13/05/2009 Fernando Tornos 1 El ambiente hidrotermal: ¿Qué factores geoquímicos controlan la localización de los depósitos minerales? XVIII Curso Latinoamericano de Metalogenia Belo Horizonte Mayo 2009 Belo Horizonte, Mayo 2009 Fernando Tornos Esquema 1. ¿Qué son las rocas hidrotermales? 2. Origen de los fluidos hidrotermales y solutos 3. Mecanismos de transporte 4. La precipitación de asociaciones hidrotermales 4. La precipitación de asociaciones hidrotermales 5. Conclusiones 2
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Fernando Tornos 1
El ambiente hidrotermal:¿Qué factores geoquímicos controlan la localización de los depósitos minerales?p
XVIII Curso Latinoamericano de Metalogenia
Belo Horizonte Mayo 2009Belo Horizonte, Mayo 2009
Fernando Tornos
Esquema
1. ¿Qué son las rocas hidrotermales?
2. Origen de los fluidos hidrotermales y solutos
3. Mecanismos de transporte
4. La precipitación de asociaciones hidrotermales4. La precipitación de asociaciones hidrotermales
5. Conclusiones
2
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Rocas hidrotermales
Formadas en relación con la circulación de fluidos “calientes” en desequilibrio con el ambiente geológico localambiente geológico local
Ligadas a zonas de circulación de fluidos en la cortezadistribución espacial limitada
25-700°C y <3-4 kb (fluidos acuosos)
Su formación es un proceso químico
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Rocas hidrotermales
Relativamente comunes, pero... !!Ausencia de clasificación!!
l í bl áTerminología problemática
Características similares a las de las rocas metamórficas
Técnicas de estudio equivalentesTécnicas de estudio equivalentesRocas ígneas o metamórficas: RetrógradoRocas sedimentarias: Progrado
Separados de rocas ígneas Fluido primario: salinidad moderada (≈10% peso) y con CO2 proporcional a basicidadINMISCIBILIDAD:“vapor” de salinidad baja (<10% peso) (baja ρ) + “salmuera” de salinidad elevada (hasta 60% peso) (alta ρ)
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Fluidos magmáticos
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Fluidos en cuencas sedimentarias
Dos efectos contrapuestosDismin ción salinidad po deshid ataciónDisminución salinidad por deshidrataciónAumento salinidad con tiempo
Efecto membranaDisolución de evaporitasDiagénesis arcillas
Fluidos acuosos con salinidad muy variable
Presencia hidrocarburos-CH4
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Fluidos metamórficos
H2O-CO2 baja salinidadN h l ió t li id d dNo hay relación entre salinidad y grado metamórfico
Metamorfismo extremoHidratación retrógrada o incorporación en magma
Complejos F, PO43-: REE, Sn, Li, Se, Te...: W, Sn?
Complejos orgánicos: Al, Zn, Pb (CN, NH3, acetatos)Generalmente varios complejos
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Transporte de los metales IIA alta temperatura (>400ºC) la mayor parte de los metales son muy solubles
Los fluidos salinos transportan metales base (Cu Au Ag)Nota Importante
Los fluidos salinos transportan metales base (Cu-Au-Ag)MeCl2,aq + H2S = MeS + 2H+ + 2Cl-AuCl-2 + 0.5 H2O = Aus + 2Cl- + H+ + 0.25O2
Los fluidos poco salinos NO pueden transportar metales base
Los fluidos con H2S pueden transportar Cu-Au-Ag y solo
El Au, Cu y Ag se pueden transportar:
En disoluciones salinas, a alta temperatura y ambientes oxidados Complejos clorurados
En disoluciones poco salinas, temperaturas bajas (<400ºC) y ambiente reducido Complejos hidroxisulfurados
Los fluidos con H2S pueden transportar Cu Au Ag y solo pequeñas cantidades de metales base
Me(HS)3- + H+ = MeS + 2H2Saq
Au(HS)2- + 0.5H2,aq = Aus + H2Saq + HS-
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Para acabar de complicar la cosa…
La proporción de ligandos depende de la composición del fluido y de la P-T
La relación carbonato/bicarbonato depende del pH y su proporción total de la XCO2
H2O + CO2 <-> H+ + HCO3- <-> 2H+ + CO3
=
La concentración de bisulfuro/acido sulfhídrico depende de la cantidad de azufre y el pH
H2S <-> H+ + HS- <-> 2H++ S2-
Pero también depende la oxidación del sistema:
2HS- + 4.5O2 <-> SO4= + H2O
