Geoquimica - Clase 2

GEOQUIMICA

SECUENCIA DE LA PROSPECCIÓN GEOQUÍMICA


El objetivo de toda prospección minera es disminuir

progresivamente el tamaño del área investigada en

el cual un cuerpo mineral puede encontrarse dentro

de un "blanco" de menos de 5 km2 que puede ser

definido por perforación diamantina

Como generalización, esto demanda, técnicas cada

vez más detalladas y costosas. Un objetivo

operacional es lograr el máximo de probabi lidades

de descubrir un "blanco", al menor costo posible


La progresión de la prospección geoquímica puede

ser dividida en varias fases: desde aspectos

regionales en áreas mayores de 5 000 km2, distritos

mineros entre 500 y 5 000 km2, área 5 a 50 km2

hasta "blancos" menores de 5 km2.


Un programa de prospección geoquímica debe seguir

la siguiente metodología:

1.Conocimiento de la geología regional y local,

personal experimentado en la zona de estudio y en

bibliografía existente.

2.Observaciones geológicas en el campo (con ayuda

de imágenes satelitales, mapas topográficos,

geológicos y fotos aéreas donde son útiles ).


3. Estudio piloto en un área (o áreas)

representativa(s) de la zona de interés para

determinar la dispersión geoquímica de los

elementos y el mejor tipo de muestreo a ser

usado.

4. Colección y descripción en campo de las muestras

geoquímicas y descripción geológica y

geomorfológica de cada lugar del muestreo


5. Análisis cualitativo y semicuantitativo en el campo

especialmente donde el acceso es difícil.

6. Análisis cuantitativo, en el laboratorio, de acuerdo

al menor costo de análisis y el factor tiempo.

7. Determinación estadística de los valores

background regional y local, y las llamadas

«anomalías».

8. Presentación de los resultados en mapas.

9. Interpretación de los datos.

10.Evaluación del proyecto

Todos los depósitos minerales provienen del mismo

ciclo de procesos geológicos que dan origen a las

rocas, sedimentos y suelos. Stanton (1972) ha

localizado depósitos en su correcto contexto por la

precisión de que cada depósito es producto de una

asociación petrológica particular y no de eventos

aislados y no relacionados con aquellas asociaciones

producidas en los tipos de rocas estériles.


CONCEPTOS IMPORTANTES

CICLO GEOLÓGICO

Este ciclo proporciona un concepto útil como base de

discusiones de muchos aspectos de la geoquímica,

particularmente el camino seguido por un elemento

determinado a través de las diferentes etapas. Un

elemento puede ten der a concentrarse en cierto tipo

de depósito en una etapa dada o puede permanecer

disperso a través del ciclo entero.



CICLO GEOLÓGICO

Ciclo geológico

y Ciclo

Geoquímico

La movilidad es la capacidad que tiene un elemento

de ser transportado de un ambiente geológico a otro.

Algunos elementos muestran alto grado de movilidad

durante la dispersión en ambientes particulares, por

ejemplo, los gases son los que muestran un alto

grado de movilidad.



MOVILIDAD DE ELEMENTOS

Fundamentalmente, la respuesta de un elemento a

los procesos de dispersión está gobernada por su

movilidad que depende de las propiedades

mecánicas de la fase móvil, en factores tales como la

viscosidad de los magmas y soluciones para la

formación de los cristales, el tamaño, forma y

densidad de los granos elásticos que son

transportados por las corrientes de agua.




En concepto de movilidad diferencial está implícito en cualquier discusión de oxidación y enriquecimiento supergénico de los depósitos de sulfuros.a.El oro resiste a las soluciones y permanece en el gossan.b.La galena se descompone lentamente y produce, relativamente, cerusita insoluble, por eso el Pb tiende a permanecer en el gossan.c.Los sulfuros de Cu, Zn y Ag se descomponen rápidamente y migran a niveles más bajos para formar depósitos oxidados y supergénicos.




Sección vertical de un depósito de sulfuros oxidado




El resultado es un patrón de dispersión en el cual la

movilidad diferencial de los elementos tiene conspicuo

significado económico. Los análisis del gossan por Cu,

Zn o Ag pueden no ser útiles para revelar su

verdadero carácter, mientras que los análisis por Pb y

Au probablemente revelen su origen.




