Alteración Hidrotermal: Cambios mineralógicos, texturales y químicos de una roca producidas ante la presencia o circulación de soluciones hidrotermales.

Roca enContacto con

VaporFluido (agua) calientegas

Usualmentesolución acuosa

CambiosMineralogíaTexturaQuímica

Resultado: Conjunto de minerales más estables en condicioneshidrotermales Roca alterada

La alteración hidrotermal puede involucrar:•Crecimiento de nuevos cristales•Disolución y precipitación de nuevos minerales

LixiviaciónDepositación

•Transformación de fases mineralesReemplazo o metasomatismo

Sistema abierto de interacción agua – rocaDesequilibrio químicoAdición o remoción de componentes químicos

Reacciones de intercambio iónico(intercambio catiónico o cambio de base)Ej. Mg2+ por Ca2+ o Na+ por K+

Cationes metálicos por H+ , que es un caso especialde intercambio iónico Hidrólisis

Reacciones comunes de alteración

1. Hidrólisis (Metasomatismo de H+)Alteración de plagioclasa → sericita → arcillas → cuarzo

Andesina sericita + cuarzo0.75 Na2CaAl4Si8O24 + 2H+ + K+ = KAl3Si3O10(OH)2 + 1.5 Na+ + 0.75 Ca2+ + 3SiO2Sericita (mica potásica) caolinitaKAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 1.5 H2O = 1.5 Al2Si2O5(OH)4 + K+Caolinita Cuarzo0.5 Al2Si2O5(OH)4 + 3H+ = SiO2 + 2.5 H2O + Al3+

Otros ejemplos de hidrólisis:Andesina caolinita + cuarzoNa2CaAl4Si8O24 + 4H+ + 2H2O = 2 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2+ 2Na+ + Ca2+ Sericita pirofilita + cuarzoKAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 3SiO2 = 1.5 Al2Si4O10(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+ + Ca+Albita montmorillonita-Na +cuarzo1.17 NaAlSi3O8 + H+ = 0.5 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + 1.67SiO2 + Na+Montmorillonita caolinita +cuarzo3 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + H+ + 3.5 H2O = 3.5 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + Na+Sericita alunita + cuarzoKAl3Si3O10(OH)2 + 4H+ + 2SO2- = KAl3(SO4)2(OH)6 + 3SiO2

ácido sulfúrico

Pueden aumentar o disminuir el pH de la solución (pueden causar la precipitación)Bajo ciertas circunstancias puede haber buffer de pH

Estas reacciones controlan la actividad de H+, K+, Ca+, Mg2+, etc.

2. Hidratación (+H2O)Ej. muscovita caolinitaOlivino antigorita2Mg2SiO4 + 2H2O + 2H+ = Mg3Si2O5(OH)4 + Mg2+

Hematita limonitaFe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 3

3.- Metasomatismo de álcalis o tierras alcalinas(cambio de base)

Calcita dolomita2CaCO3 + Mg2+ = CaMg(CO3)2 + Ca2+Ortoclasa cloritaKAlSi3O8 + 6.5Mg2+ + 10 H2O = Mg6.5(Si3Al)O10(OH)8 +K+ + 12H+Ortoclasa albitaKAlSi3O8 + Na+ = NaAlSi3O8 + K+

4.- SilicificaciónCalcita cuarzo2CaCO3 + SiO2 + 4H+ = 2Ca2+ + 2CO2 + SiO2 + 2H2O

5. RedoxInvolucra componentes con estados de oxidación variablesMagnetita hematita4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3 (martitización)Annita ortoclasa + magnetita2KFe3AlSi3O10(OH)2 + 2 O2 = 2KAlSi3O8 + 2Fe3O4 + 2H2O

6. Sulfuración

2S2 + Fe2O3 = 2FeS2 + 1.5O2

Manifestación Física•Halos de alteración/envolventes o zonas de alteración•Alteración pervasiva•Alteración selectiva•Obvia o críptica

Puede ser local o extensa (mm a km)Morenci, pórfido Cu: depósito = 2 km2, alteración = 72 km2

Exploración

Factores controladores:

•Temperatura y ∆tº entre roca y fluido invasor•Composición del fluido (pH)•Razón agua/roca y duración de la interacción agua – roca•Permeabilidad•Composición de la roca (química del protolito)•Presión; factor indirecto que controla procesos secundarios

- profundidad de ebullición- fracturamiento hidráulico- erupción hidrotermal

Cambios- Químicos (roca y fluido)- Densidad (+ o -)- Porosidad (+ o -)- Permeabilidad (+ o -)- Susceptibilidad magnética (usualmente -, pero +)- Resistividad (-, pero sulfuros +)

Resultado final solo roca alterada, porque el fluido esremovido del sistema, excepto por inclusiones fluidas.

Asociación de minerales características del fluido

Tipos de Alteración (Meyer y Hemley, 1967; in Barnes)(Reed, 1997 ; in Barnes)

1. Propilítica (hidrólisis, hidratación, carbonatación)epidota, clorita, albita, carbonatos, montmorillonita

2. Potásica (metasomatismo de K+, hidrólisis)feldespato K, biotita

3. Fílica (sericítica) (hidrólisis, lixiviación de tierras alcalinas;Ca, Mg)muscovita (sericita), cuarzo (pirita, caolinita)

4. Argílica (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas,K, Na, Ca, Mg) caolinita, montmorillonita, muscovita, calcita

5. Argílica avanzada (hidrólisis, lixiviación de álcalisy tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg)

caolinita, dickita, pirofilíta, muscovita, alunita, diásporo6. Sódico-cálcica (cambio de base, hidrólisis)

albita, epidota, actinolita, clorita7. Skarn (silicificación, hidratación, metasomatismo

alcalino y de tierras alcalinas)anhidros: granate, clinopiroxeno, wollastonita, olivinohidratados: clorita, tremolita-actinolita, epidota, car-bonatos.

