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Yacimiento mineral hidrotermal

Los depósitos minerales hidrotermales son acumulaciones de minerales valiosos que se forman a partir de aguas calientes que circulan en la corteza terrestre a través de fracturas. Con el tiempo, producen fluidos ricos en metales concentrados en un volumen seleccionado de roca, que se sobresaturan y luego precipitan minerales. En algunos casos, los minerales se pueden extraer con fines lucrativos mediante la minería. El descubrimiento de depósitos minerales consume mucho tiempo y recursos y solo uno de cada mil prospectos explorados por empresas se convierte finalmente en una mina. [1] Un depósito mineral es cualquier concentración geológicamente significativa de una roca o mineral económicamente útil presente en un área específica. [2] La presencia de un depósito mineral conocido pero no explotado implica la falta de evidencia de una extracción rentable. [2]

Los depósitos minerales hidrotermales se dividen en seis subcategorías principales: pórfido , skarn , sulfuro masivo volcanogénico (VMS), sedimentario exhalativo (SEDEX) y depósitos epitermales y de tipo valle del Misisipi (MVT). Cada depósito mineral hidrotermal tiene diferentes estructuras, edades, tamaños, grados, formación geológica, características y, lo más importante, valor. [3] Sus nombres derivan de su formación, ubicación geográfica o características distintivas. [3]

Generalmente, los depósitos minerales de tipo pórfido se forman en sistemas de circulación de fluidos hidrotermales desarrollados alrededor de cámaras de magma félsicas a intermedias y/o plutones de enfriamiento . Sin embargo, no precipitaron directamente del magma. Mientras que, un depósito de skarn es un conjunto de minerales de mena y calcosilicato, formado por reemplazo metasomático de rocas carbonatadas en la aureola de contacto de un plutón. [4] Los depósitos de sulfuro masivo volcanogénicos se forman cuando el magma máfico en profundidad (quizás unos pocos kilómetros debajo de la superficie) actúa como una fuente de calor, causando una circulación convectiva de agua de mar a través de la corteza oceánica . [5] El fluido hidrotermal lixivia los metales a medida que desciende y precipita los minerales a medida que asciende. Los depósitos exhalativos sedimentarios, también llamados depósitos sedex, son depósitos de sulfuro de plomo y zinc formados en cuencas sedimentarias intracratónicas por la ventilación submarina de fluidos hidrotermales. Estos depósitos generalmente están alojados en pizarra . Los depósitos epitermales hidrotermales consisten en vetas geológicas o grupos de vetas geológicas muy espaciadas. Por último, los depósitos de tipo valle del Mississippi (MVT) están alojados en piedra caliza o dolomita que se depositó en un entorno marino poco profundo en un entorno intraplaca tectónicamente estable. Como se espera en un entorno de este tipo, las rocas volcánicas , el plegamiento y el metamorfismo regional están ausentes como regla general. Los depósitos MVT se encuentran comúnmente en estrecha proximidad a las evaporitas . [6]

Fondo

Un depósito de mineral es el volumen de roca que se puede extraer con ganancias. [7] Por lo tanto, existen muchas variantes que pueden definir si un depósito mineral es rentable o no, como el precio, el tonelaje o la ubicación. Los productos minerales se pueden clasificar como metales o no metales. [2] Los metales se refieren a elementos de la tabla periódica que incluyen metales básicos , ferrosos , fisionables menores y preciosos . Por otro lado, los no metales se refieren a minerales industriales como yeso , diamantes, petróleo, carbón y agregados . Los depósitos hidrotermales de minerales económicamente valiosos y recuperables generalmente se consideran escasos, lo que significa que dichos depósitos son muy pequeños en relación con el área total de la superficie de la Tierra. [2]

Cada uno de estos tipos de depósitos se considera generalmente como un grupo de depósitos distintivo con características comunes y en un contexto geodinámico cuatridimensional similar. [8] La formación de depósitos de un tipo particular puede variar en el tiempo y la ubicación, pero diferentes tipos de depósitos también pueden formarse sincrónicamente, pero separados espacialmente dentro del mismo orógeno amplio. [9]

Los depósitos minerales hidrotermales desempeñan un papel clave en casi todas las actividades industriales modernas.

