2_3_Fusión Parcial y Cristalización Fraccionada

YACIMIENTOS MINERALES I

1. PROCESOS IGNEOS

1.3. FUSIÓN PARCIAL Y CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA

1.3.1. FUSIÓN PARCIAL

1.3.2. CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA

1. PROCESOS IGNEOS - 1.3. FUSIÓN PARCIAL Y CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA

1.3. FUSIÓN PARCIAL Y CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA

1.2.1 FUSIÓN PARCIAL

Muchos de los yacimientos asociados a rocas ígneas son formados por elementos (Cu, Ni, Cr, Ti, P, Sn, W, U, entre otros) que originalmente existen como elementos trazas en un magma o roca, y fueron subsecuentemente enriquecidos por procesos de cristalización fraccionada y/o fusión parcial.

Cuando un roca se encuentra bajo un proceso de fusión parcial, los elementos trazas (<0.1% en peso) son “fraccionados” entre la fase del fundido y el residuo solido.


1.2.1 FUSIÓN PARCIAL Aquellos elementos que prefieren la fase solida

son referidos como “elementos compatibles” (tienen un afinidad con los elementos que se encuentran en los vértices de los cristales de un mineral existente), mientras que aquellos elementos que prefieren el fundido son denominados como “elementos incompatibles”.

El enriquecimiento de elementos traza y el potencial para la formación de un yacimiento puede, por lo tanto, estar asociado a la concentración de elementos incompatibles en el fundido, durante las fases tempranas del procesos de anatexis de una roca.




Ei+/-

Ec+/- Ec+/-

Ec+/-

Ei+/-

Esquema mostrando el comportamiento de elementos compatible e incompatibles.


Los elementos trazas compatibles, que tienden a ser atrapados en los minerales de la roca, no presentan, por lo general, un proceso de concentración para conformar una ley económica

Procesos que “catalizan” la generación de magma son:

- Reducción de la presión

- Adición de volátiles

- Incremento local de la temperatura



La fusión parcial es un proceso complejo que es afectado por las variables anteriores, además de la naturaleza de la asociación mineral del protolito.

Trabajos experimentales (Mysen y Kushiro, 1976) de la fusión progresiva de una peridotita, con incremento de la temperatura ayuda a explicar el proceso de fusión parcial.

El proceso real es más complejo, y usualmente involucra de más de un mineral al mismo tiempo.




Fusión secuencial de un peridotita a una presión de 20 kbar)

1.2.1 FUSIÓN PARCIAL La complejidad de los procesos de anatexis,

puede observarse durante la fusión parcial de un protolito metasedimentario, para formar un granito tipo S:-Si los sedimentos consistieron esencialmente de cuarzo entonces la temperatura de fusión debió haber excedido los 1,170°C (temperatura de fusión del SiO2 a PH2O=1 kbar) para iniciar la fusión.-Si el sedimento fue una arcosa, se presenta una reducción de la temperatura de fusión, por mezclas eutécticas binarias o ternarias (ej. Asociación de minerales caurzo-ortoclasa-albita)




Fusión en los límites de los granos, de una arcosa sujeta a temperaturas de 700-800°C y PH2O = 1 Kbar

720°C790°C


La disgregación del protofito (ej. Arcosa), podría por lo tanto llevarse a cabo en pequeños incrementos de la fusión parcial, a lo largo de algunos límites de granos dentro de la roca.

El residuo que queda de tal proceso consiste principalmente de minerales fragmentados que no llegan a fundirse.

El fundido y el residuo solido llegan a tener una composición diferente debido al fraccionamiento de elementos.



El fundido parcial llega a ser enriquecidos considerablemente en ciertos elementos (incompatibles), y puede ser extraído desde el residuo sólido.

El proceso de fraccionamiento químico entre el fundido y el residuo sólido puede ser modelado matemáticamente:



Al generarse un magma de alta viscosidad (granito), se considera que el fundido parcial y el residuo sólido permanecen en equilibrio hasta la remoción física del fundido y emplazamiento del nuevo magma:




Relación de enriquecimiento de elementos trazas durante la fusión parcial – sin remoción del fundido (Batch Melting)


Al generarse un magma de baja viscosidad (basalto), pequeños incrementos del fundido son removido casi instantáneamente del residuo sólido, y el proceso es conocido como fusión fraccionada:




Relación de enriquecimiento de elementos trazas durante la fusión parcial – con remoción del fundido (Fractional Melting)


Un ejemplo de la concentración de elementos incompatibles durante la fusión parcial, esta representado por el yacimiento de uranio Rössing, en Namibia.

