Mineralogia y Petrologia 2012b Ppt [Modo de Compatibilidad]

Mineralogía yPetrología

CATEDRAIng. D. Carcausto Z.

2012

LA TIERRA

La Gran Explosión (Big-Bang)• Al principio no había ni espacio ni tiempo, y las leyes de la

física que conocemos no podían ser aplicadas.... Toda la materiaestaba condensada en un punto de densidad infinita llamada“singularidad”

• El universo comienza hace 10-20 Ga con una gran explosión dela singularidad (big-bang).

• La explosión formó únicamente átomos de H, He y un poco deLi, pero las temperaturas al inicio eran tan altas que no eraposible formar elementos más pesados

• ¿Qué evidencias que confirman la existencia del Big-Bang?

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Georges Lemaitre (1894-1966)Explosión Átomo Primigenio

Radiación de Microondas Cósmicas(Microwave Cosmic Background Radiation)

Expansión Hubble

Edwin Hubble (1889-1953)

Cosmoquímica y el Origen de la Tierra

• ¿Cómo se formó la tierra? ¿Cuál es su composición?

• Para responder a estas preguntas es necesario acercarse a algunosconceptos astronómicos y cosmoquímicos

• Cosmoquímica: Estudia el origen y distribución de los elementos en elcosmos y sistema solar.

• La composición de la tierra es única y conocerla depende de:

– Procesos responsables de la creación de elementos (nucleosíntesis)

– Procesos involucrados en la formación del sistema solar

– Procesos involucrados en la formación y diferenciación de la tierra

Pero y al principio... ¿Cómo se formaron los elementos?

• Nuestro conocimiento sobre esta pregunta proviene de la observaciónde las estrellas y de los meteoritos.

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Nucleosíntesis Poligenética• Los únicos elementos formados durante los primeros 300 segundos del Big-Bang

fueron H y He (y un poco de Li).• Posteriormente la materia experimentó una serie de inestabilidades gravitacionales

que llevó a la formación de galaxias.• El colapso de cúmulos moleculares dentro de las galaxias permitió la formación de

las primeras estrellas• El resto de los elementos tienen, de hecho,

su origen en las estrellas:

Nucleosíntesis Estelar: Los elementos ligeros (Z<14)se sintetizan dentro de las grandes estrellas durantelas fases finales de su evolución

Nucleosíntesis explosiva: Los elementos máspesados (Z>15) se forman cuando las estrellasmasivas agotan su combustible nuclear y explotanformando supernovas

Espalación de rayos cósmicos: Li y Be se formanmediante la interacción de rayos cósmicos y materiaen el medio intergaláctico

Nebulosa de Orión (Telescopio Hubble)

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Nucleosíntesis Poligenética• Los únicos elementos formados durante los primeros 300 segundos del Big-Bang

fueron H y He (y un poco de Li).• Posteriormente la materia experimentó una serie de inestabilidades gravitacionales

que llevó a la formación de galaxias.• El colapso de cúmulos moleculares dentro de las galaxias permitió la formación de

las primeras estrellas• El resto de los elementos tienen, de hecho,

su origen en las estrellas:

Nucleosíntesis Estelar: Los elementos ligeros (Z<14)se sintetizan dentro de las grandes estrellas durantelas fases finales de su evolución

Nucleosíntesis explosiva: Los elementos máspesados (Z>15) se forman cuando las estrellasmasivas agotan su combustible nuclear y explotanformando supernovas

Espalación de rayos cósmicos: Li y Be se formanmediante la interacción de rayos cósmicos y materiaen el medio intergaláctico

Nebulosa de Orión (Telescopio Hubble)

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Conclusiones Cosmoquímicas

• Existen suficientes evidencias para asegurar que las condritascarbonáceas son el punto de partida del sistema solar. Esto implicaque:– La nebulosa debió ser relativamente homogénea– El sistema solar debió formarse de forma más o menos simultánea (en términos

geológicos, ~100 Ma)

– La presencia de acondritas y meteoritos metálicos con edades semejantes a lasde las condritas, indica que la diferenciación de los protoplanetas debió ocurriren etapas muy tempranas de la historia del sistema solar.