Según algunos autores, las soluciones hidrotermales pueden tener cuatro orígenes, aunque cualquier volumen de solución hidrotermal es comúnmente una mezcla de dos o más tipos: [11]

  1. Fluido deuterico derivado del magma en una etapa tardía de cristalización [11]
  2. Fluido metamórfico derivado de la eliminación progresiva de fluidos hidrotermales durante el metamorfismo regional [11]
  3. Agua meteórica que desciende de la superficie [11]
  4. Fluido formado por la desgasificación del núcleo y del manto [11]
  5. Las salmueras de cuenca también se consideran una posible fuente de fluidos hidrotermales. Se cree que estos fluidos son agua connata expulsada de los sedimentos por compactación y fuerzas tectónicas.

Los minerales de mena pueden formarse al mismo tiempo y a partir de los mismos procesos que la roca anfitriona, también denominados singénicos, pueden formarse ligeramente después de la formación de la roca anfitriona, tal vez durante la erosión o compactación, también denominados diagenéticos , o pueden formarse mucho más tarde que la roca anfitriona o epigenéticos. [12] La roca anfitriona es la roca que rodea el depósito de mineral. [13] [6]

Yacimientos de minerales de pórfido

Sección transversal hipotética de un volcán en forma de arco insular que muestra intrusiones emplazadas en el núcleo del volcán. Durante el desarrollo del mineral de tipo pórfido, una o más intrusiones habrían generado una fase de fluido hidrotermal separada y/o habrían actuado como fuente de calor para impulsar la convección de aguas meteóricas (ver flechas rojas).

Los depósitos de pórfido representan la mayor parte de la producción mundial de cobre y molibdeno , el 60 y el 95 por ciento de su suministro respectivamente. [1]

Los depósitos minerales de tipo pórfido se forman en sistemas de circulación de fluidos hidrotermales desarrollados por encima y alrededor de cámaras de magma félsicas a intermedias subvolcánicas de alto nivel y/o plutones en enfriamiento . El mineral está relacionado temporal y genéticamente con las intrusiones, pero no se precipitó directamente del magma. [1]

Formación

Los depósitos minerales de pórfido se forman cuando dos placas tectónicas chocan en una zona de subducción avanzada , luego se enfrían y reaccionan con las rocas existentes, formando finalmente un depósito de cobre. El nivel de desplazamiento suele ser superficial, a menos de dos kilómetros por debajo de la superficie en una zona volcánica activa.

A continuación se describe un ejemplo de un depósito de pórfido de isla de arco típico: [1]

  1. La formación comienza durante el vulcanismo temprano en el fondo marino por encima de una zona de subducción en una zona de colisión océano-oceánica [1]
  2. Luego, a medida que el magma cristaliza , los volátiles como el agua, el dióxido de carbono y el dióxido de azufre aumentan en concentración en la fase líquida del magma. [1]
  3. Finalmente, en una etapa muy tardía de cristalización , la concentración de volátiles se vuelve tan grande que una fase de fluido hidrotermal separada se separa del magma de silicato. [1]
  4. A medida que aumenta la cantidad de fluido hidrotermal, aumenta la presión de vapor . [1]
  5. En algún momento, la presión de vapor excede la resistencia de las rocas del techo suprayacente y se produce una explosión volcánica que fractura la roca suprayacente. [1]
  6. La reducción repentina de la presión de confinamiento sobre el magma restante conduce a una ebullición vigorosa instantánea del magma a medida que se separan más y más sustancias volátiles. [1]
  7. En consecuencia, el cierre de las fracturas en las rocas del techo por precipitación de minerales permite que la presión de confinamiento aumente nuevamente. [1]
  8. A medida que transcurría el tiempo, se iban elevando magmas cada vez más félsicos hacia el núcleo del volcán. Algunos de estos magmas posteriores probablemente entrarían en erupción en la superficie, formando nuevas capas de rocas volcánicas que luego serían eliminadas por la erosión. [1]

Finalmente, la actividad volcánica cesó y la erosión eliminó las partes superiores del volcán y expuso las rocas intrusivas y la mineralización en stockwork que solía haber en su interior. [17]

Características del pórfido

Depósitos minerales de skarn

Formación Skarn: tres etapas principales de la formación de este depósito mineral

Los depósitos minerales de skarn tienden a ser pequeños en tamaño pero de alto grado mineral. Por lo tanto, encontrar un yacimiento de skarn rentable es un desafío y un equilibrio.

