Depósitos tipo pórfido

Paulina Durán-Joseline TapiaSemestre primavera 2015

Generalidades de los pórfidos

Generalidades

● Depósitos de Cu (Mo) de gran tonelaje y baja ley

● 50 a 500 Mt de mineral con ~1% Cu y 0.02% Mo

● En Chile algunos >1000 Mt y con >1% Cu.

Figura 1. Depósito pórfido cuprífero de Bingham Canyon, Utah. El pit tiene cerca de 3 km y ha producido cerca de 12 millones de toneladas de cobre desde que abrió en 1904.

Fuente: USGS, Fotografiado por Charles Cunningham.

Generalidades

● Más del 50% de la producción de Cu mundial proviene de este tipo de depósitos.

● La mayor parte de la producción chilena de cobre proviene de 16 pórfidos cupríferos en explotación, 12 en el Norte de Chile y 4 en la Zona Central.

● Chile posee algunos de los pórfidos cupríferos más grandes del mundo como El Teniente y Chuquicamata.

Figura 2. Depósito pórfido cuprífero de Chuquicamata, Chile. Fuente: 24horas.cl, Codelco aprueba la mayor inversión de su historia:

Chuquicamata Subterránea.

Distribución mundial de depósitos de cobre

Figura 3. Distribución mundial de depósitos de Cu. En rojo pórfidos cupríferos y en azul depósitos sedimentarios de cobre. Fuente: Geology.com, de USGS Fact Sheets, elaborado por Jeff Doebrich, Kathleen Johnson, Jane Hammarstrom, Michael Zientek, y

Connie Dicken.

Textura porfírica● Se denominan pórfidos

porque se asocian con rocas ígneas intrusivas con fenocristales de feldespato en una masa fundamental cristalina de grano fino.

● La textura porfírica indica que los magmas intruyeron y cristalizaron cerca de la superficie.

● Por ello se denominan intrusivos epizonales.

Figura 4. Textura porfírica, grandes cristales inmersos en una matriz cristalina fina. Fuente: The Geologic Story of Yosemite National Park (1987) by N. King Huber.

Mineralización

● La mineralización se encuentra en forma de sulfuros primarios:○ tanto diseminada○ como en

vetillas.

Figura 5. El núcleo de cuarzo es una zona al interior del pórfido Fubilan con cobre reducido. Los minerales oscuros en las vetillas corresponden a calcosina. Este pórfido se encuentra en la Mina OK Tedy, Papua, Nueva Guinea. Fuente: Weinberg y van Dongen,

Ok Tedi Mine (Papua New Guinea): Breccias in a Porphyry Cu-Au Deposit.

Características generales de los pórfidos

● Los depósitos de pórfido se pueden subdividir en distintos tipos considerando su contenido metálico.○ Cu-Mo○ Cu-Au○ Cu○ Au○ Mo

Figura 6. (a) Contenido de Re de molibdenita vs. razón Cu/Mo de depósitos tipo pórfido; (b) Contenido de Re en molibdenita vs. cantidad de Au de pórfido (modificado de Sinclair et al. 2009).

Fuente: Voudouris et al., 2013 (Minerals, 3(2), 165-191; doi:10.3390/min3020165).

Características generales de los pórfidos ● En general, los pórfidos ricos en Cu u Au se asocian a intrusivos derivados por cristalización fraccionada de magmas máficos originados en fusión parcial del manto.

● En márgenes convergentes de placas (márgenes continentales activos y arcos de islas).

Figura 7. Pórfido de Cu-Mo de Erdenet, Mongolia. Fuente: GEOMIN, Ecological audit of the Erdenet Cu-Mo deposit in operation, Mongolia .

Características generales de los pórfidos

● Los pórfidos de molibdeno se asocian a intrusiones félsicas

● Éstas derivan de magmas con una importante componente de corteza continental re-fundida.

Figura 8. Muestra del depósito tipo pórfido de molibdeno (Mo) de Anthony, Queensland, Australia. Fuente: Zamia Metals dual strategy

adds gold copper to the mix at Anthony molybdenum project.

Características generales

● Los depósitos de tipo pórfido están relacionados genética y espacialmente con intrusiones ígneas félsicas.

● Por lo general existen varios cuerpos de rocas intrusivas, emplazadas en varios pulsos y los pórfidos cupríferos se asocian frecuentemente con enjambres de diques y brechas.