Rössing es una de las minas de uranio más grande del mundo, el yacimiento es conformado por una diseminación de uraninita (UO2) en leucogranito, además de una serie de minerales secundarios, tales como beta-uranofano, gummita y carnotita



Rössing ocurre en la parte central del orógenoDamaran 500 m.a, el leucogranito es el producto de una fusión parcial del basamento más antigüo (granito y metasedimentos )

La mina ocurre en donde una serie de diques grandes del leucogranito se conjugan para conformar una masa significante de material minable , el deposito comprende alrededor de 800 MT con leyes de 0.033 a 0.041% de U3O8




Domo Rössing


Aunque el leucogranito presenta un baja ley de U, representa un significante factor de enriquecimiento con respecto a los valores de Clarke (2.1 ppm U), este enriquecimiento puede explicarse a través de los modelos de fraccionamiento químico durante la fusión parcial (batch melting).

Si el protolito contiene alrededor de 10 ppm U, y el coeficiente de partición Dres es relativamente bajo (entre 0.1 y 0.01), entonces cuando se ha producido alrededor del 5% de fundido, el factor de enriquecimiento sería entre 7 (Dres = 0.1) y 17 (Dres =0.01)




Modelo Simplificado para el Enriquecimiento del U, durante La fusión parcial y generación deLeucogranito



Mina Rössing Tajo y Planta de Procesamiento


El fraccionamiento químico también se presenta en la secuencia de cristalización de un magma.

Una vez que los cristales son removidos del magma por procesos tales como la cristalización fraccionada, hay poco o nada de o nada de interacción química entre los componentes líquidos y sólidos del magma



Durante el emplazamiento y cristalización de un magma, es generalmente acompañado por varios grados de asimilación de la roca encajonante, esto se ve reflejado en los procesos de fraccionamiento químico.

Las intrusiones basálticas son típicamente diferentes en forma y tamaño a las graníticas, además los mecanismos de cristalización fraccionada también son diferentes.

Estas diferencias son relevantes para diferir en la formación de yacimientos magmáticos, ej. Intrusiones máficas (Cr en Bushveld) , intrusiones graníticas (Sn en el mismo complejo)


1.2.2. CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA El fraccionamiento químico también puede ser

modelado durante los procesos de cristalización fraccionada (los cristales son removidos del fundido):




Distribución de elementos traza durante la cristalización fraccionada

1.2.2. CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA Un ejemplo de una concentración económica

asociada al fraccionamiento químico durante la cristalización de un granito es la mina de Zaaiplats (Sn), en el complejo Bushveld:


1.2.2. CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA La mineralización consiste de diseminación de

casiterita (SnO2) en una zona interna del granito.



La mineralización de Sn, puede ser explicada en términos de fraccionamiento químico, asumiendo que el Sn es un elemento incompatible durante la cristalización del magma granítico (D=0.1), para alcanzar un factor de enriquecimiento de 20x se requiere que cristalice alrededor del 96% del magma.

La concentración promedio del granito es entre 8 t 14 ppm, y en la zona mineralizada es alrededor de 270 ppm.




Modelo Simplificado para el Enriquecimiento del Sn, durante La cristalización del granito en el complejo Bushveld



Afloramiento del complejo ígneo Skaergaard, Greolandia


El arreglo de minerales gravitacionalmente inducidos en intrusiones máficas podría ser la razón más lógica para explicar la estructura de capas internas que se observan en estos cuerpos.

Los primeros modelos para explicar la cristalización y estratificación en intrusiones máficas fueron derivadas del complejo Skaergaard, que representa un pulso único de magma, que cristalizó en una cámara cerrada




Sección del complejo Skaergaard, Greolandia



Variación de la densidad durante el fraccionamiento de cristales en un magma de composición ultramáfica.



Contraste en el comportamiento de un nuevo magma al entrar a un cámara magmático de diferente composición, en la parte superior el nuevo magma es mas denso, en el esquema inferior el nuevo magma es menos denso.



(a) Diagrama ternario de Cuarzo-Olivino-Cromita, (b) la trayectoria A-B-C-D es la que sigue una cristalización normal en un magma máfico, cristalizando cromita como mineral accesorio .



(c) La trayectoria seguida por la entrada de un nuevo magma con un mayor cantidad de cuarzo (representado por el punto D, cuando la cámara magmática esta en el punto E, resultando en un nuevo magma de composición F que se encuentra en el campo de estabilidad de la cromita, depositando una capa de cromita hasta que el magma llega a la composición G. (d) Otra forma del deposito de cromita es por la asimilación (fusión) de roca que esta alrededor de la cámara magmática, resultando en un magma de composición H (campo de la cromita, depositándose la capa de cromita hasta llegar a la composición G.



COMPLEJO BUSHVELD MOSTRANDO LAS CAPAS DE CROMITA EN LOS BORDES



Fotografía mostrando las capas de cromita (capas oscuras)

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