Unal Yacimientos

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Fases en la vida de una mina según HARTMAN (1987)
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    05-Dec-2015
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Yacimientos

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  • Fases en la vida de una mina segn HARTMAN (1987)

  • Tonelajes aproximados de depsitos no metlicos para ser

    econmicamente explotables (Lorenz & Gwosdz 2003)

  • Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos: Fluidos

    Componente geolgico decisivo para la FdY:

    Funcin de fluidos para los procesos FdY:

    Medio de flujo (magmas; p.ej. Granito: 1050C seco vs 650C 5% H2O) disolvente Medio de Transporte Adveccin de reactandes (e.g. Reacciones de complexizacin Adveccin de calor Conveccin = adveccin + difusin Componente en reacciones minerales

    Origen de los fluidos

    en la corteza terrestre o el manto superior o meterico?

    Juvenil o metamrfico o meteorico o una mexcla?

  • DIFERENCIACIN GEOQUMICA DE LA TIERRA

    Formacin del ncleo Manto que queda = Manto primitivo

    GRAN EVENTO DE FUSIN ( 3000 Ma)

    CORTEZA MANTO RESIDUAL

    Es el fundido. Va a concentrar el Rb

    Es el residuo. Va a quedar empobrecido en Rb

    Con el tiempo, la corteza desarrolla relaciones 87Sr/86Sr altas y el manto empobrecido desarrolla relaciones 87Sr/86Sr bajas

  • ORIGEN DE LOS DISTINTOS COMPONENTES: AN EN DEBATE

  • Fluidos magmticos: principalmente de procesos de subduccin

    Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos: Fluidos

  • Fluidos magmticos forman sistemas hidrotermales

    Junto con aguas metericas:

    Conveccin hidrotermal

    Resultado: Yacimientos magmatgenos (e.g. Nb-Ta-Pegmatitas)

    Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos: Fluidos

  • Durante procesos de

    subduccin:

    Diferentes fuentes de fluidos segn nivel de

    profundidad. Fluidos

    provenientes de la placa

    sumergente

    Sin sistema magmtico:

    Fluidos Metamrficos

    Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos: Fluidos

  • Ejemplo: Liberacin de fluidos (Devolatilizacin) en sector de cuna de

    acrecin (forma un tipo de fluidos metamrficos) e.g. Vetas Au-W (Yacimientos metamorfgenos-hidrotermales)

    Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos: Fluidos

  • Model for the Polaris deposit

    Source of metal ions within the stratigraphic column

    Metals dissolved in brines in deep aquifers (formation waters) Faulting causes fluids to rise and to reach organic-rich limestone

    Bacterial or anorganic sulphate reduction using C as reductant

    H2S is formed, CaCO3 is dissolved Metal-S-minerals precipitate

    Fluidos diagenticos

    Sedimentos frescos: ~40% agua;

    Durante diagenesis disminue

    hasta a 1% de fluidos libres

    (brines) Ejemplos: -

    Esquisto de cobre Kupferschiefer

    /Esquisto negro

    - menas de Pb-Zn-

    diagenticos

    Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos:

  • Aguas metericas descendentes:

    Producen en roca cerca de la superficie

    Oxidacin (Eh+) Procesos de disolucin selectiva Transporte de materia

    Resultado: Yacimientos de meteorizacn

    Ejemplo: Lateritas

    Enriquecimiento de elementos y formacin de yacimientos: Fluidos

  • Solubilidad de SiO2 y Al2O3 = f(pH)

    Meteorizacin qumica Lluvias cidas ? Disolucin y neoformacin de arcillas

  • Diagrama de Temperatura-concentracin (T-x, izq.) y de T-presin (T-p, der.) en un sistema binario de componentes muy voltiles (A) y poco voltiles (B) (seg. Niggli).

    El diagrama t-x muestra el aumento de la concentracin relativa de las

    componentes muy voltiles con T bajando por la precipitacin de las componentes

    menos voltiles. El diagrama T-p muestra el aumento simultneo de la presin

    interna, llegando a su mximo en el estadio pegmattico-neumatoltico, y

    reducindose despus lentamente durante la condensacin hidrotermal

  • .