8. Greisen (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg, adición de flúor)

Muscovita, topacio, fluorita, turmalina, cuarzo, feldespatos.

9. Carbonatación (adición de CO3)Calcita, dolomita, ankerita, siderita, sericita, albita

10. Silicificación (adición de sílice, lixiviación de álcalis, lixivia-ción de Al)Cuarzo, calcedonia, jaspe.

Transferencia de masas en sistemas hidrotermales

Advección/convección vs. Difusión

Advección

Los fluidos necesitan espacio físico para fluir a través de lacorteza terrestreMuchos minerales de mena son precipitados en espacios abiertos

La porosidad y permeabilidad son importantes en el control de:•La ubicación de mineralización (a escala local y regional)•Del tamaño y forma de los depósitos minerales

Porosidad y permeabilidad primaria vs. Secundaria

Primaria: generalmente rocas sedimentarias (Ej, rocas clásticas bien seleccionadas, arrecifes, lavas vesiculares.

Secundaria: más importanteInducida tectónicamente: fallas, diaclasasInducida por fluido: disolución (Ej. Karsts); dolomitización;fracturamiento hidráulico

Preparación del terreno “ground preparation”

Razones para la advección o convección

Diferencias de densidad: inducidas termalmente, diferencias compo-sicionales

Gradientes de presión: compactación sedimentaria, generación de fluidos metamórficos, dilatación durante deformación, diferencias de elevación, liberación de fluidos de magma(típicamente alta tº y P como en pórfidos Cu).

La razón de flujo depende de varios factores:densidadviscosidaddiferencia de presiónpermeabilidad

Ley de Darcy

Q = KiA

Q = descarga (m3/seg)K = conductividad hidráulica (coeficiente de permeabilidad)I = gradiente hidráulico (Dh/l)A = área de la sección

Hay importante transferencia de masas por advección

Difusión

Movimiento de especies moleculares o iónicas a travésde un medio “inmovil” (gas, líquido o sólido); general-mente inducido por gradientes de concentración.

F = -D(dc/dx) Primera ley de Fick

F= flujo difusivoD= coeficiente de difusióndc/dx = gradiente de concentración-Signo negativo indica hacia abajo en el gradiente de difusión

D para iones o moleculas en agua ~ 10-5 cm2/segD para iones en sólidos a 1000ºC ~ 10-10 cm2/seg

En general la difusión en líquidos es solo importante cuando el fluido está estático y/o donde la permeabilidad es bajaLa difusión en sólidos solo es importante a altas temperaturas

Clasificación de Depósitos Minerales•Distintos criterios de clasificación

Forma y TamañoEj. Vetas

Estratiformes(mantos)IrregularesChimeneasEstratoligadosStockwork(enrejados devenillas)

Depósitos de Cobre(Clark, 1993) Cu fino MtMonstruosos >31Super-gigantes 10-31Gigantes 3-10Muy grandes 1-3Grandes 0.3-1Moderados 0.1-0.3Pequeños <0.1

Minerales o metalesConocidos (asociaciones)Ej. Pb-Zn-Ag

Ni-CoSn-Ag-BiTurmalina-cuarzo

PetrologíaCalco-alcalinosAlcalinosToleíticosEtc.

Ambiente tectónicoArcos de islasArcos magmáticos de margen continental activoRift continentalRift oceánicoIntraplaca

Génesis de los depósitosOrtomagmáticoPneumatolíticoHidrotermalExhalativoResidual

Clasificación de Niggli (1929);Criterios: Génesis y asociacionesde metales/minerales

I PLUTÓNICO O INTRUSIVOA Ortomagmático

1. Diamantes, platino-cromo2. Titanio-hierro-níquel-cromo

B Neumatolítico o Pegmatítico1. Metales pesados – alcalino térreos-P-Ti2. Silicatos-álcalis-F-B-Sn-Mo-W

C. Hidrotermal1. Fe-Cu-Au-As2. Pb-Zn-Ag3. Ni-Co-As-Ag4. Carbonatos-óxidos-sulfatos-fluoruros

II VOLCÁNICO O EXTRUSIVOA. Sn-Ag-BiB. Metales pesadosC. Au-AgD. Sb-HgE. Cobre NativoF. Volcanes subacuáticos y depósitos bioquímicos

Clasificación de Schneiderhön (1941); Criterios: Naturaleza del fluidomineralizador, asociaciones minerales, profundidad de depositación,tipo de depositación, huésped o ganga.

I YACIMIENTOS INTRUSIVOS O LÍQUIDO MAGMÁTICOSII YACIMIENTOS NEUMATOLÍTICOS

A. Filones pegmatíticosB. Filones neumatolíticos e impregnacionesC. Reemplazos neumatolíticos de contacto

III YACIMIENTOS HIDROTERMALESA. Asociaciones de Au y AgB. “ Pb y CuC. “ Pb-Zn-AgD. “ Ag-Co-Ni-Bi-UE. “ Sn-Ag-W-BiF. “ Sb-Ag-W-BiG. “ No sulfurosH- “ No metales

IV YACIMIENTOS EXHALATIVOS

Cada asociación lasubdivide en tiposespecíficos de yacimientoshipabisales y subvolcánicos