertos. • Porosidad y permeabilidad: permiten la ubicación de la mineralización importantes para •* La ubicación de la mineralización y •* Tamaño y forma de depósitos minerales. POROSIDAD PRIMARIA: Generalmente en rocas sedimentarias (brechosa angulares) POROSI SECUNDARIA: •*Inducida por fallas, diaclasas o •* Inducida por fluidos: Disolución Karst, dolomitización, fracturamiento hidráulico.
GROUND PREPARATIÓN: Preparación del terreno : Condiciones geológicas previas a la circulación del fluido hidrotermal. LA RAZÓN DE FLUJO DE UN FLUIDO DEPENDE SU: • Densidad // • Viscocidad // • Diferencia de presión // • Permeabilidad del medio
SE RIGE POR LA LEY DE DARCY • Q= KiA K: Conductividad hidráulica, i: gradiente hidráulico, A: Area La razón de flujo volumentrico es función de área de flujo, elevación, presión y una constante de propocionalidad DIFUSIÓN Movimiento de moléculas o iones a travez de un medio inmóvil (agua, liquido, gas) inducido por gradiente de concentración. F=-D(dc/dx) Primera Ley de Fick •F: Flujo difusivo, •D=coeficiente de Difusión, • dc/dx: gradiente de concentración, •- indica hacia abajo en la gradiente de difusión ES IMPORTANTE EN LIQUIDOS SOLO CUANDO EL FLUIDO ES ESTÁTICODONDE LA PERMEABILIDAD ES BAJA, Y EN SOLIDOS IMPORTANTE SOLO EN ALTAS TEMPERATURAS. REACCIÓN DE INTERCAMBIO IÓNICO EN PROCESOS DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL • Intercambio Catiónico o cambio de base: Mg2+ por Ca2+ o Na+ por K+, esto generalmente ocurre en altas Calcita Dolomita temperaturas 2+ 2+ • 2CaCO + Mg CaMg(CO ) + Ca 3 32 Ortoclasa •
Clorita
KAlSi O + 6.5Mg 3 8 Ortoclasa
•
KAlSi O + Na 3 8
2+
+ + + 10 H O Mg6.5(Si Al)O (OH) +K + 12H 2 3 10 8
Albita +
+ NaAlSi O + K 3 8
• Cationes metálicos por H+ : Corresponde a la Hidrólisis que es la reacción de descomposición donde participa el agua. Controla la estabilidad de Feldespatos en los cuales K+, Na+, Ca2+ y otros cationes se transfieren de los
minerales a la solución y el H+ se incorpora en fases solidas de remanentes , lo cual es denominado METASOMATISMO DE HIDROGENO.
Andesina Alteración de plagioclasa caolinita + cuarzo sericita arcillas cuarzo Na CaAl Si O + 4H 2 4 8 24 Andesina
+
+ 2+ + 2H O = 2 Al Si O (OH) + 4SiO + 2Na + Ca 2 2 2 5 4 2 Sericita + Cuarzo
+ + + 2+ Na CaAl Si O + 2H + K KAl Si O (OH) + 1.5 Na + 0.75 Ca + 0.75 2 4 8 24 3 3 10 2 Sericita pirofilita + cuarzo 3SiO 2 KAl + + + Si O (OH) + H + 3SiO = 1.5 Al Si O (OH) + 4SiO + 2Na + Ca 3 3 10 2 2 2 4 10 4 2
Albita
montmorillonita-Na +cuarzo
1.17 NaAlSi O + H 3 8
+
= 0.5 Na
0.33
Al
Si O (OH) + 1.67SiO + Na 2.33 3.67 10 2 2
Montmorillonita 3 Na
0.33
+
caolinita +cuarzo
+ + Si O (OH) + H + 3.5 H2O = 3.5 Al Si O (OH) + 4SiO + Na 2.33 3.67 10 2 2 2 5 4 2 • Hidratación —— OTRAS REACCIONES DE ALTERACIÓN
Al
• Redox Olivino
antigorita
Involucra componentes con estados de oxidación variables +
2Mg SiO + 2HHematita O + 2H = Mg Si O (OH) + Mg Magnetita 2 4 2 3 2 5 4
2+
4FeHematita 6Fe2O3 (martitización) limonita 3O4 + O2 Fe O + 3H O = 2Fe(OH) 3 2 3 2 3
Annita 2KFe AlSi O
Ortoclasa + Magnetita (OH) + 2O 2KAlSi O + 2Fe O + 2H O
ALTERACIÓN HIDROTERMAL •Los tipos de alteración son dependientes de factores tales ** Composición de fluido ** Composición de roca huésped ** Temperatura ** pH, Eh ** razón agua/roca ** Tiempo de Interacción • La alteración hidrotermal involucra: ** Crecimiento de nuevos cristales ** Disolución (lixiviación) y precipitación de nuevos minerales ** Presencia de fluidos calientes (endógenos o exògenos) ** Cambio textural y quìmico ** Condiciones de cambio, Temp y Metasomatismo. ESTOS OCURREN MEDIANTE: • Transformaciòn de fases minerales • Reacciones de intercambio Iònico en los minerales constituyentes de una roca y fluido que circulo por la misma. 1. Composición Litológica: Influencia en la Mineralogia hidrotermal 2. Tº y pH del fluido: Factores relevantes en la asociación Mineralógica. 3. Características AH: Conversión de un conjunto mineral a una nueva asociación estable bajo condiciones hidrotermales de P, T y composición de fluidos 4. Involucra circulación de fluidos en rocas permeables (Fisuras o poros interconectados) 5. Fluido: Considerablemente fuera de equilibrio termodinàmico con las rocas adyacentes. FACTORES QUE CONTROLAN LA ALTERACIÓN HIDROTERMAL EN LAS ROCAS: 1. TEMPERATURA: Mientras más caliente el fluido mayor será el efecto sobre