– BABI 4.45 Ga– CHUR 4.56 Ga– Geochron 4.55 Ga

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(refractarios)

(volátiles)

(siderófilos &calcófilos)

(litófilos) (atmófilos) (pérdidas porimpactos)

Nebulosa Solar

Condensación y Acreción

Núcleo Tierra Silicatada Atmósfera Primitiva

NúcleoInterno

NúcleoExterno

Manto Primitivo Luna

Manto InferiorManto Superior

Corteza Continental

Corteza OceánicaOceanos y Atmósfera

Actuales

¿flujocometario?

Fusión parcial;coeficientes de partición

Tectónica de Placas:fusión y reciclaje

Nucleosíntesis

Equilibro Gases-Sólidos

(fusión, gravedad, afinidad geoquímica)

EnfriamientoImpacto

Catastrófico

Plumas del Manto

Desgasificación

Desgasificación

La Evolución de la Tierra8

Estudiando el Interior de la Tierra• La estructura física y la composición del interior de la tierra se puede

determinar mediante:

– Estudio de xenolitos del manto y/o macizos peridotíticos

– Estudio geoquímico y petrológico de rocas magmáticas que son elproducto de la fusión parcial del manto

– Petrología experimental

– Estudio de Meteoritos

– Métodos geofísicos

• Debilidades de los métodos indirectos:

– La geofísica sólo tiene acceso al presente

– La geoquímica sólo tiene acceso a la

superficie

Tiempo

Profundidad?

Geoquímica

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Basaltos como una ventana al manto terrestre

• ¿Concentración de elementos mayores? No mucho. Los procesos de fusión parcial ycristalización modifican los elementos mayores de una forma muy complicada. Suvariación es difícil de cuantificar…

• ¿Concentración de elementos traza? Tampoco tanto. Son función del mecanismo defusión y/o cristalización y de la composición de la fuente. Por lo tanto son difícilesde modelar con exactitud...

• ¿Relaciones entre elementos traza? SI... A niveles moderados de fusión parcial, larelación entre elementos incompatibles nos permiten conocer las característicascomposicionales de la fuente. Además, las relaciones entre elementos trazaincompatibles NO se modifican de manera significativa durante la cristalización.

• ¿Relaciones isotópicas? TAMBIÉN... Las relaciones isotópicas de una rocamagmática reflejan las características de la fuente (a menos que existacontaminación y/o mezclas). Además, la relación entre los isótopos padres eisótopos hijos nos provee de información sobre el tiempo de residencia.

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Composición del Manto y de la Tierra Silicatada

• Cualquier estimación de la composición del manto (y de la tierrasilicatada) debe explicar satisfactoriamente:– La variación composicional observada en los xenolitos y en los macizos

peridotíticos

– Las velocidades sísmicas y las densidades relativas observadas por los métodosgeofísicos

– Una evolución a partir de una composición condrítica

– Su fusión parcial debe producir un basalto

Rocas Ultramáficas Velocidades Sísmicas

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corteza

manto

núcleo

Límitesentrecapas

Capas composicionales

Capas mecánicas

corteza 3-70 kmmanto -> 2900 km profundidadnúcleo 2900-6370 km prof:

litósfera rígida 0-100 kmastenósfera dúctil, 100-660 km

capa profundidad

Capas composicionales

Capas mecánicas

corteza 3-70 kmmanto -> 2900 km profundidadnúcleo 2900-6370 km prof:

litósfera rígida 0-100 kmastenósfera dúctil, 100-660 km

capa profundidad

La corteza

Espesor ~ 30 km (continentes)3-15 km (océanos)

Composición•similar a granodiorita (continentes)

•predominantemente basalto (océanos)

El MantoMás de 82% de lavolumen de la Tierra

Manto superior 0 - 670 kmManto inferior 670-2900 kmregion D” 2600-2900 km

manto

D”D”

Mantosuperior

Mantoinferior

400 & 670 km“transiciones de fase”

El límite núcleo - manto

Límite entre el mantoy el núcleo

Descubierto en 1914por Beno Gutenberg

mantle

core

Core-mantleboundary

El núcleo internoLímite entre el núcleoexterno líquido y elnúckeo interno sólido

Descubierto en 1936por Inge Lehman

mantle

core

Inner core

Composición química de la Tierra

Definiciones

mineral - (1) Un compuesto o elemento naturalQue tiene una estructura interna ordenada,una composición química definida,Estructura y propiedades definidas

(2) Un sólido natural que posee una composición química

definida. (estructura sólida – estructura cristalina)

roca - Los agregados de cristales de uno o más tiposDe minerales que conforman las unidadesque componen la corteza terrestre

Minerales

• Que es un mineral?