Figura 9. Resultado más exitoso de campaña de sondaje del proyecto de Cu de Llahuin, Chile, 326 m 0.56% Cu eq. Fuente: Zamia metals: Southern Hemisphere

Mining: size of high grade copper zone at Llahuin pave ways for resource upgrade.

Características generales

● Las rocas de caja intruidas por los pórfidos pueden ser de cualquier tipo.

● Tanto los intrusivos, como las rocas de caja típicamente muestran un fracturamiento fuerte y pervasivo.

● Condición para la mineralización => roca huésped rígida (o frágil desde el punto de vista estructural).

● La mineralización y alteración pueden presentarse tanto en intrusivos, como en las rocas de caja.

Figura 10. Sección transversal esquemática de un stock granodiorítico hipotético en etapa de actividad magmática waning en el desarrollo de un pórfido de Cu (± Mo, ± Au) (de Burnham). Fuente: Snelling y Woodmorappe, The Cooling of Thick Igneous

Bodies on a Young Earth (2009).

Alteración hidrotermal

● La interacción de los fluidos hidrotermales mineralizantes con la roca de caja producen una zonación hidrotermal

Figura 11. Modelo de zonación hidrotermal de depósitos tipo pórfido cuprífero. Fuente: Griem (de Sillitoe), UDA (2001).

Alteración hidrotermal

¿Qué es alteración hidrotermal?

● Un cambio de la mineralogía de la roca huésped como una reacción química con soluciones hidrotermales. Ej.:○ Minerales máficos

(hornblenda, piroxeno, biotita) pueden alterarse a clorita

○ Feldespatos alterarse a arcilla.

● Esto ocurre por efecto de la circulación de fluidos calientes por las fracturas de las rocas.

Figura 12. Alteración hidrotermal, ambas imágenes corresponden al sector Quebrada Carrizo-Maray, Región de Atacama. Fuente: Griem, UDA (2005).

Factores que controlan la alteración hidrotermala. Temperaturab. pH-Ehc. Composición del fluidod. Permeabilidade. Duración de la interacción

agua/rocaf. Composición de la rocag. Presión

Figura 13. Zona de alteración hidrotermal en el distrito aurífero de Rodalquilar, España. Fuente: Oyarzun y Doblas, Fallas y Zonas de Cizalla (Parte 2): Aplicaciones al Estudio de Sistemas Mineralizados y la Exploración.

Figura 14. Minerales de alteración común en sistemas hidrotermales. Fuente: Townley

(tomado de Corbett y Leach, 1998), Hidrotermalismo.

Alteración argílica avanzada

● Destrucción total de feldespatos.

● Hidrólisis muy fuerte.

● Caolinita y/o alunita.

Figura 15. Alteración argílica avanzada en brecha volcánica silicificada en el prospecto de Au Fergusson Igwageta, Papua, Nueva Guinea. Fuente: Vangold Properties.

Alteración argílica intermedia

● Caolinita● y/o montmorillonita

Figura 16. Sondaje mostrando vetillas de limonita-ankerita anaranjadas cortando al pórfido cuarzo-monzonítico de Laramide afectado por alteración argílica intermedia. Análisis de Niton XRF muestran concentraciones elevadas de cobre, arsénico y

molibdeno en las limonitas. Fuente: Bellcopper.

Alteración fílica

● Cuarzo-sericítica o sericítica.

● Desarrollo de sericita y cuarzo secundario.

● Resultado de hidrólisis moderada a fuerte de los feldespatos.

● Rango de temperatura de 300-400°C.

Figura 17. Sondaje mostrando bornita-calcosina en en vetas de cuarzo y alteración fílica y argílica. Fuente: Happy Creek Minerals LTDA.

Alteración propilítica

● Clorita, epidota y/o calcita, y plagioclasa albitizada.

● Soluciones neutras.● Rango variable de

temperaturas.

Figura 18. Andesita propilitizada. Las vesículas contienen calcita y clorita. Distrito de Talcuna (Cu-Mn), Chile. Fuente: Oyarzún, Tipos de alteración hidrotermal.

Alteración potásica

● Feldespato potásico secundario y/o biotita secundaria (también puede haber anhidrita).

● Soluciones casi neutras.

● Altas temperaturas (400º-600ºC).

Figura 19. Hornblenda alterada a biotita secundaria, distrito de Au de Batu Hijau, Isla de Sumbawa, Arco de Sunda-Banda. Fuente: Data metallogenica, Batu Hijau copper-gold deposit.