la mineralogía orig 2. COMPOSICIÒN DEL FLUIDO (pH): mientras menor pH, mayor será efecto (hidròlisis) sobre los minerales 3. PERMEABILIDAD: 4. PERMEABILIDAD SECUNDARIA 5. DURACIÒN Y VARIACIONES DE INTERACIÒN ROCA/AGUA : Mientras Mayor volumen de agua calientes circulen sobre las rocas y mayor tiempo, las modificaciones mineralógica será mayor 6. COMPOSICIÒN DE LA ROCA: Distintos minerales tienen susceptibilidad diferente a ser alterados. 7. PRESIÓN: Es un efecto indirecto, controla los procesos de ebullición de fluidos, fracturamiento ALTERACIÒN PERVASIVA: Aquella que en roca esta alterada en todo su volumen, indica la intensidad de alteración. EXTENSIVIDAD: Distribución espacial de la alteración.
PROCESOS DEBIDO A LA ALTERACIÒN HIDROTERMAL: 1. DEPOSITACIÒN DIRECTA: Los minerales se depositan directamente a partir de soluciones hidrotermales. Los fluidos pueden moverse dento de las rocas por fracturas, diaclasas, poros. 2. REEMPLAZOS: Minerales y rocas inestables a ambiente hidrotermal son reemplazados por minerales estables en nuevas condiciones. 3. LIXIVIACIÓN: Componentes químicos de las rocas son extraidos por fluidos hidrotermales al atraversarlas. EJM: Textura de Cuarzo Oqueroso (Vuggy Sílica) REACCIONES DE HIDRÓLISIS La estabilidad feldespatos, micas y arcillas en procesos de alteración hidrotermal son controladas por hidrólisis. Minerales a solución: K+, Na+, Ca2+ y otros cationes H+ La hidrolisis es una reacción de descomposición que involucra participación del agua. Determinada por un ambiente de pH bajo de creciente acidez. Alteración de plagioclasa sericita arcillas cuarzo
Andesina
0.75
Sericita + Cuarzo
+ + + 2+ Na CaAl Si O + 2H + K KAl Si O (OH) + 1.5 Na + 0.75 Ca + 3SiO 2 4 8 24 3 3 10 2 2
Sericita (mica potásica)
Caolinita
Transformación de fases minerales: Reemplazo o metasomatismo. CLASIFICACIÓN DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL: Utilizando el mineral más abundante y obvio en la corteza alterada.
TRANSPORTE DE METALES Los metales son insolubles como iones simples por ende son transportados como complejos. La estabilidad de estos complejos esta controlada por pH, tº, P, ligantes, fuerza iónica. EJEMPLO DE COMPLEJOS: Complejos Clorurados, Complejos Sulfurados. PRECIPITACIÒN:
1. Enfriamiento: • Afecta a la solubilidad del producto • Afecta a las constantes de disociación 2. Aumento de especies Sulfuradas reducidas acuosas. a. Adición de H2S(Acido sulfhidrico) o HSb. Reduccion de especies oxidadas de azufre, SO-4 o HSO4- (Ac. Sulfùrico) 3. Cambio de pH de la solución 4. Aumento de la concentración de metales. 5. Descenso de la concentración de ligantes.
TIPOS DE ALTERACIÓN: ALTERACIÓN POTÁSICA • Caracterizada por FDK y/o biotita, accesorios (Qz, Mt, Sericita, clorita) • Es de alta temperatura: 400 a 800°C es, SELECTIVA Y PENETRATIVA • Biotita en ventillas en rangos de 350 a 450°C
•FDK en vetillas 350°- a 400°C • Biotita y FDK asociados con Qz, Pirita, formados en pH neutro a alcalino. ALTERACIÓN PROPILÍTICA: • Caracterizada por asociación Clorita – Epidota con o sin Albita, Calcita, pirita, con accesorios de Qz-Mt-Illita. • Ocurre como halo gradacional de una alteración Potasica, grada desde actinolita-biotita, en la zona potásica a actinolita-epidota en la zona propilítica. • En zonas distales hay asociaciones de epidota-Clorita-Albita-Carbonatos, gradando a zonas progresivamente más ricas en Clorita y zeolitas hidratadas. • Se forma en condiciones de pH neutro a alcalino, a temperaturas bajo 200°250°C.