Es conocido que muchas especies químicas son más o menos

estables, o más o menos móviles dependiendo de las

condiciones de oxidación-reducción del ambiente. Uno de los

mejores ejemplos está dado por el ion Fe+2, el cual es móvil y

estable en cierto nivel de ambiente de reducción pero

reacciona rápidamente en ambientes oxidantes para formar

Fe+3, que precipita en presencia de agua como Fe(OH)3 en

pH mayor de 3.




Perel'man (Tabla) estableció algunas generalizaciones sobre

la movilidad de los elementos bajo diferentes condiciones de

pH y Eh, Por ejemplo, cuando se hace la prospección de un

yacimiento de pórfido de cobre que contiene Mo, bajo

condiciones oxidantes, de pH menor de 4, el Cu es el

elemento más importante en la prospección porque tiene una

movilidad moderada (Kx = 1-10), mientras que el Mo es

inmóvil (Kx = 0,1).




En cambio bajo condiciones oxidantes donde el pH es

mayor de 5 o ligeramente básico, el Mo es muy móvil

(Kx > 10) y el Cu es ligeramente móvil (Kx = 0,1-1). En

este último caso el Mo tiene dispersión más amplia y

proporciona un blanco más grande.




Movilidad relativa de elementos comunes




Hawkes y Webb (1962), hacen la observación de que en ambientes

silíceos de meteorización de sulfuros, el Zn es muy móvil en tanto que el

Cu tiene movilidad intermedia, pero en ambientes calcáreos de

meteorización el Zn tiene movilidad intermedia y el Cu es esencialmente

inmóvil, en ambos ambientes el Pb es bastante inmóvil. De esto se

desprende que la dispersión, en ambos ambientes, podría ser

espacialmente diferente; el Zn mostraría una dispersión más amplia que

el Pb en ambientes silíceos, pero podría tener una dispersión similar a la

del Pb en ambientes calcáreos.

La movilidad de cualquier elemento está relacionada directamente con la

estabilidad de las fases huésped en cualquier ambiente modificado




La agrupación geoquímica de dos o más elementos, es un

factor muy importante en geoquímica aplicada, por ejemplo,

en estudios de prospección o del medio ambiente. En el caso

de búsqueda de menas, a veces el geoquímico analiza las

muestras con respecto al elemento guía (pathfinder) y no con

respecto al elemento principal, porque el elemento guía tiene

dispersión más amplia, puede analizarse más fácilmente y con

más precisión. La utilización de las afinidades de los

elementos depende también del conocimiento de su

mineralogía y el modo de ocurrencia de los metales


AGRUPACIONES GEOQUÍMICAS

Debido a que los elementos muestran diferentes

grados de movilidad controlados inicialmente por la

estabilidad de los minerales que los contienen y

posteriormente por el ambiente en el cual ellos

están migrando, es preferible usar un pathfinder o

elemento indicador para prospectar un elemento

determinado.

ELEMENTOS INDICADORES O PATHFINDER


El conocimiento de las asociaciones geoquímicas lleva al concepto de elementos indicadores. Un elemento pathfinder puede ser definido como un elemento fácilmente detectable, el cual puede ser usado como una guía para ubicar la presencia de un elemento económicamente más deseable, el cual:

a)Es difícil de detectar debido a problemas analíticos.

b)Su detección costosa.

c)Está ausente en el material que está siendo muestreado debido a la movilidad diferencial del elemento buscado.



Ejemplos:

a)El oro en cantidad pequeña en depósitos, de tal

forma que cualquier patrón de dispersión asociado

obtendrá muy baja cantidad de oro. Por otro lado, el

Cu, As, o Sb pueden estar asociados con depósitos

de oro y pueden ocurrir en abundancia, por tanto el

Cu, As y Sb son más fácilmente detectados



b) Los análisis de Au y Pt son mucho más costosos que los análisis de otros elementos asociados a ellos; esto es más crítico cuando se trata de un gran número de muestras.

c) La movilidad diferencial del Pb y Au son los mejores elementos para analizar en gossan desarrollados en depósitos complejos de metales base, puesto que, el Cu y Zn son elementos más apropiados en los patrones de dispersión hidromórfica generados en el mismo depósito



Ejemplos:

d) El Hg es un elemento pathfinder potencial para

algunos depósitos de sulfuros de cobre debido a

su alta movilidad.

e) El SO4+2 en el agua es un indicador potencial de

depósitos de sulfuros.