Geológicamente hablando, un depósito de skarn es un conjunto de menas y minerales de silicato de calcio, formado por reemplazo metasomático de rocas carbonatadas en la aureola de contacto de un plutón. Los minerales de silicato de calcio típicos son el granate , la epidota, el piroxeno , la clorita, el anfíbol y el cuarzo; los minerales magnésicos dominan si se reemplaza la dolomita , mientras que los minerales cálcicos dominan donde se reemplaza la caliza . [25]

Los depósitos de skarn son de interés económico, ya que son fuente de numerosos metales y minerales de aplicación industrial. [25]

Formación

La formación de skarn, como se ilustra en la figura de la derecha, se puede explicar en tres etapas: [26]

  1. Intrusión de un cuerpo de magma félsico a intermedio rico en volátiles. Metamorfismo de contacto y metasomatismo menor, formación de skarn, ocurren en lugares favorables. [26]
  2. Cristalización continua del magma y liberación generalizada de volátiles como fluido hidrotermal que provoca la formación generalizada de skarn y brechación localizada. [26]
  3. Se caracteriza por la disminución de las temperaturas y la actividad hidrotermal, durante la cual se produce la deposición de sulfuro en las vetas y es común la alteración retrógrada. [26]

Existe una asociación espacial muy estrecha con el granito, el skarn se presenta únicamente en mármol , que se sabe que es un tipo de roca muy reactiva, y el skarn tiene una composición química que no se parece a ningún otro tipo de roca ígnea o sedimentaria conocida. Además, varias estructuras, como las flexiones en los lechos de hornfels impermeables o de contacto , afectaron la distribución y el grado de mena de las zonas de skarn. [27]

Características del skarn

Depósitos de vetas hidrotermales epitermales

Las soluciones hidrotermales ascendentes ricas en oro, azufre y metales se canalizaron hacia arriba a lo largo de las principales zonas de fracturas y fallas. El fluido que llegó a la superficie se habría ventilado en forma de fuentes termales y géiseres. La erosión localizada a través de la capa de empuje ha formado ventanas hacia las rocas subyacentes que contienen minerales. Adaptado de Edwards y Atkinson (1985).

Los depósitos minerales de vetas hidrotermales consisten en vetas discretas o grupos de vetas muy espaciadas. Se cree que las vetas se precipitan por soluciones hidrotermales que viajan a lo largo de las discontinuidades de una masa rocosa. [10] Suelen ser de origen epitermal, es decir, se forman a niveles de corteza relativamente altos y a temperaturas moderadas a bajas. Son epigenéticos, ya que se forman después de sus rocas anfitrionas. [10]

Formación

Los depósitos de vetas hidrotermales se dividen en tres categorías principales:

  1. Asociación de plutones félsicos: muchas vetas están asociadas espacialmente con plutones félsicos, presumiblemente porque un plutón es una fuente de fluidos deutéricos.
  2. Asociación de rocas volcánicas máficas: muchas vetas y paquetes de vetas se encuentran dentro de secuencias volcánicas máficas, como los cinturones de piedra verde del Escudo Canadiense.
  3. La asociación metasedimentaria.

Existen dos posibilidades principales para el origen del mineral, ambas hidrotermales: [30]

Una posibilidad es que el ascenso de un pequeño cuerpo de magma félsico haya provocado:

Los elementos se filtraron de las partes ya solidificadas del plutón. Los fluidos habrían migrado hacia arriba y hacia afuera, siguiendo las fracturas en la parte solidificada del plutón de granito, precipitando minerales en vetas y alterando las rocas de la pared.

