3.3 Termometros Geologicos

 

3.3. GEOTERMOMETRÍA 3.3.1. TERMÓMETROS GEOLÓGICOS Son los minerales que sumini suministr stran an datos sobre sobre la temperatura de formación de los depósit depósitos os que los contienen. Esta información se ha obtenido por: Observación directa Experimentos de laboratorio Mediante la observación de asociaciones mineralógicas de ciertos minerales con otros diagnosticados diagnosticados previamente.

 Alg  Algu unos métod todos son:

1.  Mediciones directas. Por medición de temperatura de lavas, fumarolas y manantiales calientes cali entes se obtiene la Tem Temperatur peratura a máxima máxima de de formación de los minerales contenidos en ell ellas. as. Se han llegado a registrar temperaturas de 1.185 ° C para la lava básica del Kilauea (Perret, Day y Shepherd) y en el Vesubio 1.140 ° C (Shepherd), Washington calculó que la lava más ácida del Santorini (Grecia) estaba entre 800-900 ° C. En general general los los m mineral inerales es primarios de las rocas más básicas, se for forma man, n, en parte, según Bo Bowen wen por encima de los 870° C, pero principalmente entre 600°- 870° C, disminuyendo a medida que aumenta el contenido de sílice. Las menas minerales pirogénicas, como la cromita, se forman en la consolidación del magma. Así mismo, los minerales metamórficos de contacto, no se forman a temperaturas superiores a las temperaturas de las emanaciones magmáticas que las producen. La temperatura de los gases de las fumarolas indican la temperatura máxima de formación para los minerales de fumarolas, en las fumarolas de Katmay, se han registrado 645°C, y en sus conductos se ha depositado magnetita y otros minerales (sulfuros metálicos, báricos, fluoruros, boratos, azufre, molibdenita y oligisto) La T° de las fuentes termales se extiende por debajo del punto de ebullición del agua (100 ° C), de esta manera se pueden asignar temperaturas máximas de formación del: Ópalo, yeso, cinabrio, estibina Y muchos muchos otros que se han o observado bservado en los depósit depósitos os hidroter hidroterm males. puntos de fusión de los m minerales inerales indican T° máxim áximas as de cristali cristalización, zación, o 2. Punto de fusión. Los puntos límites superiores del ámbito de la temperatura de formación. La presencia de otras sustancias hace descender el punto de fusión. Ej : Ortosa

1.150 ° C

Bismuto

271 ° C

Los minerales contemporáneos o posteriores se debieron formar a menos de 271 °C.

 

  3. Disociación. Los minerales que pierden constituyentes volátiles a ciertas T°, sirven de termómetros geológicos. La T° de disociación aumenta con la presión. La mayoría de las ceolitas indican baja T° de formación, por que al calentarlas pierden su contenido de agua, a presión no muy elevada. La calcita se disocia a presión atmosférica a los 900 ° C. La pirita se disocia en vapor de azufre y pirrotina, y sí la presión del azufre es de 20 mm, no puede formarse pirita por encima de los 615 ° C, y se deposita pirrotina.

4. Desmezcla. Los minerales que forman soluciones sólidas naturales y que se separan de sus mezclas a determinadas T° inferiores dando interformaciones minerales distintas, sirven también de termómetros geológicos, pues indican una T° de formación por encima de la cual tiene lugar la desmezcla. Schwartz, demostró que la calcopirita y bornita se separan de sus mezclas a 475°C

Desmezcla  Cuban Cu banitita a y calcopirit calcopirita a Cubanit Cuba nita a y pentlandi pentlandita ta Bornita y calcosina Esfalerita en calcopirit calcopirita a Estannina Estan nina en calcopirit calcopirita a Esfalerita en estann estannina ina Calcopiri Ca lcopirita ta en estann estannina ina Ramdohr Ramdohr demostr demostróó que: Magnetit agnetita a e ililm menita Oliligisto gisto e ililm menita

Temperatura  450° C 450° 450°C C 175-225° 175-225°C C 400°C 475°C 325°C 400-47 400-475°C 5°C 600 600°°C - 700°C 675°C

Calcopirrotina experimenta la desmezcla por debajo de los 225°C convirtiéndose en Calcopirita, cubanita, pirrotina.  All  Alle emonita ita 200°C - 250°C °C,, genera ran ndo ars rsé énico ico y antim timonio. io.