Los distintos ligandos se pueden calcular en base a las propiedades termodinámicas de los complejos/minerales/gases/solutos y las variables del sistema usando programas (e.g., SUCRT, SOLVEQ/CHILLER, THERMODATA, …)
Mecanismos de precipitaciónBajada de temperaturaCaída de presiónDesmezcla de fluidos (ebullición)Mezcla de fluidosMezcla de fluidosReacción fluido-roca
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Enfriamiento
Yellowstone (EEUU)
NaCl = Na+ + Cl-
4 48.83 14.74
Enfriamiento: disociación
2
3
mN
aCl
43.31
46.45
7.26
10.92
350°
C
100°
C
%no ionicoCuanta menor es la ty la salinidad mayor
es la disociación
0 1 2 3 4mCl-
0
1 34.87 3.83
SUPCRT92
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proporcional a:gases disueltos
cloruros disueltos
Enfriamiento: acidificación
0
2
4
NaCl
HCl
cloruros disueltos
alta temperaturaalcalino: pórfidos, Feox, alt K,
episienitaspoca capacidad ataque rocas
baja temperaturaácido: ser, greisen
-8
-6
-4
-2
log
Kd
iso
ciaci
ón
H4SiO4
H2S
H2CO3
HF
HSO4-
, gataca rocas, lavado
-14
-12
-10
0 100 200 300
TºC
H2O
4 4
Efectos del enfriamientoCambios químicos graduales que dependen del gradiente
L á id di i (b j d H)Los ácidos se disocian (bajada pH)
Enfriamiento hace + solubles: Hg, Au, Sb, As (Ag) (Cu)
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1000
10000
Solubilidad de los metales
Zn
0 1
1
10
100
1000
solu
bilid
ad p
pm
Ag
30% NaClpH=5
ΣH2S/ΣSO4=10mΣS=0.0005
0.001
0.01
0.1
100 150 200 250 300Temperatura ºC
Au
Enfriamiento: Consecuencias geológicasSolo se forman mineralizaciones de disoluciones muy ricas en metales
Altas temperaturas: formación de mineralizaciones por elevado gradienteParagénesis típicas: Q-fk -> Q-ab -> Q-mscp-mt-pyp py
Bajas temperaturas: poco capaz de formar mineralizacionesParagénesis típica: cuarzo-sericita-(fluorita)-(pirita-pirrotita)sph, gn, cp a bajas temperaturas
Cambios graduales competencia metales ácido-temperaturapoca mineralización si rico azufre
Bajo contenido gases -> bajada brusca pHj g j pmicas, grafito (CH4)no desestabilizan complejos (salvo muy saturadas)
Alto contenido gases -> subida gradual pHrelleno y salbanda con paragénesis alcalina
feldespatos, carbonatos, algunos sulfuros
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Diagnosis enfriamientoA alta temperatura
Rellenos de cuarzo-fk-ab o cuarzo-sericita con py-mt-cp
A baja temperaturaRellenos con paragénesis monótona (cuarzo-fluorita) con pocos sulfuros
Poca alteración ácidaPocos carbonatos y baritaInclusiones fluidas (Th descendente y salinidad constante)salinidad constante)Homogeneidad isotópicaRellenos masivos monótonos y pocas brechas hidráulicas o crustiformes
Cabeza Líjar, España
Depresurización: consecuencias geológicas
Muy poco capaz de formar mineralizaciones por sí mismaEfecto opuesto a enfriamientoEfecto opuesto a enfriamiento
alcalinizaciónestabiliza complejos cloruradosdesestabiliza sulfuros, ácidos débiles y basesDominan metales transportados por complejos no clorurados
As Sb (Au) W > Zn Pb AgAs, Sb (Au), W... > Zn, Pb, Ag
¡Compite con ebullición/enfriamiento!Pino de Oro, España
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Ebullición
Namajfall, Islandia
0100 150 200 250 300 350 400
TºC
ΔNaCl
Desmezcla-ebullición
50
100
P b
ar 10%
20%ΔCO2
una única fase líquida dos fasesH2O+CO2+NaCl+... H2O(l)+NaClalta ρ H2O(v)+CO2(v)
=> separación de fases
150
200
250
0%
incremento volumengrandes cambios químicos
Depende profundidad sistema, tipo de presión, comp.fluido
Poco salino: <2.2 kmMuy salino: > 4 km
Fija gradientes P-T
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Inmiscibilidad CO2-H2OSeparación de fase H2O-NaCl y CO2-(CH4)Desestabilización ácidosPrecipitación wolframita
óPrecipitación arsenopirita-oro
Panasqueira, Portugal
Efectos FQ ebulliciónFraccionamiento gases:
98% CO2, H2S, H2, CH4 => fase gas tempranaCu-Au se van a la fase gaseosa (HS-?)Enriquece resto metales y sales en fase residual
La cosa es relativamente sencilla...Hay cinco procesos geológicos:Cambio temperatura (enfriamiento)Cambio presión (depresurización)Desmezcla de fluidosMezcla de fluidosReacción con la roca de caja