GEOQUIMICA APLICADA Preparado por: Miguel Calcina Benique Fuente: Charles Moon, Lloyd, Thomson, Levinson, Ingemmet. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGIA, GEOFISICA Y MINAS ESCUELA DE POSTGRADO Maestría en Ciencias de la Tierra - Mención Exploración Geológica UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 1
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GEOQUIMICA APLICADA
Preparado por: Miguel Calcina Benique
Fuente: Charles Moon, Lloyd, Thomson,
Levinson, Ingemmet.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGIA, GEOFISICA Y MINAS
ESCUELA DE POSTGRADO Maestría en Ciencias de la Tierra - Mención Exploración Geológica
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 1
INDICE • Prospección geoquímica
• Dispersión primaria y secundaria • Ambientes geoquímicos • Elementos trazadores • Barreras geoquímicas • Anomalía y contraste geoquímico • Metodologías de exploración geoquímica • Representación de datos • Interpretación de resultados y Procesamiento de
los datos UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 2
Geoquímica
• Especialidad de las Cs de laTierra que, sobre la base de la geología y de la química, estudia la composición y dinámica de los elementos químicos en la tierra, determinando la abundancia absoluta y relativa, distribución y migración de los elementos entre las diferentes partes que conforman la tierra (hidrósfera, atmósfera, biosfera y geosfera).
• La geoquímica estudia la química de la Tierra, comenzando con el origen, distribución y evolución de los elementos que constituyen al planeta. Trata sobre la distribución y concentración de los elementos químicos en los minerales formadores de las rocas y en los productos derivados de ellas, así como en los seres vivos, el agua, la atmósfera y sus interrelaciones.
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Prospección Geoquímica
• La prospección geoquímica incluye todos los métodos de prospección minera basados en medidas sistemáticas de una o mas propiedades químicas de materiales naturales.
• La PG se ha desarrollado desde las etapas iniciales con los ensayos químicos alrededor del depósito mineral.
• Particularmente aplica el uso del material superficial tales como: rocas, suelos, sedimentos, till o vegetación en áreas con pequeños afloramientos.
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• El objeto es: – 1.- identificar el blanco o tarjet potencialmente
representativo de una mineralización y – 2.- la seguridad de eliminar un terreno estéril.
• Literatura sobre PG es bastante amplia, pero accesible.
Las técnicas geoq están dadas en Garland (1989), y una amplia bibliografía es citada en Hawkes (1982, 1985, 1988)
• Técnicas de la teoría de exploración es dada por Rose et al (1979) y Levinson (1980).
• Publicaciones de Association of Exploration Geochemist , Journal of Geochemical Exploration, artículos en Applied Geochemistry.
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Determinar anomalías geoquímicas relacionadas con cuerpos o estructuras mineralizadas
• Una anomalía siempre debe considerarse con respecto a algún marco de referencia: una muestra no es anómala por si sola.
• El punto de quiebre para exploraciones es denominado umbral de exploración y este valor es definido en base a marcos de referencia global, regional, distrital e incluso local, dependiendo de las condiciones específicas de exploración.
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Valor de fondo (Background)
• El background es definido como el rango normal ( no un solo valor) de concentración de un elemento(s) en un área, excluyendo las muestras mineralizadas.
• Cuando las condiciones anómalas son reconocidas por los valores del background, contra los cuales estos pueden ser comparados
• Los valores del background pueden ser determinados para cada elemento, para cada área y para cada tipo de roca, suelo, sediemento, y agua.
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Anomalia
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Umbral (Thershold)
• Un umbral de exploración no define un depósito mineral y no tiene relación alguna con una ley de corte.
• Es un valor que permite destacar aquellas zonas potenciales de contener una alta concentración de elemento(s) de interés discernir contenidos de fondo versus concentraciones mayores).