Modelo de alteración y mineralización de pórfidos de Cu

Figura 20. Modelo ilustrado de un depósito tipo pórfido cuprífero. (A) Sección transversal esquemática de minerales y tipos de alteración hidrotermal, que incluyen propilítica, fílica, argílica, y potásica. (B) Sección transversal esquemática de menas asociadas

a cada tipo de alteración. Fuente: Mars y Rowan (2006; modificado de Lowell & Gilbert, 1970).

Modelo de alteración y mineralización de pórfidos de Cu

Modelo de alteración y mineralización de pórfidos de Cu

● Núcleo del sistema mineralizado => alteración hidrotermal más intensa => potásica (se agrega K).

● Biotita, feldespato potásico y cuarzo.

● Predominio de biotita o feldespato potásico => disponibilidad de Fe o Mn en las rocas alteradas o en el fluido hidrotermal.

● Rocas más máficas => dominio de biotita, rocas más félsicas => dominio de feldespato potásico.

POTÁSICA

Figura 20. Continuación. Fuente: Mars y Rowan (2006).

Modelo de alteración y mineralización de pórfidos de Cu

● La zona potásica grada hacia fuera a una zona fílica que contiene cuarzo y muscovita, usualmente en una variedad de grano fino denominada sericita fase intermedia entre illita y muscovita.

● La zona fílica pasa hacia fuera a una zona argílica donde se desarrollan minerales de arcilla y cuarzo.

FÍLICA

Figura 20. Continuación. Fuente: Mars y Rowan (2006).

Modelo de alteración y mineralización de pórfidos de Cu

● La alteración hidrotermal más externa corresponde a la zona propilítica que contiene clorita, epidota y carbonato, la cual grada hacia fuera a rocas inalteradas o frescas.

● La alteración hidrotermal más externa corresponde a la zona propilítica que contiene clorita, epidota y carbonato, la cual grada hacia fuera a rocas inalteradas o frescas.

FÍLICA

Figura 20. Continuación. Fuente: Mars y Rowan (2006).

Modelo de mineralización

● Generalmente la mineralización presenta un núcleo de baja ley que contiene pirita diseminada que grada hacia fuera en una zona de mena.

● En la zona de mena se presentan vetillas y diseminación de pirita con calcopirita subordinada (mena de cobre) y molibdenita (mena de molibdeno).

● Es frecuente el desarrollo de una zona de pirita externa la que pasa hacia fuera a roca no mineralizada.

Figura 20. Continuación. Fuente: Mars y Rowan (2006).

Modelo de mineralización

● La zona de mena en los pórfidos cupríferos usualmente se presenta dentro del núcleo de alteración potásica y puede extenderse dentro de la zona fílica

● Frecuentemente en el sector más interno se presenta una mayor proporción de sulfuros ricos en cobre como bornita, gradando hacia fuera a una mayor proporción de calcopirita, para finalmente en el sector más externo presentar sólo sulfuros de Fe (pirita).

Figura 20. Continuación. Fuente: Mars y Rowan (2006).

Modelo de mineralización

● Frecuentemente en el sector más interno se presenta una mayor proporción de sulfuros ricos en cobre como bornita, gradando hacia fuera a una mayor proporción de calcopirita, para finalmente en el sector más externo presentar sólo sulfuros de Fe (pirita).

Figura 20. Continuación. Fuente: Mars y Rowan (2006).

Fracturamiento

● Las rocas de caja intruidas por los pórfidos pueden ser de cualquier tipo.

● Tanto los intrusivos, como las rocas de caja típicamente muestran un fracturamiento fuerte y pervasivo.

● La mineralización y alteración pueden presentarse tanto en intrusivos, como en las rocas de caja.

Figura 21. Fracturamiento hidráulico en skarn, Mina Ok-Tedy, Papua, Nueva Guinea. Fuente: Weinberg y van Dongen, Ok Tedi Mine (Papua New Guinea): Fluid Paths, Magnetite Skarn and Sulfide Deposition in a Porphyry Cu-Au Deposit.

Relación entre mineralización y alteración

● Circulación de aguas magmáticas hidrotermales

● Enfriamiento del sistema producto de la circulación de aguas subterráneas (celdas convectivas)

● Complejos iónicos desestabilizan y precipitan sulfuros metálicos.

Figura 22. Sección transversal vertical que muestra un pórfido cuprífero. Fuente: Farr, Exploring for porphyry copper deposits (modificado de Evans, 1980).