• Cómo diferenciamos un mineral de unpedazo de madera o un ser vivo ?

• Que es una roca?

Minerales

• Que es un mineral?– Ocurrencia natural (no artificial)

– Inorgánico (no parte o producto de unorganismo vivo )

– Solido y con una estructura y composiciónquímica definidas

Minerales vs. Rocas

• Hay aproximadamente 4000 minerales conocidospero menos de 100 son frecuentes

• Las Rocas son agregados (mezclas) de minerales.Por lo que los minerales son las unidades quecomponen las rocas

• Cómo se juntan los minerales para formar unaroca?

Composición y estructura de losminerales

Combinando elementos paraformar minerales

– Como las rocas son agregados de minerales losminerales conservan sus propiedades en lasrocas.

– Es posible que dos minerales tengan la mismacomposición

– Si!

Propiedades de los minerales

• Muchas propiedades permiten reconocer alos minerales– Forma cristalina, brillo, color

– Raya, clivaje, dureza

– Fractura, peso específico

– Gusto, Olor

Minerales formadores de rocas

• Los minerales formadores de rocas más comunesestán formados por estos 8 elementos

– Oxygeno (O), Silicio (Si),

– Aluminio (Al), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio(K),

– Hierro (Fe), and Magnesio (Mg)

Composición de la Corteza

• Los elementos químicos más abundantes en lacorteza son:– Oxygeno (46.6% en peso)

– Silicio (27.7% en peso) Corteza

Silicatos

• Los silicatos, minerales formados portetraedros silicio oxígeno son los principalesformadores de rocas.

• Los silicatos se agrupan en Clases seguncomo se agrupen los tetraédros Si-O

Grupos de Silicatos

• Feldespatos – Redes tridimensionales detetraédros– Dos tipos comunes de feldespatos:

• Ortoclasa (K, Al)

• Plagioclasa (Ca, Na)

• Cuarzo – red tridimensional de tetraédros(SiO2)

Color de los minerales

• A menudo controlado por elementoscromóforos (Fe, Mn, Cr, Ti, etc ).

No - silicatos

• Principales grupos:– Oxidos (FeO2), Sulfuros (PbS), Sulfatos

(CaSO4),

– Haluros,

– Elementos "Nativos" (oro),

– Carbonatos (calcita, CaCO3)

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GEOLOGÍA ECONÓMICA

Recursos Naturales

Energía

Recursos MineralesGeotermia Petróleo

Minería Metálica Minería No Metálica

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Procesos Mineralizadores•Los depósitos minerales constituyenconcentraciones anómalas de un(os)elemento(s) en la corteza terrestre.

•Para que un determinado elemento llegue aconstituir un yacimiento explotable el metaldebe estar concentrado muy por encima desu abundancia media en la corteza terrestre.

•El grado de enriquecimiento varía para cadaelemento dependiendo de su valor.

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Elemento Ley prom. Min. Explotable Factor de concentraciónAL 8% 30,0% 3,75Fe 5% 25,0% 5Cu 0,4% 80Ni 0,5% 71

4,0% 571Mn 900ppm 35,0% 389

0,5% 250030,0% 30004,0% 4000

Au 1 g/t 250

Contenidoprom. de la corteza

50 ppm70 ppm

Zn 70 ppm

Sn 2 ppmCr 100 ppmPb 10 ppm

4 ppb

Procesos Mineralizadores II

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DEPÓSITOS MINERALESALGUNAS DEFINICIONES BÁSICAS

Ocurrencia Mineral.

Concentración anómala de un mineral que seconsidera valiosa por alguien en alguna parte o que es

de interés científico o técnico.