ALTERACIÓN ALBITA: • Asociado con Propilítica de alta temperatura, reemplazo general de plagioclasas junto con actinolita. • Es una alteración temprana y profunda durante etapas tardías de cristalización de un magma.
ALTERACIÓN CUARZO SERICITA (FILICA) • Qz y sericita, con accesorios clorita, illita, pirita. • Rango de pH 5 a 6, a temperatura sobre los 250°C. • A temperaturas bajas se da la Illita (200 – 250°C) o illita-smecita (100 a 200°C) • A temperaturas mayor a 450° C el Corindon ocurre en asociación con sericita, y andalusita.
ALTERACIÓN ARGÍLICA MODERADA. • Principalmente por Arcillas (Caolín) y mayor o menor cuarzo •pH (4 a 5) puede coexistir con alunita, en rango transicional de pH (3 a 4) • La caolinita a temp bajo 300°C, rago de 150° a 200°C. • Sobre los 300°C la fase estable es la Pirofilita ALTERACIÓN ARGILICA AVANZADA: • Caracterizada por Qz residual, (Vuggy Sílica) con o sin precesia de alunita, jarosita, caolín, pirofilita y pirita. • ph 1 a 3.5 • A alta temperatura sobre (300°C) puede ocurrir con andalusita • Bajo pH 2 domina el Qz, mientras que la alunita ocurre a pH sobre 2.
ALUNITA EN ALTERACIÓN ARGILICA AVANZADA: Alunita puede originarse en varios lugares producto de la alteración por condensación de gases ricos en H2S producto de la alteración supérgena, como producto de cristalización magmática/hidrotermal a lo largo de vetas. ALTERACIÓN CARBONATADA: Caracterizada por Calcita, ankerita, siderita, pirita y/o albita. Ocurren en un amplio rango de temperatura, y pH asociado con caolinita, clorita y minerales calcosilicatados. Carbonatos de Fe-Mn(Siderita – Rodocrosita) coexisten con caolinita – illita. Carbonatos de Ca-Mg (dolimita - calcita) ocurren con clorita y minerales calcosilicatados. ALTERACIÓN CALCOSILICATADA Caracterizado por silicatos de Ca y Mg ALTERACIÓN TIPO SKARN: Son transformaciones de Rocas Carbonatadas, a minerales calcosilicatados en zonas adyacentes a intrusivos. Presencia de granates, (andradita, clorita, actinolita) REACCIONES SKARN: • Controlados principalmente por temperatura y presión y actividad de Ca, Fe, Mg y Mn. • Proceso de metasomatismo y asociaciones minerales principalmente en función de diagramas ternarios. ALTERACIÓN TIPO GREISSEN: Caracterizada por la asociación Muscovita, feldespat, cuarzo, topacio y/o turmalina, asocia do a facies neumatolíticas, mayores a 250°C PRIMERA EBULLICIÓN: En condiciones de Alta T y P el agua es altamente soluble en un magma, decrece con el descenso de la presión. Los magmas máficos disuelven menor cantidad de agua que los magmas félsicos. • La perdida de solubilidad en el magma y la consecuente exsolución (separación) desde la fase magmática es denominada “Primera Ebullición” SEGUNDA EBULLICIÓN (EBULLICIÓN RETROGRADA) Ocurre durante la cristalización de un magma. Ocurre durante el enfriamiento del magma que conduce a su cristalización, este proceso es más rápido y violento a mayor velocidad de cristalización. La fase hidrotermal exsuelta está inicialmente en un estado supercríticoa temperaturas magmáticas pero al enfriarse se separará en una fase vapor y una líquida salina (salmuera) con altos contenidos de Na y Cl. DEPENDIENDO de las condiciones físico-químicas dominantes en el magma
en cristalización, los metales como Cu, Zn, Pb, AU, Ag, tendrá un comportamiento compatible o incompatible. Si son compatibles son incorporados a la fase cristalina como trazas en minerales formados de rocas. Sin son incompatibles como los magmas oxidados se particionarán a la fase fluida y estarán disponibles para participar en los procesos de hidrotermales. SEGUNDA EBULLICIÓN Y GENERACIÓN DE FLUIDOS HIDROTERMALES • La separación violenta de una fase hidrotermal será capaz de secuestrar metales antes que pasen a formar parte de minerales formadores de las rocas. • Esto implica mientras menos cristalizado este un magma antes que comienze la cristalización masiva y rápida, mayor probabilidad de extraer altos contenidos de metal existen. • La convergencia de parámetros geológicos, tectónicos y termodinámicos durante el emplazamiento de magma sera de gran relevancia en procesos hidrotermales para secuestrar metales desde un magma.