  • Mineralizaciones Cornwall UK

    Minera Pb, Sn, Cu desde la Edad de Bronce 2150 BC

    Cierre de South Crofty tin mine in 1998. Estao y despus cobre

    + arsenic, silver, zinc; kaolin

  • Mecanismos de deposicin de soluciones hidrotermales en vetas izq.: la alta permeabilidad,

    porosidad y reactividad qumica de calizas favorece la precipitacin de mineralizaciones

    (vea skarn); centro: cuando T y P baja, hay ebullicin y se forma un horizonte de

    mineralizacin; der.: la mezcla entre agua hidrotermal y soluciones de otro tipo (e.g. agua

    meterica) cambia el rgimen qumico (pH, Eh etc.) resultando en precipitacin

  • Mecanismos de precipitacin de

    soluciones hidrotermales

  • Distribucin de los 8 elementos ms

    abundantes de la corteza (wt% y vol%)

  • Formacin de magmas

    +T, - p depresuracin, + H2O etc.=> -Tfus

  • Procesos de cristalisacin - enriquecimiento de elementos

    a

    b c

    a) Diagrama de fases (equilibrio!) para olivino

    b) Cristalisacin en equilibrio- intercambio qumico entre fundido y slido

    c) Cristalizacin fraccionada (No-equilibrio!) ningun intercambio qumico entre fundido y slido / el slido est separada continuamente del fundido

    restante. Consecuencia: El cristalisado final es pura fayalita

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Diagramas de fases de forsterita

    bajo diferentes p,T y fH2O

  • Serie de reaccin de Bowen

  • Ambientes tectnicos para la

    formacin de magmas especficos

  • Procesos de cristalizacin - enriquecimiento de elementos

    Desarollo de magmas durante cristalizacin fraccionada:

    Magma cambia contunuamente su composicin,

    Fundidos restantes estn enriquecidos fuertemente en elementos

    incompatibles

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Filter pressing

  • Segregacin Magmtica

    Cordillera Occidental

    Ni

    Cr

    Pt PGE,

    Cu

    Au

  • Diferenciacin gravitativa Formacin de cumulados

    Ejemplo: Muskox Intrusion, Cnada

    En cumulados: Enriquecimiento de cromitas, PGE, sulfuros

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Diferenciacin gravitativa Formacin de cumulados

    Cumulados en seccin delgada

    Der: Capas de cromitas en An80

    del Complejo Bushveld RSA

    Dwars-River

    Cumulados en campo

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Cromitas en

    Peridotitas

    Medellin

  • Pentlandita (Ni, Fe)9S8 Sudburry

    Ni en Cerro Matoso

    1) en olivinos (Mg, Fe, Ni)2SiO4

    2) en lateritas: hidrosilicatos de Ni

  • Enriquecimiento de elementos

    calcfilos por adicin de S que

    se expresan en la superficie

    como empobrecimiento

  • Oceanic crustal architecture showing the main

    types of ore deposits characteristic of this

    environment. Only chromite and related deposits

    (CrNiPt) are related to igneous ore-forming processes; VMS (Cu, Co, Zn) and sediment-

    hosted deposits (Mn, Co, Ni) (de Robb 2005)

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

    Rocas magmticas: ambiente ocenico

  • Arquitectura de corteza continental (incl. Corteza de arco de isla) con ambientes de

    formacin de rocas magmticas y yacimientos relacionados

    Rocas magmticas: ambiente continental

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Fusin parcial lleva a enriquecimiento de elementos traza

    batch melting (equilibrio) partial melting (no-equilibrio continuo transporte del fundido del sistema) Factor decisivo para enriquecimiento de elementos: coeficiente de particin D

    Ej.:

    enriquecimiento de U en intrusion de

    leucogranito, Rssing, Namibia

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • De dnde parto? Por dnde empiezo?

    Necesitamos composiciones y coeficientes de distribucin (reparto)

    Coeficiente de distribucin de Nernst

    Concentracin de elemento en un mineral

    Concentracin de elemento en el fundido

    Kd =

    Kd(Fe, Mg) =

    (XFeOOL)

    (XFeOLIQ)

    *

    (XMgOLIQ)

    (XMgOOL)

    Valores medidos: 0.19-0.21; experimental: 0.20

  • D (coeficiente de reparto global) = Suma ponderada de los Kds parciales de los minerales que estn en equilibrio con

    el fundido

    Ejercicio: Calcular D para varios elementos a partir de anlisis modales de una serie de rocas y datos de Kds de earthref. org