5. Sistemas de sulfuro sul furos. s. Inicialmente se pensó que la esfalerita era un buen geotermómetro, estudios posteriores revelaron que la formación de la paragénesis mineral y las variaciones en la composición mineral dependen de muchos factores. Scott y Barnes (1971) indicaron que la composición de la esfalerita coexistiendo con pirrotina y pirita por encima del rango de 525-250°C es esencialmente constante. Figura 11. Sus estudios de microsonda revelan un posible geotermómetro. Ellos descubrieron manchas metaestables ricas en hierro en esfaleritas cuya composición comparada con la de la matriz, apareció ser constante y dependiente de la temperatura. Esto se aplica sólo en paragénesis de esfalerita-pirrotina-pirita coexistiendo. Las manchas ricas en hierro han sido encon encontradas tradas en e esfaleri sfaleritas tas naturales de venas pero ellas no a aparecen parecen en es esfaleri faleritas tas metamorfoseadas por el recocido y reequilibrio.

 

 Alg lgu unas sustan tancias ias mine inera rale less existe isten n en variria as form forma as mine inera rale less, 6. Puntos de Inversión.  A polimorfos, algunas veces su temperatura de inversión puede ser usada como un geotermómetro. Por ejemplo el cuarzo β se invierte a cuarzo α con la caída de temperatura a 573°C. La acantita (monoclinica) pasa a argentita (cúbica) a 177°C La calcocita (ortorrómbica) pasa a calcocita (hexagonal) a 104 °C

7. Recristalización. Este cambio es similar a la inversión y desmezcla, pero se aplica de un modo más específico a los metales nativos. Carpenter y Fisher, descubrieron que el cobre nativo experimenta una recristalización a 450°C; la mayor parte de cobre nativo se ha formado por debajo de ésta temperatura.  Alg lgu unos m min ine era rale less e exxperirim mentan tan vvis isib ible less cca ambios ios e en n 8. Cambios en las propiedades físicas.  A algunas propiedades físicas a ciertas T°, por ejemplo los halos pleocroicos de la mica se destruyen a 480 ° C. El cuarzo ahumado y la amatista pierden color entre 240 y 260 ° C y alrededor de 175 ° C desaparece el color de la fluorita.

9.  Asociaciones mineralógicas. Permiten clasificarlos como minerales de alta, media y baja temperatura, clasificados así por deducción. Uno solo de éstos minerales no basta para el diagnóstico, pero una asociación de dos o más minerales puede servir de termómetro geológico. Estas asociaci asociaciones ones permiten clasif clasificar icar llos os d depósit epósitos os (Tabla 9) de acuerdo a su temperatura de formación:

Tipo depósito Epitermal Epiterm Mesotermal Hipotermal

T° formación °C 50-300 300-400 400-500

Presión (Atm)

Profun Profundidad didad (m)

< 140 140-400 > 400

900 1200-3600 > 3600

Clasificación d de e los depósitos depósitos m minerales inerales segú según n la tem temperatura, peratura, presión y profund profundidad idad de Tabla 9. Clasificación formación La siguiente es la clasificación de los minerales según su temperatura de formación. Tabla 10:

Alta

Intermedia

Baja

Magnetita Magnetita Especularita Especularita Pirrotina Turmalina Turm alina Casiterita Granate Piroxeno  A  An nfíb fíbol Topacio Estannina

Calcopirita Arseno Arsenopirit pirita a Galena Blenda tetrahedrita

Estibina Rejalgar Cinabrio Telúridos Selénidos Argentita Plata roja (pirargir (pirargirita) ita) Marca rcasita ta Adularia Calcedonia

Tabla 10. Clasificación de los minerales según su temperatura de formación.