Elementos Indicadores asociados a depósitos minerales



Es necesario anotar que la existencia de

asociaciones mineralógicas y geoquímicas, permiten el uso de minerales indicadores, tal como se hace con los elementos pathfinder.

Por ejemplo, un método de prospección válido bien establecido para muchos tipos de depósitos de oro ha sido la búsqueda de vetas de cuarzo. El piropo es usado en Rusia para localizar kimberlitas diamantíferas. La magnetita en depósitos de skarn, mientras que la pirita y marcasita son minerales indicadores de depósitos de sulfuroso.

MINERALES PATHFINDER



Elementos Indicadores (Pathfinder) de distintos tipos de yacimientos minerales

DlSPERSIÓN Y AMBIENTES GEOQUÍMICOS

DlSPERSIÓN Y AMBIENTES GEOQUÍMICOS

Es la capacidad de migración de un elemento desde su origen hacia otro ambiente a través de diferentes procesos fisicoquímicos y mecánicos. También se define como el movimiento fisicoquímico que sufren los elementos al pasar de un ambiente geoquímico a otro; esto se refiere también a los procesos de transporte y/o fraccionamiento de los elementos. La dispersión puede ser :

DISPERSION GEOQUIMICA

Dispersión mecánica :

Como el emplazamiento de los magmas o el transporte glaciar, eólico y fluvial que implica frecuentemente pequeños fraccionamientos, aunque hay claras excepciones como la clasificación de cristales en los magmas y de los minerales pesados en el agua y el viento.


DISPERSION Y AMBIENTES GEOQUIMICOS

Dispersión química :

Como la meteorización o precipitación de las soluciones y especialmente la dispersión bioquímica, que generalmente produce significante fraccionamiento de elementos.



La prospección geoquímica es esencialmente, una técnica de prospección refinada que usa los Patrones de dispersión asociados a los depósitos minerales:

PATRONES DE DISPERSIÓN



Aplicados en la investigación de especies

minerales, las cuales están relativamente

estables bajo condiciones prevalecientes en la

superficie (ejemplos: oro, platino, casiterita,

cromita, tierras raras) donde las condiciones

climáticas restringen el intemperismo químico

a)PATRONES DE DISPERSIÓN MECÁNICA

PATRONES DE DISPERSIÓN




Patrones de Dispersión

Se producen con o sin erosión del depósito mineral y con o sin intemperismo, estos patrones son menos conspicuos que los patrones de dispersión mecánica, porque el elemento formador de los patrones de dispersión puede presentar las siguientes condiciones:

b. PATRONES DE DISPERSIÓN QUÍMICA.



- Tener una mineralogía diferente a la del depósito, ejemplo, la dispersión de la cerusita (PbCO3) proveniente de un depósito de galena (PbS).

- Estar en solución, ejemplo, iones de CU+2 en aguas subterráneas que salen de un depósito de chalcopirita (S2FeCu).

- Estar oculto en diferentes minerales, ejemplo, el níquel en serpentinas y arcillas adyacentes en depósitos de pentlandita (Fe 4Ni4)(Fe,Ni,Co )S8



- Estar absorbido, ejemplo, el Cu absorbido en arcillas o materia orgánica en sedimentos alimentados por aguas subterráneas, las cuales han pasado a través de un depósito de chalcopirita (S2FeCu).

- Estar incorporados en materia orgánica, ejemplo, el Cu en plantas y animales.

PATRONES DE DISPERSIÓN ASOCIADOS CON DEPÓSITOS

Los depósitos minerales pueden ser clasificados en dos tipos:

a) Depósitos que tienen claramente definidos sus límites, sin considerar si son masivos o diseminados. En este caso, el descubrimiento del patrón de dispersión geoquímica primaria (original) podría constituir el descubrimiento del depósito mineral

b) Depósitos que están rodeados por un patrón químico inusual, el cual podría enfocar la atención sobre el depósito mineral, pero no podría confirmar la presencia de mineral

Tomado en consideración a los Depósitos que tienen claramente definidos sus límites, se pueden encontrar :

1. El cuerpo mineral intercepta la superficie de tal manera que el mineral ha sido erosionado

El cuerpo mineral está prácticamente

expuesto a la observación directa pero puede estar cubierto por la vegetación o suelos transportados; también puede estar oculto por la lixiviación y cambios mineralógicos producidos por la meteorización