    Matriz PL OPX CPX OX HBL BT QTZ AP Vacuolas

    SAB-3 63,0 23,2 6,3 6,7 0,4 0,1 --- --- 0,3 ---

    SAB-5 60,8 22,9 6,7 8,1 0,7 0,2 --- --- 0,6 ---

    1-3 50,9 33,0 11,3 2,8 1,4 --- --- --- --- 0,6

    19-5 48,6 38,6 7,0 3,8 2,5 --- --- --- --- ---

    19-5r 53,6 32,8 7,9 4,1 1,1 --- --- --- --- 0,4

    19-8 35,9 45,1 9,7 4,0 4,4 --- --- --- --- ---

    4-2r 54,3 30,9 9,0 3,2 2,2 --- --- --- --- ---

    4-2 50,6 30,6 10,0 1,8 1,4 --- --- --- --- 4,6

    22-4 54,6 28,2 9,1 8,1 --- --- --- --- --- ---

    17-3 59,5 29,3 5,6 5,3 1,0 --- --- --- --- ---

    10-3 59,0 25,1 1,0 --- 1,2 12,7 0,1 --- --- ---

    11-2 50,5 34,5 9,0 --- 1,9 1,0 --- --- --- ---

    11-12 53,2 32,6 7,0 --- 2,0 4,5 --- --- --- ---

    11-13 60,0 23,7 7,0 --- --- --- 13,4 2,6 --- ---

    12-3 61,6 24,6 8,7 --- 1,4 2,7 --- --- --- ---

    12-6 66,0 22,3 5,8 1,3 1,0 3,4 --- --- --- 0,2

    15-3 53,6 30,6 10,9 --- 3,2 2,2 --- --- --- ---

    15-3r 63,9 24,3 6,0 2,0 1,2 1,7 0,2 --- --- ---

    16-4 89,2 8,6 1,1 --- 0,8 --- --- --- --- ---

    16-6 63,7 24,9 1,2 --- 1,4 9,2 --- --- --- ---

    17-6 59,7 25,8 3,4 --- 1,8 8,5 0,4 --- --- ---

    18-4 53,5 31,0 4,2 --- 4,1 6,0 tr. --- --- ---

    CG-3 56,1 26,2 4,7 --- 3,3 9,3 --- --- 0,6 ---

    2-S-9 62,9 25,8 10,0 --- 1,9 7,0 1,5 0,1 0,4 ---

    21-7 66,0 18,9 0,1 --- 0,5 10,7 --- 0,9 --- 2,9

    21-10 65,5 13,0 0,0 --- 0,4 9,0 1,6 6,1 --- 3,6

  • Procesos de cristalizacin - enriquecimiento de elementos

    Distribucin de elementos trazas durante cristalizacin fraccionada:

    Puede describirse como fraccionamiento Rayleigh

    a) Elementos incompatibles (D slido/fundido 1) se encuentran en cristalizados tempranos

    segn sus coefficientes de distribuccin, pero casi faltan en los cristalizados tardios

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Sulfuros masivos > 60% sulfuros. Productos: Zn, Pb, Cu; Au, Ag "by-products";

    Tenores Cu 1.4%-1.6%; Zn + Pb > 10% ; 10 to 500 Mt; a menudo en clusters"

    Cu mundialmente: Prfidos Cu (Chile!) (prfidos en Col Au)

    En Col. Cu en SMV El Roble, Carmen del Atrato, inicio gossans Au!

  • Ambientes tectnicos de SMV Tipo Chipre: pirita, calcopirita lat.: Ars cyprium=> cobre, relacionado con ofiolita en

    zonas de rifting.

    Tipo Besshi: (Japn), similar, volcanitas mficas, pero con espesos sedimentos

    arcillosas-arenosas y tobas.

    Tipo Kuroko: Pb-Zn-Cu (Keiko Cu-Fe) dentro de sedimentos jvenes y volcanismo

    rioltico-andestico dentro del lado interior de los arcos de isla de Asia Oriental.

  • Black Smoker y

    corte por depsito

    tipo Chipre

    Black smoker actual en:

    http://www.youtube.com/watch?v=9c

    -kGM-Iz_I&lr=1&feature=mhum

    Black Smokers: Ore Factories of

    the Deep:

    https://www.youtube.com/watch?v=x

    ywO4j7k2g8

  • Azufre

    Refinado de petroleo

    Volcnico Mina El Vinagre, 50 km Popayn, Empresa Minera Indgena del Cauca, Emicauca

    Microorganismos encima de anhidrita

  • Liquacin Desmezcla de fundidos magmticos (liquid immiscibility)

    Diagrama de fases:

    Bajo ciertas condiciones P-T

    en sistemas magmticos se

    pueden separar 2 fundidos

    Ejemplo:

    Vinagre-Aceite Fundido sulfrico fundido silictico Fundido carbontico - fundido silictico Fundido de xido fundido silictico fundido silictico rico vs. pobre en fluidos

    Glbulo de

    sulfuro en

    granito

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Liquacin Desmezcla de fundidos magmticos

    Ej:

    Depsito de sulfuros

    relacionado con rocas

    magmticas

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Tetraedro de basalto

  • El sistema Di-An-Ab

  • 3 magmas: Si, O, S

    ET Eutctico ternario, conode A-B,

    fundido X en P xx silicatos y xidos, en ET + sulfuros

    Fundido Y en A fundido coexistente con B

  • Liquacin Desmezcla de fundidos magmticos

    Ejemplo: Lavas de xidos asociadas con magmas

    silicticos

    IOCG?

    Volcan El Laco, Chile

    Kirunavaara (Suecia)

    etc.

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Procesos de cristalisacin - enriquecimiento de elementos

    Ejemplo para resultado de cristalizacin fraccionada: algunas pegmatitas de

    granitos (cristalizados restantes con Nb, Ta, Li, B, Be, W, Sn, en partes con

    granos gigantes)

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Yacimientos magmatgenos-hidrotermales:

    Enriquecimiento de elementos por Fluidos

    magmticos

    Diagrama de fases de agua

    Agua:

    Punto crtico en 374C, 221 bar Encima de estas condiciones: Fluido supercrtico

    Regla de fases de Gibbs

    F = C - P+ 2 F grados de libertad (freedom)

    C Componentes

    P Phases

    2 Temperatura y presin

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

    Phasendiagramm von H2O

    wieviele Komponenten?

  • Propiedades de agua / fluidos calientes

    a) b)

    a) Densidades de fluidos y punto crtico. Encima de 374C, 221 bar diferencia liquido-gaseoso no tiene sentido

    b) Densidad de agua (fl) y vapor (g) en dependencia de P y T.

    Observacin: Densidades de fludos supercrticos menor que 1, mucho ms liviano

    que fundidos silicticos

    Procesos de formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos

  • Agua:

    Alta solubilidad en magmas (hasta >10%)

    En magmas subsaturados de fluidos:

    Ningn fluido libre

    Caminos para saturacin en fluidos de

    magmas:

    Cristalizacin de minerales Disminucin de presin / ascenso

    Sobresaturacin de fluidos:

    Produce desmezcla (Fundido/Fluido)

    Terminus: boiling = ebullicin Primary boiling: Por disminucin de presin Secondary boiling: Cristalizacin progresiva

    Consecuencias del boiling:

    Produccin de una fase de fluido con tendencia de subir (Densidad!) Aumento del volumen del Magma Expansin, Brecciamiento de la roca encajante

    Hydrofracturing de la roca encajante Fracturas vetas, subverticalo

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales

  • Zona con sobresaturacion de fluidos

    /

    boiling: rea lmite fundido con

    magma ya solidificado

    Sobresaturcin de fluidos / boiling en una cmara magmtica en proceso

    de cristalizacin

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales

  • Expansin de volumen del rea sobresaturado de fluidos (hasta > 10%);

    Formacin de fracturas, pipas de brechas,

    Resultado: reas brecheadas permeables para fluidos, que posteriormente

    pueden ser lixiviados o impregnados con menas metlicas

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales

  • Distribucin de elementos entre fluido desmezclado y fundido

    Ejemplo Zinc: Distribucin entre fluido (f) desmezclado y fundido (m)

    en dependencia de la concentracin de Cl- en el fluido

    Ms general: La solubilidad de metales en fluidos depende de la disponibilidad

    de ligandes adecuados (Cl-, SO42-, HS- F- etc. )

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales

  • Intrusiones en reas del techo brecheadas por procesos de boiling: A menudo con

    mineralizacin (Cu, Mo, W.) Importante: Distribucin de elementos entre Magma-Fundido-Fluido1-(Fluido2)

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales

  • Ejemplos para yacimientos formados por procesos de boiling

    a) porphyry-copper- depsitos:

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales

  • Ejemplos para yacimientos formados por procesos de boiling

    Pegmatita

    Greenbushes Lithium mine, WA

    con 50% Spodumen (LiAl[Si2O6]

    (+Cuarzo, feldespato)

    Formacin de yacimientos: Yacimientos magmatgenos-hidrotermales