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Depósito mineral hidrotermal

Los depósitos minerales hidrotermales son acumulaciones de minerales valiosos que se formaron a partir de aguas calientes que circulan en la corteza terrestre a través de fracturas. Eventualmente 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 para obtener ganancias mediante la minería. El descubrimiento de depósitos minerales consume tiempo y recursos considerables y sólo aproximadamente uno de cada mil prospectos explorados por las empresas termina convirtiéndose 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 una falta de evidencia de una extracción rentable. [2]

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

Generalmente, los depósitos minerales de tipo pórfido se forman en sistemas de circulación de fluidos hidrotermales desarrollados alrededor de cámaras de magma félsicos a intermedias y/o plutones de enfriamiento . Sin embargo, no precipitaron directamente del magma. Mientras tanto, 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. [4] Los depósitos de sulfuro masivos vulcanógenos se forman cuando el magma máfico en profundidad (quizás a unos pocos kilómetros debajo de la superficie) actúa como fuente de calor, provocando la circulación convectiva del agua de mar a través de la corteza oceánica . [5] El fluido hidrotermal lixivia metales a medida que desciende y precipita minerales a medida que asciende. Los depósitos sedimentarios exhalativos, también llamados depósitos de sedex, son depósitos de sulfuro de plomo-zinc formados en cuencas sedimentarias intracratónicas por la ventilación submarina de fluidos hidrotermales. Estos depósitos suelen estar alojados en esquisto . Los depósitos epitermales hidrotermales consisten en vetas geológicas o grupos de vetas geológicas muy espaciadas. Finalmente, los del tipo Valle del Mississippi (MVT) están alojados en piedra caliza o dolomita que fue depositada en un ambiente marino poco profundo en un ambiente intraplaca tectónicamente estable. Como era de esperar en un entorno así, las rocas volcánicas , el plegamiento y el metamorfismo regional están ausentes por regla general. Los depósitos de MVT comúnmente se encuentran muy cerca de las evaporitas . [6]

Fondo

Un depósito de mineral es el volumen de roca que se puede extraer con fines de lucro. [7] Por lo tanto, existen muchas variantes que pueden definir si un yacimiento mineral es rentable o no, como el precio, el tonelaje o la ubicación. Los productos minerales se pueden clasificar en 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 el yeso , los diamantes, el petróleo, el carbón y los áridos . 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 terrestre. [2]

Generalmente se considera que cada uno de estos tipos de depósitos representa un grupo de depósitos distintivo con características comunes y en un contexto geodinámico tridimensional 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 suele ser una mezcla de dos o más tipos: [11]

  1. Líquido deutérico derivado de 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 descendiendo de la superficie [11]
  4. ¿Fluido formado por la desgasificación del núcleo? y manto [11]
  5. Las salmueras de cuenca también se consideran una posible fuente de fluidos hidrotermales. Se cree que los fluidos son agua connata expulsada de los sedimentos con compactaciones y fuerzas tectónicas.

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

Depósitos de mineral de pórfido

Sección transversal hipotética de un volcán en arco de isla 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 una 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 oferta, respectivamente. [1]

Los depósitos de mineral de tipo pórfido se forman en sistemas de circulación de fluidos hidrotermales desarrollados por encima y alrededor de cámaras de magma subvolcánicas a intermedias y/o plutones de enfriamiento de alto nivel . El mineral está temporal y genéticamente relacionado con las intrusiones, pero no 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 enfría reaccionando con las rocas existentes y finalmente forma un depósito de cobre. El nivel de desplazamiento suele ser poco profundo, a menos de dos kilómetros por debajo de la superficie en una zona volcánica activa.