2. El cuerpo mineral no intercepta la superficie pero puede yacer dentro de la zona de intemperismo

3. El cuerpo mineral puede ocurrir justo debajo de la zona de intemperismo

La detección depende del uso de un estudio geoquímico de rocas para el reconocimiento de un patrón de dispersión primaria (inicial) que sobreyace al depósito, o detectando un patrón secundario superimpuesto, generado por meteorización a partir de un patrón de dispersión inicial. Por eso, cuando las altas concentraciones de elementos provenientes del depósito no están disponibles para la dispersión, se hace difícil la detección

4. El cuerpo mineral puede ocurrir muy por debajo de la zona de intemperismo

La detección puede lograrse sólo por métodos geofísicos o por el uso de elementos pathfinder, altamente móviles, capaces de penetrar la roca fresca y la roca intemperizada, ejemplo el Hg, Rn, etc.

La detección es posible sólo si algún patrón de dispersión secundario puede ser generado independientemente de la oxidación, ejemplo la exhalación del Hg.

AMBIENTES GEOQUÍMICOS

La prospección geoquímica tiene como objetivo detectar depósitos minerales cerca de la superficie actual de la Tierra; se hace una distinción técnica entre patrones de dispersión formado en diferentes ambientes geoquímicos (Fig.5). Los parámetros del ambiente geoquímico que determinan las fases minerales que son estables en un punto determinado son la presión, la temperatura y la disponibilidad de componentes químicos más abundantes. Sobre la base de estas variables, es posible clasificar los ambientes geoquímicos naturales de la Tierra en dos grandes grupos:

AMBIENTES GEOQUIMICOS


1. Ambiente Geoquímico Primario 2. Ambiente Geoquímico Secundario

AMBIENTE GEOQUÍMICO PRIMARIO

Está caracterizado por condiciones de confinamiento (profundidad), altas presiones y temperaturas, circulación restringida de fluidos y bajo contenido de oxígeno libre. Los productos, de los patrones de dispersión primaria, son factores geoquímicos preservados en las rocas ígneas, metamórficas o de origen hidrotermal que ahora están expuestas en la superficie. Este ambiente de acuerdo a su origen se subdivide:

AMBIENTES GEOQUIMICOSAMBIENTES GEOQUIMICOS


Ambiente Geoquímico Primario

1. Patrones singenéticos

2. Patrones epigenéticos


Ambiente Geoquímico Primario

Patrones singenéticos

Son los que se forman al mismo tiempo que las rocas que las albergan y son resultados, generalmente, de los procesos petrogénicos, diferenciación magmática y metamorfismo. Ejemplos, son aquellos desarrollados en las rocas ígneas durante su cristalización y los halos asociados con las pegmatitas o con segregaciones ultramáficas

La asociación de ciertas clases de depósitos minerales con algunos tipos de rocas plutónicas ha sido reconocida, desde hace muchas décadas por los exploradores. Se tienen ejemplos familiares como la asociación de la casiterita con granito K; cromita y niquelita con rocas ultrabásicas. Como regla, su distribución puede determinarse durante el mapeo geológico; y en el caso de elementos menores que pudieran estar estrechamente asociados a depósitos, puede detectarse por muestreo y análisis químico

En el caso de las rocas sedimentarias, pueden ocurrir depósitos singenéticos formados al mismo tiempo que las rocas, como los depósitos sedimentarios de Fe, fosforitas y depósitos de yeso.

Ciclo Geoquímico


Ambiente Geoquímico PrimarioPatrones Epigenéticos

Son aquellos que se forman por el aporte posterior de un material nuevo a la roca huésped y como resultado de la introducción de soluciones mineralizantes a lo largo de las fracturas, fallas y poros. Ejemplo, los patrones de dispersión hidrotermal originados por los halos de alteración epigenéticos formados alrededor de las rocas huésped de los «pórfidos» y de las vetas.

Un depósito mineral epigenético es sólo la manifestación de un proceso muy complejo que puede ser resumido como "actividad hidrotermal". Otro efecto incluye la alteración de las rocas caja y la introducción de minerales con valor económico. Asimismo, la etapa metasomática está caracterizada por el enriquecimiento de metales en las rocas adyacentes al depósito, y los minerales indicadores en las aureolas pueden ser identificados por estudios mineralógicos

2. Ambiente geoquímico secundario


Ambiente Geoquímico Secundario

Es el ambiente de intemperismo, erosión, lixiviación supergénica, transporte, y sedimentación, caracterizado por bajas temperaturas y presiones, circulación libre de fluidos y abundante O2, H20 y CO2. Ejemplo, ambientes desarrollados por las alteraciones supergénicas, los gossan o sombreros de hierro, y los suelos



Las características de los patrones de dispersión secundaria son consecuencias naturales de los procesos dinámicos de dispersión estos procesos y el amplio rango de ambientes en el cual operan son complejos. Los patrones resultantes de la redistribución de los materiales muestran una diversidad de orígenes además del modo de ocurrencia de sus constituyentes y formas físicas



Genéticamente, los patrones de dispersión secundaria pueden ser clasificados de acuerdo a :

a) Al tiempo de formación con respecto a la matriz huésped, y

b) al modo de formación.