 

uidas. El 3.3 2. Inclusiones fluidas o Soluciones Mineralizantes Fósiles . Son las inclusiones flfluidas. crecimiento de los cristales nunca es perfecto, resultando muestras de fluidos los cuales pueden estar atrapados en finas cavidades de los cristales, es decir, que existen pequeñas cavidades (usualmente < 100 µm en tamaño) en muchos minerales que contienen soluciones acuosas preservadas desde la formación del mineral. Figura 8. Las inclusiones pueden consistir de: Líquido + sólido precipitado Líquido + líquido inmiscible Líquido + gas. El agua es el el pri principal ncipal compone componente nte en el total. total. En los dep depósitos ósitos de Pb-Zn e en n calizas hay aceite como com o segund segundo o liqui liquido. do. La solución acuosa es es altamente salina, con concentraciones concentraciones d de e sal desde 040% por peso. El estudio de las inclusiones primarias ha mostrado ser útil para demostrar la historia de formación de muchos tipos de rocas y particularmente en el entendimiento del desarrollo de los depósitos minerales, ya q que ue las inclusiones prim primarias arias forma formadas das durante el crecimiento de de los cristales nos suministran información del fluido formador de la mena, como fue el transporte y nos dicen algo sobre el estado físico físico del flui fluido do tales com como o si estaba hir hirviendo viendo en e ell mom momento ento de quedar atrapado y como fue la depositación. Las inclusiones fluidas permiten obtener datos del sistema hidrotermal en el que se formó el mineral: Temperatura (geotermometría) Presión (geoba (geobarom rometría) etría) Composición general del fluido Densidad del fluido Las suposiciones básicas para el uso de las inclusiones fluidas son: 1. La inclusión atrapa un fluido hidrotermal homogéneo antes de enfriarse (dentro de una inclusión fluida actual hay un conjunto de fases, pero fue un solo un fluido en el momento del atrapamiento a temperaturas elevadas). Dentro de las inclusiones pueden haber cristalizado fases sólidas o al disminuir la temperatura presentarse una burbuja de gas, pero originalmente los minerale minerales s hijos componentes estaban disueltos en un fluido yhomogéneo. 2. m = K; el sistema es cerrado, no hay pérdidas de fluido y la masa ha permanecido constante. 3. v = K; el volumen ha permanecido constante. En ambientes sedimentarios y metamórficos puede haber problemas con el volumen o masa de inclusiones fluidas (pueden haber variado), lo que inutiliza o complica su utilización para determinar condiciones físicas de atrapamiento en estos casos. Asimismo, en ocasiones se observa que inclusiones en minerales hidrotermales se han estrangulado después de su formación, lo cual también tam bién llas as inutili inutiliza za para determinac determinaciones iones termométricas. termométricas.

 

Los minerales hijos comunes en inclusiones fluidas son halita, silvita, magnetita, anhidrita, calcopirita, pirita y otras sales. Estas pueden identificarse por sus características ópticas o cristalográficas o por técnicas de microanálisis. Calentamiento en una platina microscópica causa rehomogenización a una fase liquida a determinada temperatura; hecha la corrección de la presión necesaria se tiene la temperatura de crecimiento de la parte del cristal que la contiene. Sodio, potasio, calcio y cloro ocurren en solución y el rango de salinidad es de 0-23%. En algunas de esas inclusiones, pequeñas cantidades de sales han sido precipitadas durante el enfriamiento, así como carbonatos y anhidrita. El principal componente de la mayoría de las inclusiones fluidas es el agua y el segundo en abundancia es dióxido de carbono (CO2).

Tipos de inclusiones Primarias. Son atrapadas durante el crecimiento del cristal a partir de un fluido hidrotermal, y están aisladas dentro de un cristal sin relación alguna con cualquier estructura que permita el escape o entrada de gas o líquido. Secundarias.  Atr  Atra apadas dura ran nte el cre reccim imie ien nto del cririsstal tal (e (en n plan lanos de fr fra actura tura y otr tro os). Generalmente están en planos (abiertos o cerrados) donde la fuga pudo ser posible y representan fluidos atrapados con posterioridad a la formación del cristal. Las inclusiones formadas a < 60ºC serán homogéneas, sin burbuja. En rocas sedimentarias existen inclusiones fluidas que contienen petróleo; para determinar si se trata de petróleo se requiere un microscopio dotado de luz ultravioleta, lo que produce la fluorescencia del hidrocarburo. Nash (1976; USGS Professional Paper 907D) presentó una clasificación de inclusiones fluidas basada en las fases observables a temperatura ambiente; lo que tiene importancia genética. de salinidad moderada, las cuales tienen faseselconsistente TIPO 1:  Inclusiones principal principalme mente nte de agua y una pequ pequeña eña burbuja de vapor de generalmente agua que for form mdos a hasta 40% de la inclusión. Figura 8. La presencia de la burbuja indica atrapamiento de una elevada temperatura con formación de la burbuja durante el enfriamiento.