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Valores de fondo y valor umbral Elemento Abundancia ppm Elemento Abundancia
Ca 33 000 Hg 0.02
C 230 Mo 1.5
Zn 2 Au 0.003
Zr 150 Ag 0.05
Cu 50 Pt 0,0005
Cr 100 Pb 10
Sn 80 K 25 000
F 600 Si 291 000
P 900 Na 25 000
Fe 46 500 Ti 4 400
Li 30 Th 10
Mg 17 000 U 2,5
Mn 1000 W 1 UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 11
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o 1.- Diseño y planeamiento o 2.- Muestreo de campo o 3.- Preparación de las muestras o 4.-Análisis químico o 5.-Presentación e interpretación de
datos o informe Cada uno de estas faces es totalmente
dependiente de los precedentes. Los problemas en uno afectarán negativamente a todas las fases siguientes, cada fase es esencial y todas deben tener alto grado de cuidado y atención. (Lloyd, 1998)
Programa de exploración geoquímica Un PEG propiamente dicho comprende varias fases sucesivas e interdependientes como:
Según Closs
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Diseño y Planeamiento
• Las técnicas de estudios de campo y los métodos analíticos dependen del metal buscado y su ubicación. Para esto debe tener
• Información del tamaño del depósito, la mineralogía, litología, geoquímica, ambiente y características geométricas de los blancos del cuerpo mineralizado.
• Ayudan en el diseño los modelos conceptuales como el paisaje geoquímico, modelos de depósitos minerales (depósitos de Au tipo Carlín, IOCG, VSM, epitermales).
• El geólogo comenzará con reconocer la asociación de elementos con un tipo de depósito en particular.
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Alcances y limitaciones
• Los alcances y las limitaciones de un estudio de exploración geoquímica estarán dados por las condiciones de terreno, tipo de metal y depósito en exploración, clima, accesos, topografía y morfología, presupuesto, etc.
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Limitaciones en la Prospección Geoquímica
Fuente: Levinson 1972,1980)
Otro factor importante a considerar es la relativa disposición del target , esto puede ser caracterizado como A) outcropping ore, B) parcialciamente outcropping ore, C) CM completamente ciego y D) CM enterrado por una capa estéril muy joven. Diferentes técnicas son requeridos para estas condiciones Ej MMI (Thomson, 1986)
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A. El cuerpo mineral intercepta la superficie de tal manera que el mineral ha sido erosionado, Cuerpo Mineralizado está prácticamente expuesto a la observación pero, puede estar cubierto por la vegetación o suelos transportados; también puede estar oculto por lixiviación y cambios mineralógicos producidos por la meteorización. Ej gossan
B. El cuerpo mineral no intercepta la superficie pero puede yacer dentro de la zona de intemperismo. Un estudio geoquímico de rocas puede detectar un patrón de dispersión primaria que sobreyace al depósito.
C y D. son cancelados por una cobertura post mineral y las técnicas de exploración geoquímica regional y detalle prácticamente son imprescindibles.
PATRONES DE DISPERSIÓN ASOCIADOS CON DEPOSITOS
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Materiales por Muestrear
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Geoquímica Sedimentos/HMC
Geoquímica de Suelos
Litogeo
qu
ímica
Geoquímica de Aguas
Geoquímica Aplicada
Cuáles son las herramientas de la geoquímica?
• Análisis Geoquímico, Determinación del contenido absoluto de un elemento o compuesto químico determinado, en un material geológico (Rs, suelos, sedimentos, aire, agua)
Norma CIPW: Muestras 1-7 Normativas en olivino, diópsida e hiperstena Saturadas en sílice Tholeiitas de olivino Muestras 8-16 Normativas en cuarzo, diópsida e hiperstena Sobresaturadas en sílice Tholeiitas de cuarzo
Volcán Kilauea, Hawaii
Clasificación
F
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Comportamiento de elementos traza en los magmas
• 1.- E. T q´precipitan con El mayores, Ge con Si, Ga con Al, Sc con Al y Mg, Rb, Cs, Ba con K en micas, Sr, Mn con Ca, Li con Mg y Fe en micas, Ni, Co y Pt como calcofilos parc en estr. Ol.
• 2.- El. T parcialmente camuflados en parte en silicatos: Be con Si y Al; Li con Mg, Fe, Al; B en parte con Si formando borosilicatos
• 3.- El T que se enriquecen en soluciones residuales: W, Mo, Sn, As, Bi forman minerales despues del enriquecimiento.
• Los elementos calcofilos: Cu, Ag, Zn, Pt, Hg, Sb; Co, Ni, Cd; Se, Te, S, Au.