Singenéticos Cuando los patrones introducidos o depositados se efectúan al mismo tiempo que la matriz huésped



Epigenéticos

Cuando los patrones introducidos o depositados después de la formación de su matriz



Por el modo de formación los patrones se pueden clasificar en:



a) Clástico b) hidromórfico c) biogénicos



Clásticos

Cuando la dispersión es principalmente por movimientos de partículas sólidas



Hidromórfico

Cuando los agentes dinámicos son soluciones acuosas



Biogénicos

cuando los patrones son el resultado de la actividad biológica

Patrones singenéticos (clásticos) en cobertura residual

Patrones singenéticos (clásticos) en cobertura transportada

Principales tipos de patrones de dispersión en superficie con drenaje

Patrones Epigenéticos en forma de patrones hidromórficos en cobertura transportada

Patrones Epigenéticos en forma de Patrones Biogenéticas en cobertura transportada

TIPOS DE ESTUDIO GEOQUIMICO

ESPACIAMIENTO DE MUESTREO


El espaciamiento de una red se define como aquel que ofrece una

probabilidad específica de éxito para localizar un «blanco» de una

geometría particular, sin embargo, las restricciones económicas y

geológicas de un programa pueden cambiar la probabilidad

deseada. Es relevante la importancia que tiene el espaciamiento y

la orientación en los estudios geoquímicos que utilizan una red y

evalúan la probabilidad de éxito de encontrar un «blanco»

(mineralización) con un número mínimo de puntos de muestreo

Cuando se está diseñando una red de prospección

mineral, es importante considerar las influencias

estructurales locales o regionales sobre la mineralización

y sobre los procesos de dispersión. Es posible, determinar

con bastante aproximación, una red de muestreo para

investigar suelos, rocas y a veces plantas, pero su

aplicación no es fácil en los reconocimientos con sedi

mentos fluviales, debido a la dificultad de operar una red

en las cuencas de drenaje.


Para una mejor ilustración, como la orientación de

una red, con respecto al tamaño de un blanco

rectangular puede disminuir la probabilidad de

ubicar un blanco de 100% a 50% por la

orientación incorrecta de la red. La probabilidad

en (a) de encontrar un blanco es de 100% pero en

(b) es de 50%.


Orientación de red de muestreo rectangular


El espaciamiento y no la orientación de una red influye en mejorar la probabilidad de éxito de encontrar un blanco circular (isotrópico). El espaciamiento en (a) no es adecuado para encontrar un blanco pero el espaciamiemo en (b) es óptimo.


Orientación de una red circular.


Orientación de una red elíptica.


El espaciamiento y la orientación de una

anomalía elíptica corresponde bas tante bien a

varios tipos de las anomalías geoquímicas, el

espaciamiento en (a) no permite encontrar el

blanco, pero el espaciamiento y la orientación en

(b) son óptimos para encontrarlos.


Orientación de un muestreo denso


Es también necesario recalcar que la probabilidad

de éxito de un proyecto aumenta cuando un

número determinado de muestras se distribuye

en un área grande en vez de una pequeña si todos

los otros factores que influyen en ambas son

iguales.


Orientación del muestreo en drenaje.


Para el caso de muestreo de sedimentos de quebradas, se puede

recurrir al método tradicional de muestreo en las cuencas de

drenaje, es decir, el muestreo de sedimentos activos en los

riachuelos principales a lo largo de su cauce, pero en especial

inmediatamente debajo de la confluencia con riachuelos

secundarios y río arriba de dichos confluentes. El espaciamiento

que se utilice dependerá de varios factores y deberá establecerse

mediante un estudio piloto que tenga en cuenta el objetivo

principal del proyecto; de otro lado cada muestra deberá

representar 10 km2 de la superficie prospectada.


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