TIPO 2: Inclusiones ricas en vapor, las cuales generalmente contienen mas de 60% de vapor. Hay dominio acuoso, pero el CO2 puede estar presente en pequeña cantidad. La presencia simultánea de inclusiones acuosas ricas en gas y pobres en gas, es buena evidencia de que los fluidos estén o no en burbujas en el momento del atrapamiento. TIPO 3: Inclusiones portantes de halita, tienen rango de salinidad mayor del 50%. Ellas contienen cristales cúbicos de halita bien formados y generalmente otros minerales derivados, particularmente silvita y anhidrita. anhidrita.

 

TIPO 4:  Inclusiones ricas en CO2, tienen la relación CO2: H2O en rangos 3 - 30% por mol. Estas gradan a inclusiones de tipo 2. Quizás uno de los más sorprendentes resultados de los estudios de las inclusiones fluidas es la evidencia de la ocurrencia común de fuertes excedentes de salmueras en la naturaleza, salmueras mas concentradas que las que hoy se encuentran en la naturaleza. Las inclusiones fluidas están presentes en depósitos minerales, rocas ígneas y metamórficas. La mayoría, pero no todas las inclusiones fuertes de salmuera son aspectos secundarios conectados con estados magmáticos tardíos y fenómenos metamórficos tales como la génesis de greisenes. 

Figura 8. Tipos de incl inclusiones usiones flfluidas. uidas. L= Líquido acuoso

V= Vapor

LCO2=CO2 líquido

(moscovita, feldespato, cuarzo y topacio), pegmatitas, depósitos de mena y los procesos de alteración de las paredes de las rocas tales como sericitización y cloritización. Ellas son evidencias convincentes de que los fluidos formadores de menas son soluciones acuosas salinas calientes, formando una ligazón entre el laboratorio y los estudios de campo, ya que hay experimentos y evidencias termodinámicas que muestran que los cloruros en soluciones hidrotermales actúan como un potente solvente para metales, mediante la formación de iones complejos de cloruros metálicos e inclusiones efectivas que llevan más del 1% de los sulfuros conocidos precipitados. Estas se observan bien en minerales translúcidos como: cuarzo dolomita dolom ita

fluori fluorita ta esfalerit esfalerita a

halita barita

calcita topacio

apati apatito to casiteri casiterita ta

Si tenemos una inclusión fluida con líquido + vapor, en el laboratorio podemos revertir el proceso calentando la inclusión fluida hasta el punto en que desaparece la burbuja y registrar esta temperatura que es la temperatura de homogenizació n. La temperatura de homogenización es una

 

temperatura mínima del atrapamiento del fluido hidrotermal (menor que la temperatura verdadera) ya que no conocemos la presión a la que fue atrapada. Tº de atrapamiento – Tº de homogenización = corrección por presión La corrección de presión no es significativa en depósitos formados a bajas temperaturas y poca profundidad con fluidos salinos y densos, habitualmente en estos casos la corrección no excede de 25ºC. Sin embargo,mayores en minerales formados a altas temperaturas a partirdede300ºC. fluidos La de baja salinidad y a profundidades de 10 km, la corrección puede exceder corrección de presión se puede realizar si existen datos independientes de la profundidad en que se emplazó el depósito mineral hidrotermal y si la depositación ocurrió en condiciones de presión hidrostática o litostática. La tabla 8, muestra algunos de los análisis químicos que se han realizado en inclusiones fluidas, nótese la alta salinidad de los fluidos de 3 a 5 veces la salinidad del agua de mar. Cloro Sodio Potasio Calcio Bario Estroncio Estronci o Hierro Hierr o

150.000 50.000 20.000 30.000 235 600 2000

Manganeso Sulfat Sulfato o Sulfur Sulfuro o Zinc Plomo C Cobre obre Sili Silice ce

1.500