Depósito Mineral.

Es una ocurrencia mineral (concentración anómala deun mineral o elemento metálico) de tamaño (volumen)y ley suficiente para que en circunstancias favorables,

sea considerado con potencial económico.

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Definiciones Básicas IIRoca de caja.

La roca que rodea al depósito, por ejemplo lasrocas a ambos lados de una veta.

Roca huésped.

La roca dentro de la cual se presenta el depósitomineral. Ej. Pórfido Chuqui en Chuquicamata.

Estéril.

Término minero utilizado para referirse a la rocaque no constituye mena explotable, en oposición a

rocas mineralizadas.

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Definiciones Básicas IIIMena.

Mineral o minerales que pueden ser extraídos de una rocacon ganancia económica (utilidad). Es utilizable, tal comose extrae o uno o más componentes se pueden recuperar,

separar, tratar.

Ej. Menas de Cu: Calcopirita (CuFeS2), Bornita(Cu5FeS4), Calcosina (Cu2S).

Ganga.

Aquellos minerales los cuales ocurren con los minerales demena, pero que no tienen valor económico.

Ej. Cuarzo (SiO2), Calcita (CaCO3) o Pirita (FeS2).

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Definiciones Básicas IVMineralización.

Se refiere usualmente a procesosformadores de minerales de mena,y haminerales asociados que permiten lasobreconcentración de ellos(pirita).

Hipógena o Primaria.

Mineralización endógena, es decir producidapor procesos internos de la tierra.

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Definiciones Básicas V

Supérgena o Secundaria.

Mineralización o efectos exógenos sobre cuerposmineralizados, como meteorización, oxidación,descomposición de minerales y formación de

nuevos minerales estables en el ambientesupérgeno.

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Definiciones Básicas VI

Yacimiento.Depósito mineral que ha sido examinado yha probado tener suficiente tamaño, ley y

accesibilidad, como para ser puesto enproducción y ser rentable.La rentabilidad de

un yacimiento depende de suscaracterísticas intrínsecas (como tonelaje yley), y depende de condiciones ajenas al

cuerpo mineral, como las tasas de impuesto,precio de metales, etc.

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Definiciones Básicas VII

Mina.Corresponde a las labores de explotación

de un yacimiento, las que pueden sersubterráneas o a cielo abierto.

Rajo.Excavación a cielo abierto para la

extracción minera.Ej. Rajo de Chuquicamata.

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Definiciones básicas VIIIRecurso Mineral.

Tonelaje o volumen de roca mineralizada de interéseconómico intrínseco, cuyas leyes, límites y otrascaracterísticas apropiadas están conocidas con

cierto grado de certeza y que es un posible blancode extracción económica.

Reservas Minerales.

Porción o volumen de un Recurso Mineral en el quese han, efectuado estudios técnicos y económicos.

El vol. y ley permiten establecer la vida delyacimiento.

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Definiciones básicas IX

Ley.

Grado de concentración de un elemento en elcuerpo mineralizado. Se expresa como

porcentaje, ppm, ppb, etc.

Ley de Corte.

Grado mínimo de concentración, para que laexplotación sea rentable.

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• Según origen

1.Hidrotermales (primarios o hipógenos).Etapas tardías de la cristalización

magmática. Se les suele separar en dossubcategorías:Pórfido(700-250 ºC)

Epitermales(>250ºC)

2.Sedimentarios.Concentración producto de procesos

gravitacionales, transporte diferencial,meteorización diferencial, factores

morfológicos.

Tipos de Depósitos

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3.Secundarios (supérgenos).

Depósitos hidrotermales expuestos acondiciones superficiales ( alzamiento, erosión),que bajo dichas condiciones interactúan con las

aguas meteóricas, las que disuelven yreconcentran la mineralización primaria.

Una sección vertical típica presenta tresniveles de techo a base:

1. Zona de Oxidación y Lixiviación2. Zona de enriquecimiento secundario3. Zona de mineralización primaria

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•Según la geometría de la mineralización

1.Pórfido Cuprífero:en Stockworks (vetillas) ydiseminada.