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

  1. La formación comienza durante el vulcanismo temprano en el fondo marino sobre una zona de subducción en una zona de colisión oceánico-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 su concentración en la fase líquida del magma. [1]
  3. Finalmente, en una etapa muy tardía de la cristalización , la concentración de volátiles llega a ser 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 suprayacentes 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 e instantánea del magma a medida que se separan más y más 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 una vez más. [1]
  8. A medida que pasó el tiempo, magmas cada vez más félsicos se elevan hacia el núcleo del volcán. Algunos de estos magmas posteriores probablemente hacen erupción en la superficie, formando nuevas capas de rocas volcánicas que luego serán eliminadas por la erosión. [1]

Finalmente, la actividad volcánica cesó y la erosión eliminó las porciones superiores del volcán y expuso las rocas intrusivas y la mineralización de stockwork que solía encontrarse 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 de tamaño pequeño pero de alta calidad mineral. Por lo tanto, es un equilibrio y un desafío encontrar un yacimiento de skarn rentable.

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

Los depósitos de Skarn son de interés económico, ya que son la 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. El metamorfismo de contacto y el metasomatismo menor, la formación de skarn, se producen 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 brechas localizadas. [26]
  3. Se caracteriza por temperaturas decrecientes y actividad hidrotermal, durante las cuales se produce deposición de sulfuros en las vetas y es común la alteración retrógrada. [26]

Existe una asociación espacial muy estrecha con el granito, el skarn se produce sólo dentro del 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 tipo de roca ígnea o sedimentaria conocida. Además, varias estructuras, como flexiones en el contacto o lechos impermeables de hornfels , afectaron la distribución y la ley del mineral 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 importantes 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 lámina de empuje ha formado ventanas hacia las rocas minerales subyacentes. Adaptado de Edwards y Atkinson (1985).

Los depósitos de mineral de vetas hidrotermales consisten en vetas discretas o grupos de vetas muy espaciadas. Se cree que las vetas son precipitadas por soluciones hidrotermales que viajan a lo largo de discontinuidades en una masa rocosa. [10] Comúnmente son de origen epitermal, es decir, se forman en niveles de la corteza relativamente altos y temperaturas de moderadas a bajas. Son epigenéticos ya que se forman a partir de sus rocas huésped. [10]

Formación

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

  1. Asociación de plutones félsicos: muchas venas 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.

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

Una posibilidad, el ascenso de un pequeño cuerpo de magma félsico puede haber llevado a:

Los elementos se lixiviaron de las porciones ya solidificadas del plutón. Los fluidos habrían migrado hacia arriba y hacia afuera, luego de fracturas en la parte solidificada del plutón de granito, precipitando minerales en las vetas y alterando las paredes de roca.

La otra posibilidad es que se haya producido un evento de cizallamiento regional en la corteza. El cizallamiento se produce a temperaturas del orden de 300 a 400 °C. Por lo tanto, el evento de cizallamiento puede haber estado acompañado por la generación y movimiento de fluido hidrotermal a medida que la corteza era sometida 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 en otra parte del mismo plutón, concentrándolos efectivamente. [31]

Características

Los depósitos de mineral epitermales 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 espato flúor en la mina St. Lawrence en Terranova [34] y las vetas que contienen estaño que formaban la mina East Kemptville en el suroeste de Nueva Escocia. [35]

Depósitos masivos de minerales de sulfuro vulcanógenos

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

Los sulfuros masivos volcánicos (VMS) son responsables de casi una cuarta parte de la producción mundial de zinc y también contribuyen a 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 en minerales valiosos. Los principales minerales de este yacimiento son minerales sulfurados como pirita , esfalerita , calcopirita y galena .

El término “depósito masivo de sulfuros” se refiere a cualquier depósito que contenga más del 50% de minerales de sulfuro. El modificador “volcanogénico” 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 singenéticos o quizás ligeramente diagenéticos en edad en relación con las rocas volcánicas que los albergan.