● Debido a que el agua hierve a 100ºC y el magma tiene temperaturas que superan 600-700ºC, el fluido liberado está inicialmente en estado supercrítico, pero al intersectar el solvus en un diagrama de fases se separan una fase líquida salina y una fase vapor diluida.

● Cuando se libera el fluido del magma (principalmente agua), elementos como el S, Cu, Mo, y Au pueden concentrarse en solución.

● Cuando la parte acuosa del magma es expulsada el exceso de presión de fluido produce brechización y fracturamiento de las rocas intrusivas y rocas de caja, lo que provee vías permeables para que las soluciones hidrotermales de derivación magmática fluyan a través de las rocas y depositen su carga metálica.

Segunda ebullición

Figura 23. Modelo de un sistema hidrotermal con patrones de fluidos ortomagmáticos y convectivos. Fuente: Whitehead, Mineral deposits.

Marco geológico

● Los pórfidos cupríferos se presentan en marcos geológicos similares a los depósitos epitermales de oro y ellos comparten muchas de las características y procesos de formación.

● Algunos depósitos epitermales son parte integral de sistemas mayores de tipo pórfido. Figura 24.Modelo de depósito epitermal de oro (Au) mostrando relación

espacial con mineralización epitermal de alta y baja sulfuración, pórfido de cobre e intrusión. Fuente: Exploration Pathfinder XRF Analysis.

Ubicación habitual

● Los depósitos de tipo pórfido se encuentran en áreas orogénicas tales como:○ los Andes de

Chile y Perú○ la Cordillera de

Canadá (British Columbia)

○ las regiones del Pacífico suroeste (e.g. Filipinas, Indonesia y Papua Nueva Guinea)

Figura 25. Anillo de fuego del Pacífico. Fuente: Encyclopedia Britannica, Ring of fire.

Elementos asociados

● Además, se recupera Ag y otros (e.g., W, Sn, Pb, Zn).

● Estos depósitos contienen de cientos de millones a billones de toneladas de mineral con leyes desde 0,2% a más de 1% Cu, 0.005% a 0.030% Mo y 0.4 a 2 gr/ton Au.

Figura 26. Cátodos de cobre. Fuente: Federación minera de Chile.

Regiones ricas en pórfidos

● Regiones con pórfidos cupríferos incluyen:○ Butte, Montana (USA)

con más de 2 billones de toneladas con ley de 0.85% Cu

○ Chuquicamata, Chile, con más de 10 billones de toneladas de mineral con ley de 0.56% Cu.

○ Ok Tedi en Papua, Nueva Guineas, con más de 375 millones de toneladas con 0.7% Cu y 0.66 g/t Au. Figura 27. Sulfuros en mina Ok Tedi, Papua, Nueva Guinea. Fuente:

Weinberg & van Dongen, Ok Tedi Mine (Papua New Guinea): Fluid Paths, Magnetite Skarn and Sulfide Deposition in a Porphyry Cu-Au

Deposit.

Pórfidos en Chile

En Chile

● Son principalmente de Cu-Mo

● Algunos tienen Au (Potrerillos, El Salvador)

● Asociados a rocas calco-alcalinas de composición variable, generalmente intrusivos granodioríticos y tonalíticos.

Figura 28. Brecha mineralizada de turmalina. La matriz contiene turmalina, calcopitita y cuarzo. La roca de caja y los clastos corresponden a tonalita. Fuente Skewes, Curso brechas

hidrotermales, Capítulo I

En Chile

● Ocurren asociados a sistemas estructurales. Ej.:

● Zona de Falla de Domeyko: Chuqui, RT, Mina Sur, MM, El Abra

● En general no ocurren solos (CLUSTER)

Figura 29. Mapa estructural esquemático del norte de Chile entre 21° y 27°S con la

ubicación de las zonas de falla de Atacama y Domeyko y de los yacimientos

de tipo pórfido asociados a esta última. Fuente: Charrier et al. (2009), Rev. Asoc.

Geol. Argent, 65(1), 5-35

En Chile

● Las franjas más importantes de pórfidos cupríferos chilenos se formaron inmediatamente después de la ocurrencia de las etapas de deformación compresiva Peruana, Incaica y Quechua.

● Régimen extensivo en la zona de subducción durante el Jurásico y Cretácico Inferior, cambió a régimen tipo compresivo en Cretácico Superior (dominado por mineralización de tipo pórfido cuprífero)

Figura 30. Franjas metalogénicas principales de Chile. Fuente Kingsgate.com, Metallogeny of northern Chile

En Chile

● Cretácico Inferior: Andacollo, Domeyko

● Paleoceno-Eoceno Inferior: Cerro Colorado, Lomas Bayas, Spence.