La otra posibilidad es que se haya producido un fenómeno de cizallamiento regional en la corteza. El cizallamiento se produce a temperaturas del orden de 300-400 °C. Por tanto, el fenómeno de cizallamiento puede haber estado acompañado de la generación y el movimiento de fluido hidrotermal a medida que la corteza se sometía a una desvolatilización progresiva. [31] Este fluido podría haber lixiviado los elementos minerales de una parte del plutón de granito y haberlos reprecipitado en vetas de otra parte del mismo plutón, concentrándolos de manera efectiva. [31]

Características

Los depósitos de mineral epitermal se forman a poca profundidad [32] y suelen tener una geometría tabular (bidimensional). [33]

Actividad minera

Buenos ejemplos son las vetas de oro y plata en el noroeste de Nevada y las grandes vetas de iones como las vetas de fluorita en la mina St. Lawrence en Terranova [34] y las vetas de estaño que formaban la mina East Kemptville en el suroeste de Nueva Escocia. [35]

Depósitos minerales de sulfuro masivos volcanogénicos

El origen de las modernas fumarolas del fondo marino y de los antiguos depósitos de sulfuros masivos volcanogénicos: el magma máfico en profundidad (quizás unos pocos kilómetros debajo de la superficie) actúa como una fuente de calor, provocando una circulación convectiva de agua de mar a través de la corteza oceánica.

Los sulfuros masivos volcanogénicos (VMS) son responsables de casi una cuarta parte de la producción mundial de zinc, a la vez que contribuyen con la producción de plomo, plata y cobre. Los depósitos de VMS tienden a ser de gran tamaño, ya que se forman durante un largo período de tiempo y tienen una ley relativamente alta de minerales valiosos. Los principales minerales en este depósito son minerales de sulfuro como pirita , esfalrita , calcopirita y galena .

El término “depósito de sulfuros masivos” se refiere a cualquier depósito que contenga más del 50% de minerales de sulfuro. El modificador “vulcanógeno” indica que se cree que los sulfuros masivos están genéticamente relacionados con el vulcanismo que estaba en curso en el momento de la deposición de sulfuros. Por lo tanto, se cree que los depósitos de VMS son singénicos o quizás ligeramente diagenéticos en edad en relación con sus rocas volcánicas anfitrionas.

Formación

La deposición de VMS se debe principalmente a dos razones: [36]

  1. Mezcla entre los fluidos minerales calientes ascendentes y el agua fría descendente.
  2. Enfriamiento de la solución ascendente de alta temperatura.

Los depósitos de VMS se forman en zonas de extensión y volcanismo activo. El fluido original es principalmente agua de mar fría, alcalina y deficiente en metales y en algunos casos puede incluir una proporción menor de fluido magmático.

La principal fuente de minerales proviene de las rocas volcánicas por donde fluye el agua del mar, llevándose consigo los minerales de la roca volcánica.

El agua del mar se calienta, se forman corrientes de convección que ascienden arrastrando los minerales que se descargan en el fondo del mar o inmediatamente debajo de la superficie en forma de humaredas negras. [37]

El magma se eleva desde el manto y luego se enfría en la corteza y luego libera fluidos volátiles que contienen metales que eventualmente son transportados hasta la superficie y con el tiempo estas acumulaciones se convierten en depósitos minerales.

A medida que los fluidos volátiles de alta temperatura del magma entran en contacto con líquidos de baja temperatura como el agua de mar que viajan hacia abajo a través de grietas y fallas, se produce, debido a la gran diferencia de temperatura y propiedades químicas, la precipitación mineral, dando lugar al color negro de las fumarolas negras que terminan apareciendo en el fondo marino.

Las rocas anfitrionas son principalmente volcánicas, y las rocas volcánicas félsicas apuntan a un entorno convergente, como un arco de islas o un cinturón orogénico . En los depósitos de VMS se encuentran capas sedimentarias menores, como sílex y pizarra , que indican una deposición marina, por debajo de la base de las olas .

Los depósitos de VMS se formaron en el fondo marino, de la misma manera que se forman hoy en día las fumarolas del fondo marino. Las compilaciones más recientes de depósitos de VMS en tierra incluyen alrededor de 1.100 depósitos en más de 50 países y 150 campamentos o distritos mineros diferentes. [38]

Características del VMS

Depósitos minerales sedimentarios exhalativos

Modelo petrogenético del origen de los depósitos de sulfuro del Mar Rojo. El agua de mar fría (flechas azules) penetra en el fondo marino a través de fracturas profundas. A medida que desciende, se calienta y lixivia Si, metales y otros solutos de los basaltos del fondo marino.