• 4.- El T q´forman minerales no silicatados y apenas se pres la crist. primaria: Pt, sulf Fe,Ni,Co, Cr en espinelas Ti en Illmenita.
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• El comportamiento de algunos metales de la t.p (I al VIIIB), se combinan preferentemente con el S si este existe en el magma(calcof) y precipitan en forma de sulfuros formando enlaces + covalentes (aniones).
• Cobre.- Cu+ (0,96 -0,99ª) --- > Na (0.97 -0,98 A) en las Pgls, ni el Cu 2+ (0,72 A), x el Fe2+ (0,74 A) en los ferromagnesianos debido a la mayor electronegatividad del Cu (1,77) -- -> Na (1.18) y del Cu2+ (2.35) --- > Fe2+ (1.85), xlt se combinan con S en las 1ras estadios de la consolidación del magma básico o se concentran en el magma residual hasta q´ S alcance la concentración suficiente p/f CuFeS2
• Manganeso, Mn2+ (0,80ª) --- > Fe2+ (0,74 A) debido a su menor electr (1,4 --- > Fe2+ (1,65).
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ET en procesos magmáticos
• HFSE: High Field Strenght Elements; son llamados x su alta carga de ionización: Zr, Hf, Th, (+4), Ta, Nb (+5), U+6 +4 , C.I. (a) y RI (p), a exepcion de U yTh. Debido a su C.I alta requieren uno o mas sustituciones dobles para mantener su balance de cargas. Hf y Zr son moderadamente incompatibles, Nb yTa son altamente incompatibles y menos electro+ q´alcalinos, alcalinotérreos y TR.
• Los HFSE son insolubles, son útiles en el estudio del origen de las rocas ígneas antiguas evidencias ambientes de formación, Ta y Nb estan presentes en concentraciones anómalas bajas en magmas asociados a zonas de subducción, relacionados a vulcanismos.
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Las Tierras Raras y el Y
• Tierras raras: Lantánidos y Actínidos • En geoquímica REE: La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. • Actínidos: U y Th • El Y se comporta de manera similar a las tierras raras medias-pesadas
• El Th tiene +4 y el U puede tener +4 o +6 (en condiciones oxidantes)
– El U+6 forma el ión uranilo (UO2-2) que es soluble en fluidos acuosos en condiciones
oxidantes
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REEs tienen bajas electronegatividades: enlaces iónicos (como los álcalis) Su carga iónica es alta (+3), aunque Ce puede ser +4 (en condiciones oxidantes) y Eu +2 (en condiciones reductoras) Debido a su alto potencial iónico (carga/radio) las REE, el Th y el U+4:
–Tienden a ser insolubles en fluidos acuosos –No se movilizan durante el metamorfismo y/o el intemperismo
TR
• Las TR son elementos qcos ampliamente utilizados en los est. Petrogeneticos, x ser excelentes indicadores de los procesos geológicos que han ocurrido durante la fm de las rocas igneas.
• Las TR se dividen en TRL (La 57 a Sm 62), TRI (Eu 63 a Galidonio 64 y terbio 65), TRP (Itrio, disprosio 66 al lutecio 71).
• Las TRL se enriquecen en rs corticales mas felsicas, debido a la fusión parcial y cristalizacion fracionada dos magmas y Rs igneas.
• TR han sido considerados como inmoviles durante el metamorfismo y son buenos indicadores de materailes pre metamorficos.
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Comportamiento de las Tierras Raras
• REE configuración electrónica es similar
• Radio iónico decrece de manera sistemática
• Radio iónico define su comportamiento en los materiales geológicos
¿Elementos Incompatibles?
• El grado de incompatibilidad dependerá del radio iónico y de la carga:
• HREE sustituyen al Aluminio en la estructura cristalina del granate
• Eu+2 sustituye al Ca en la plagioclasa
• Comportamiento importante en PETROLOGÍA
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1
10
100
1000
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
sa
mp
le/C
I C
ho
nd
rite Upper Crust
N-MORB
Pm
0.01
0.1
1
10
100
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Co
nce
ntr
ació
n p
pm Upper Crust
N-MORB
Pm
Diagramas de Tierras Raras
• Diagramas que expresan el logaritmo de las abundancias relativas con respecto
al número atómico: Diagramas de “Masuda”, “Masuda-Coryell” o “Coryell”
• Las abundancias relativas:
• concentración en la muestra/concentración en un material de referencia
• Valores de normalización utilizados (ver Rollinson 1993, pag. 134):
• Condritas
• Manto Primitivo
• MORB
• Etc..