Formación

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

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

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

La principal fuente de minerales proviene de las rocas volcánicas por las que 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 llevando los minerales que se vierten al fondo del mar o inmediatamente debajo de la superficie en forma de humos negros. [37]

El magma sube desde el manto y luego se enfría en la corteza y luego libera fluidos volátiles que contienen metales que eventualmente son transportados a 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, produciendo, debido a la gran diferencia de temperatura y propiedades químicas, precipitación mineral, dando lugar al color negro del magma. Fumadores negros que acaban 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 lechos sedimentarios menores, como pedernal y pizarra , que indican deposición marina, debajo de la base de las olas .

Los depósitos de VMS se formaron en el fondo marino, de la misma manera que se están formando hoy en día los fumadores del fondo marino modernos. Las compilaciones más recientes de depósitos 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 exhalativos sedimentarios

El modelo petrogenético para el origen de los depósitos de sulfuros del Mar Rojo. El agua de mar fría (flechas azules) ingresa al 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 sedimentarios exhalantes (SEDEX) representan el 40% de la producción mundial total de zinc, el 60% de la de plomo y una proporción importante de la 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 unos 70, de los cuales 24 han sido o están siendo explotados. La mayoría no es rentable de extraer debido a su ley relativamente baja o 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 intracratónico por la ventilación submarina de fluidos hidrotermales. Estos depósitos son comúnmente estratiformes, tabulares - lenticulares y típicamente están alojados en esquisto, sin embargo, el huésped podría ser rocas sedimentarias detricticas o incluso carbonatos.

Formación

Los depósitos de SEDEX se forman en cuencas sedimentarias bajo un ambiente tectónico extensional regional, debajo del océano donde el agua de mar fría (flechas azules) se mezcla con el agua de la cuenca y a través de fallas sin sedimentarias fluyen hacia el fondo de la cuenca, las cuales son calentadas por el gradiente geotérmico, y posteriormente asciende por corrientes convectivas (flechas rojas). [42]

Modelo del origen de los depósitos de sulfuros del Mar Rojo. El agua de mar fría (flechas azules) ingresa al 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 por reducción bacteriana del sulfato marino, proceso que tiene lugar en el fondo de la cuenca. También puede proceder del lavado de las series subyacentes o de la reducción termoquímica del sulfato marino. La precipitación de minerales de sulfuro podría ser provocada por precipitación inorgánica y/o precipitación bacteriana.

Características de SEDEX

Depósitos minerales tipo 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 de evaporita de aguas muy poco profundas (hacia tierra) y lodos de aguas más profundas (hacia el mar).

Los depósitos están alojados en piedra caliza o dolomita que se depositó en plataformas marinas poco profundas en un ambiente intraplaca tectónicamente estable. Como era de esperar en un entorno así, las rocas volcánicas, el plegamiento y el metamorfismo regional están ausentes por regla general. Los depósitos de MVT comúnmente se encuentran muy cerca de las evaporitas y/o debajo de discordancias . [43]

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

Un modelo petrogenético para explicar los depósitos MVT en general:

  1. Los minerales llenan cavidades y fracturas en la dolomita. Por tanto, deben ser de origen hidrotermal y epigenético.
  2. Los fluidos hidrotermales involucrados deben haber tenido una temperatura bastante baja, ya que ninguna roca en la región sufre metamorfosis de ninguna manera.
  3. Además, la presencia de numerosas cavidades implica que las rocas eran tan poco profundas que la presión confinada fue insuficiente para colapsar las cavidades.
  4. Además, la esfalerita es generalmente de color amarillo muy pálido, lo que significa que era una esfalerita 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 no coinciden con la ropa de cama en una escala de depósitos.

Las estructuras que albergan minerales suelen ser zolinknes [ se necesita aclaración ] de dolomita altamente brechada.

Estas estructuras pueden ser más o menos verticales, cruzando el lecho en ángulos elevados, o pueden tener forma lenteide y extenderse en la misma dirección que el lecho.

Características de la TVM

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 de Sedex, se pueden hacer algunas diferencias: [44]

Ver también

Referencias

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