Los depósitos de sedimentos exhalativos (SEDEX) representan el 40% de la producción mundial total de zinc, el 60% de la de plomo y una proporción significativa de plata. Sin embargo, a pesar de su importancia económica, los depósitos de sedex son relativamente raros. Una recopilación mundial de depósitos de sedex indica que se conocen alrededor de 70, de los cuales 24 han sido explotados o están siendo explotados. La mayoría no es rentable de explotar debido a su grado relativamente bajo o a su tamaño de grano inusualmente fino, lo que hace que la recuperación del molino sea bastante baja. [41]

Los depósitos SEDEX son depósitos de sulfuro de plomo y zinc formados en cuencas de rift intracratónicas por la ventilación submarina de fluidos hidrotermales. Estos depósitos son comúnmente estratiformes, tabulares-lenticulares y suelen estar alojados en pizarra; sin embargo, las rocas sedimentarias detrícticas o incluso carbonatos podrían ser el anfitrión.

Formación

Los depósitos SEDEX se forman en cuencas sedimentarias bajo un ambiente tectónico extensional regional, bajo el océano donde el agua de mar fría (flechas azules) se mezcla con el agua de la cuenca y a través de fallas sedimentarias fluye hacia el fondo de la cuenca, que se calienta por el gradiente geotérmico, y luego asciende por corrientes convectivas (flechas rojas). [42]

Modelo del origen de los depósitos de sulfuro del Mar Rojo. El agua de mar fría (flechas azules) penetra en el fondo marino a través de fracturas profundas. A medida que desciende, se calienta y lixivia silicio, metales y otros solutos de los basaltos del fondo marino .

La fuente de azufre puede ser la reducción bacteriana del sulfato marino, proceso que se lleva a cabo en el fondo de la cuenca. También puede provenir del lavado de la serie subyacente o de la reducción termoquímica del sulfato marino. La precipitación de minerales sulfurados podría ser provocada por precipitación inorgánica y/o precipitación bacteriana.

Características de SEDEX

Yacimientos minerales del tipo del valle del Mississippi

Formación

Modelo petrogenético de depósitos MVT en general: bancos de arena carbonatada depositados en una plataforma marina tropical poco profunda separaron cuencas evaporíticas de aguas muy someras (hacia la tierra) y lodos de aguas más profundas (hacia el mar).

Los depósitos se encuentran en calizas o dolomitas depositadas en plataformas marinas poco profundas en un entorno tectónicamente estable de intraplaca. Como se espera en un entorno de este tipo, las rocas volcánicas, el plegamiento y el metamorfismo regional están ausentes como regla general. Los depósitos de MVT se encuentran comúnmente en estrecha proximidad a evaporitas y/o debajo de discordancias . [43]

Los depósitos son discordantes con la estratificación a escala de depósito y están confinados a horizontes estratigráficos específicos. Las estructuras que albergan minerales son, por lo general, zonas de dolomita altamente brechada; estas estructuras pueden ser más o menos verticales, cruzando la estratificación en ángulos altos, o pueden tener forma lensoide y extenderse en la misma dirección que la estratificación.

Un modelo petrogenético para explicar los yacimientos MVT en general:

  1. Los minerales de mena rellenan cavidades y fracturas en la dolomita, por lo que deben ser de origen hidrotermal y epigenético.
  2. Los fluidos hidrotermales involucrados deben haber tenido temperaturas bastante bajas, ya que ninguna roca en la región está metamorfoseada de ninguna manera.
  3. Además, la presencia de numerosas cavidades implica que las rocas eran tan poco profundas que la presión confinada era insuficiente para colapsar las cavidades.
  4. Además, la esfalrita es generalmente de color amarillo muy pálido, lo que significa que era una esfalrita de baja temperatura, rica en zinc y baja en hierro.
  5. La deposición de mineral ocurrió cerca de la superficie, durante o poco después del desarrollo kárstico .

Los depósitos son discordantes con la cama en una escala de depósito.

Las estructuras que albergan minerales son, más comúnmente, zolinknes [ aclaración necesaria ] de dolomita altamente brechada.

Estas estructuras pueden ser más o menos verticales, cruzando la estratificación en ángulos altos, o pueden tener forma lensoide y extenderse en la misma dirección que la estratificación.

Características del MVT

Los depósitos del tipo del Valle del Mississippi se pueden comparar con los depósitos del Mar Rojo, que son análogos modernos de los antiguos depósitos sedex, pero se pueden hacer algunas diferencias: [44]

Véase también

Referencias

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