● Eoceno Superior - Oligoceno Inferior: Qda. Blanca, Rosario, Ujina, El Abra, RT, Chuquicamata, La Escondida, El Salvador.

● Mioceno Superior - Plioceno: Los Pelambres, Río Blanco, Los Bronces, El Teniente.

Figura 31. Mapa de distribución de los grandes depósitos de cobre de Chile Fuente. Morocho & Ubilla, Prof. Rudnick (2009), Incidencia del costo del suministro

eléctrico a la gran minería del cobre

En Chile

Mineralización principalmente diseminada y en vetillas.

Mineralización primaria: Py, Cpy, Bn

Núcleo de baja ley con Py, que grada hacia fuera en una zona de mena

Modelo de alteración y mineralización de Lowell y Guilbert, 1970.

Figura 32. Modelo de alteración y mineralización de Lowell y Guilbert,

1970. Fuente: Apuntes de Depósitos minerales de W. Griem, UDA

(modificado de Lowell & Gilbert, 1970)

Tabla 1. Tonelajes adquiridos o comprados por Enami (Abastecimiento) y el tonelaje realmente procesado en las plantas metalúrgicas (Beneficio) según información oficial. Fuente Core-miningstudies.com, Análisis estratégico de la pequeña y mediana minería en Chile

Tonelajes de la pequeña y mediana minería de Chile

Minería, exploración y síntesis

Minería

● Debido a sus bajas leyes la minería de pórfidos debe ser de bajo costo y ello se logra mediante una minería masiva no selectiva.

● Además, para que el costo sea menor muchos de estos depósitos se explotan a rajo abierto, lo cual es menos costoso que operaciones mineras subterráneas.

● El tamaño de estos depósitos hace que estas operaciones sean gigantescas.

Figura 33. Mina Escondida, explotación a rajo abierto. Fuente www.latercera.com (06/09/2013).

Exploración

● La exploración para este tipo de depósitos se concentra en regiones donde existen rocas intrusivas félsicas a intermedias, particularmente aquellas donde existe una historia con múltiples intrusiones y brechización o fracturamiento de las rocas en contacto con las rocas de caja.

● Exploraciones de más detalle se concentran en definir halos de alteración que gradan lateralmente desde el núcleo del sistema mineralizado.

Figura 34. Brecha hidrotermal, en el sector de Cerros Bravos, Región de Atacama. Fuente Griem (1990), Brecha hidrotermal (Pebble dyke).

Síntesis

● Depósitos epigenéticos● Mineralización hipógena (primaria) introducida en las rocas.● Relacionados espacial y temporalmente con cuerpos intrusivos.● Stocks subvolcánicos (intrusiones epizonales; 1 - 5 km de profundidad):

composición félsicas usualmente porfíricos con fenocristales de plagioclasa, biotita y hornblenda.

● Usualmente multifase (varias fases intrusivas).● Alteración hidrotermal pervasiva; zonas de alteración concéntricas en y en

torno al complejo intrusivo.● La(s) intrusión(es) crea(n) el sistema hidrotermal.● Sulfuros de cobre y molibdeno como minerales de mena primarios dentro de

los halos de alteración hidrotermal.● Amplios sistemas de fracturas que tienden a estar centrados en la porción

apical de uno o más cuerpos intrusivos y sus rocas de caja adyacentes.

Síntesis

● Marco tectónico:○ Márgenes convergentes de placas y arcos magmáticos ligados a

subducción.■ Pórfidos Cu - Mo

○ Márgenes continentales activos■ Pórfidos Cu - Au

○ Arcos de islas■ Pórfidos de Mo

○ Parte interna (lado del continente) de arcos magmáticos.■ Pórfidos de Sn - W

Lecturas sugeridas

Lecturas complementarias

● Griem, W. 2015. Apuntes depósitos minerales http://www.geovirtual2.cl/depos/000index.htm

● Maksaev, V. 2004. Pórfidos cupríferos. http://www.cec.uchile.cl/~vmaksaev/metalogenesis.html

● Maksaev, V. 2001. Evolución del conocimiento de los procesos involucrados en la génesis de los pórfidos cupríferos. http://www.cec.uchile.cl/~vmaksaev/porfidos.html