2.Estratoligados: Cuerpos mineralizados tienenforma de estrato , capa o manto, y son concordantescon la mineralización.

3.Vetiformes:Cuerpos mineralizados de formatabular, corresponden generalmente a fracturasrellenas.

4.Pipa:Cuerpos Mineralizados con forma de conoinvertido, generalmente asociados a la formación debrechas magmáticas, magmático-hidrotermales ohidrotermales.

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CLASIFICACION Y RESUMEN DE PROCESOSMINERALIZADORES

PROCESOS ENDÓGENOS I

Cristalización Magmática.Precipitación de minerales como

constituyentes de un magma.

Diamantes en Kimberlitas.

Granitoides como rocas hornamentales.

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Procesos Endógenos II

Segregación Magmatica.Cristalización Fraccionada, Diferenciación Magmática,

inmiscibilidad de liquidos, precipitación de súlfuros.

Alteración Hidrotermal.Depositación desde soluciones de origen magmático,

metamórfico, meteórico y marino.

Pórfidos Cupríferos.Cuajone, toquepala, etc.

Vetas Auríferas Ares.

Metalogénesis

MetalogénesisDefiniciones Básicas

Metalogénesis: Término derivado del griego “metaleion” quesignifica “mina”, el cual se refiere al estudio de la génesis dedepósitos minerales (metálicos o no-metálicos), con énfasis ensus relaciones espaciales y temporales (espacio-tiempo) con losrasgos geológicos regionales (tectónicos, petrográficos, etc). Esdecir, el estudio de la relación de los depósitos minerales con suentorno geológico regional.

La metalogénesis estudia la distribución de los depósitosminerales en el espacio y el tiempo, tratando de definir losfactores que han contribuido al patrón de distribución de losmetales dentro de la parte superior de la corteza.

Unidades metalogénicas

Provincia Metalogénica: es un área caracterizada poruna agrupación de depósitos minerales o por uno omás tipos característicos de depósitos. Una provinciametalogénica puede contener más de un episodio demineralización.

Epoca Metalogénica: Es una unidad de tiempogeológico favorable para la depositación de menas ocaracterizada por una agrupación particular dedepósitos minerales. En una misma área puedenestar representadas varias épocas metalogénicas.

Metalotecto

Término que se refiere a una determinadacaracterística geológica que se cree que hajugado un rol en la concentración de uno omás elementos (o sustancias minerales) y hacontribuido a la formación de depósitosminerales; puede ser estructural,estratigráfico, litológico, geomorfológico, etc.y puede combinar espacio y tiempo. Ej.Orógeno Andino, una caldera volcánica, rocasvolcánicas jurásicas, una falla regional, etc.

Franja Metalogénica

(id. Faja, cinturón.): Término utilizado enChile por varios autores debido a un factorde escala. Las franjas metalogénicasexistentes en Chile se ajustan a la definiciónde Provincia Metalogénica, pero en trabajosprevios se ha considerado a Los Andescomo una Provincia Metalogénicadominada por yacimientos cupríferos. Estoha llevado a definir en detalle ya sea sub-provincias o franjas metalogénicas.

AMBIENTES GLOBALES DE GENERACIÓNDE DEPÓSITOS MINERALES

Los marcos geotectónicos en las que se desarrollaactividad ígnea son determinantes de la naturaleza delos intrusivos y rocas volcánicas, pero también de lostipos de depósitos minerales asociados.

Esto determina la concentración de ciertos tipos dedepósitos minerales y/o metales en ciertas partes de lacorteza terrestre.

Por Ej. Los Andes Peruanos contienen enormesyacimientos de Cu-Mo, pero existen muy pocosyacimientos de Sn y solo ocurrencias menores de Ni, Cr,Co.

Placa Nazca

Placa Sudamericana

Los AndesMargen continentalactivo (ligado asubducción)

Pórfidos de Cu-Mo Super-gigantes (monstruosos)

16 yacimientos en explotación en Chile son la fuentede la mayor parte de la producción chilena de Cu

y de todo el Mo

Unos pocosyacimientos,

super-giganteshacen que Perusea uno de los

mayoresproductor de

cobredel mundo

Clark, 1993