Sin normalización Normalizado
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¿Por qué los patrones de tierras raras son distintos?
1
10
100
1000
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
sa
mp
le/C
I C
ho
nd
rite Corteza Oceánica
Corteza Continental
Manto Primitivo
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Diagramas multielementos o de “araña”
• LILE: Rb, Cs Sr y Ba
• HFSE: Nb-Ta y Zr-Hf
• REE: La-Lu
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0.1
1
10
100
1000
Cs
Rb
Ba
Th U
Nb
Ta
K2
O La
Ce
Pb Pr
Sr
Nd Zr
Hf
Sm Eu
TiO
2
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Yb Y
Lu
Mu
estr
a/M
an
to P
rim
itiv
o
Corteza
N-MORB
E-MORB
OIB
Incompatible Compatible
ESTUDIOS DE ORIENTACION
• Consiste en determinar una serie de parámetros físicos como
– distancia de muestreo, fracción granulométrica adecuada, el mejor método analítico para análisis de elementos.
• Los datos resultantes de orientación deben habilitar la selección óptima del campo, laboratorio y procedimientos de la interpretación. Con suerte, estos procedimientos deben permitir la resolución clara de los modelos anómalos significantes, con un pequeño traslape entre anomalías y poblaciones del background.
Factores p/ estudios de Orientación (Bloss & Nichol 1989)
• 1.- Comprender claramente el “Blanco” del tipo de depósito. • 2.- Comprender el ambiente superficial del área investigada • 3.- Inv la naturaleza de la dispersión primaria y secundaria de la
mineralización • 4.- Tipo de muestra disponible • 5.- Procedimiento de muestreo • 6.- Tamaño de la muestra • 7.- Intervalo de muestreo, orientación y densidad • 8.- Procedimientos para la preparación de la muestra • 9.- Tamaño y fracción para análisis • 10.- Método analítico requerido • 11.- Elemento a ser analizado • 12.- Formato para la Interpretación de los datos
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Algunos Factores a ser determinados en
estudios de orientación por geoquímica de rocas
1.- Tipo de muestra. 2.- Tamaño y características de la muestra. 3.- El mejor elemento indicador. 4.-Rangos de background de elementos indicadores asociados con
diferentes tipos de rocas y niveles de threshold anómalos. 5.- La aplicabilidad de separador de minerales. 6.- Efectos de meteorización, tipo de roca, alteración hidrotermal y
otras variables geológicas en el background y contraste de anomalías.
7.-Forma, extensión y homogeneidad de anomalías y reproducción de valores para un solo sitio.
8.- Métodos de descomposición de la muestra y análisis. 9.- Reproducibilidad del muestreo. 10.- Procedimientos para la interpretación de Datos.
Algunos factores a ser determinados en estudios de orientación por geoquímica de suelos residuales
1.- Influencia de la topografía, drenaje, vegetación y tipo de roca en el desarrollo del perfil de suelo y geoquímica.
2.- Horizonte(s) óptimo para el muestreo de suelos. 3.- Mejores elementos indicadores (mena y/o pathfinder). 4.- Rangos de Background de elementos indicadores
asociados con diferentes tipos de rocas y niveles de threshold y anómalos).
5.- Fracción óptimo para el análisis (basado en el tamaño y/o magnética, gravedad específica, o las propiedades orgánicas).
6.- Método óptimo de la descomposición de la muestra (ácido fuerte, ácido débil, pirólisis, fusión, etc.).
7.- Método(s) óptimo para análisis (límite de detección, precisión, exactitud, interferencias).
8.- Intensidad, forma, extensión y homogeneidad de anomalías como sugerentes para la aplicación de método preferido a lo largo de una o dos secciones transversales de mineralización.
9.- Posibilidad de contaminación. 10.- Reproducibilidad del muestreo. 11.- Procedimientos para la interpretación de Datos.