Alteraciones Hidrotermales

ALTERACIONES HIDROTERMALES

ALTERACION HIDROTERMAL La alteración hidrotermal es la reorganización de la roca encajonante, producto de un cambio químico – mineralógico y textural, dando como producto cambios físicos y químicos, originados por un agente hidrotermal principalmente (agua caliente, vapor o gas). La alteración hidrotermal ocurre a través de la transformación de fases minerales, crecimiento de nuevos minerales, disolución de minerales y/o precipitación, y reacciones de intercambio iónico entre los minerales constituyentes de una roca y el fluido caliente que circuló por la misma.

La temperatura del fluido y el pH del mismo son los factores más relevantes en la asociación mineralógica resultante de los procesos de alteración hidrotermal, más que la litología.

Factores que controlan a la alteración hidrotermal de las rocas a)Temperatura y la diferencia de temperatura (∆tº) entre la roca y el fluido que la invade: mientras más caliente el fluido mayor será el efecto sobre la mineralogía original. b)Composición del fluido; sobre todo el pH del fluido hidrotermal: mientras más bajo el pH (fluido más ácido) mayor será el efecto sobre los minerales originales. c)Permeabilidad de la roca: Una roca compacta y sin permeabilidad no podrá ser invadida por fluidos hidrotermales para causar efectos de alteración.

Sin embargo, los fluidos pueden producir fracturamiento hidráulico de las rocas o disolución de minerales generando permeabilidad secundaria en ellas

d) Duración de la interacción agua/roca y variaciones de la razón agua/roca. Mientras mayor volumen de aguas calientes circulen por las rocas y por mayor tiempo, las modificaciones mineralógicas serán más completas. e) Composición de la roca; la proporción de minerales: es relevante para grados menos intensos de alteración, dado que los distintos minerales tienen distinta susceptibilidad a ser alterados, pero en alteraciones intensas la mineralogía resultante es esencialmente independiente del tipo de roca original.

f) Presión: este es un efecto indirecto, pero controla procesos secundarios como la profundidad de ebullición de fluidos, fracturamiento hidráulico (generación de brechas hidrotermales) y erupción o explosiones hidrotermales. Los dos factores iniciales temperatura y composición del fluido hidrotermal son lejos los más importantes para la mineralogía hidrotermal resultante de un proceso de alteración

El estudio de estos cambios puede contribuir a la evaluación de procesos de deposición mineral de tres maneras:

- A través del cálculo de los ambientes físicos y químicos, bajo los cuales las acumulaciones minerales específicas toman lugar. - A través del reconocimiento de los cambios en los procesos de deposición mineral. - A través del entendimiento de los cambios que tiene lugar, en un incremento dado de la solución de formación mineral, mientras este migra a través del sistema.

Los ambientes de deposición mineral son interpretados a partir de las agrupaciones de minerales de alteración. Las secuencias de los eventos o procesos son interpretables, sólo a partir de modelos de distribución mineral y minerales de alteración (zoneamiento). Un aspecto importante en este tipo de estudios, es relacionar la alteración de la roca caja, con el proceso de deposición mineral a partir de fluidos hidrotermales. Entonces nuestra atención estará dirigida principalmente hacia los minerales con características epigenéticas. En los depósitos singenéticos, los minerales de la roca caja y el mineral económico, pueden seguir equilibrados químicamente a través de la fase acuosa de las soluciones porosas durante la diagénesis y el metamorfísmo. El resultado de las alteraciones hidrotermales, es un nuevo ensamble de minerales, que guardan equilibrio de acuerdo a nuevas condiciones físico – químicas.

ESTABILIDAD DE LOS MINERALES QUIMICA DE LOS PROCESOS QUE GENERAN LOS DIFERENTES TIPOS DE ALTERACION La alteración del equilibrio, debido al paso de una parte del ciclo geoquímico a otra, está normalmente caracterizada por la aparición de nuevos minerales, que son estables en el nuevo ambiente. Siempre cuando se forman nuevos minerales, deben existir por lo menos dos fases: -Una Fase Móvil, generalmente fluida. - Una o varias Fases Inmóviles, cristalinas. Durante la cristalización de una roca ígnea la fase móvil es el magma. En el metamorfísmo, la fase móvil es un fluido alimentado en parte por material introducido y en parte por productos de descomposición de minerales que no son estables en estas condiciones particulares de presión y temperatura.

En el ambiente superficial, las fases móviles son las soluciones de agua en que los productos solubles de la meteorización o minerales primarios se disuelven y son transportados. Los puntos más importantes para interpretar la alteración de la roca caja, son:

- Las observaciones concernientes a los intercambios químicos entre las soluciones y las rocas, en el momento de la deposición mineral. - El equilibrio mineral, entre los productos de alteración y los minerales económicos asociados.

La hidrólisis es una reacción de descomposición que involucra la participación de agua Las reacciones de hidrólisis son muy importantes en los procesos de alteración hidrotermal y algunos tipos de alteraciones son el resultado de distinto grado de hidrólisis de los minerales constituyentes de las rocas. Ejemplo: Alteración hidrotermal de plagioclasa →sericita →arcillas →cuarzo. En términos químicos esto se puede representar por las reacciones siguientes: Andesina sericita cuarzo 0.75 Na₂CaAl₄Si₈O₂₄+ 2H⁺ +K⁺= KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂+ 1.5 Na+ + 0.75 Ca²⁺ 3SiO₂

Sericita (mica potásica) caolinita Al₃Si₃O₁₀(OH)₂ + H⁺ 1.5 H₂O = 1.5 Al₂Si₂O₅(OH)₄+ K⁺

Caolinita Cuarzo 0.5 Al2Si2O5(OH)4+ 3H⁺= SiO2+ 2.5 H2O + Al3⁺ Otros ejemplos de hidrólisis: Andesina caolinita cuarzo Na₂CaAl₄Si₈O₂₄+ 4H⁺ + 2H₂O = 2 Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 4SiO₂+ 2Na⁺ Ca²⁺ Sericita pirofilita cuarzo KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + H⁺+ 3SiO₂= 1.5 Al₂Si₄O₁₀(OH)₄ + 4SiO₂+ 2Na⁺+ Ca⁺ Albita montmorillonita-Na cuarzo 1.17 NaAlSi₃O₈+ H⁺= 0.5 Na₀.₃₃A₂.₃₃Si₃.₆₇O₁₀(OH)₂+ 1.67SiO₂+ Na⁺

Montmorillonita caolinita cuarzo 3 Na₀.₃₃Al₂.₃₃Si₃.₆₇O₁₀(OH)₂+H⁺+ ₃.₅ H2O = 3.5 Al₂Si₂O₅(OH)₄+ 4SiO₂+ Na⁺ Sericita alunita cuarzo KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + 4H⁺+ 2SO²-= KAl₃(SO₄)₂(OH)₆+ 3SiO₂ Ácido sulfúrico

En conclusión, existen diferentes tipos de reacciones de reemplazo, tales como: la silicificación, carbonatación y las reacciones de tipo de intercambio iónico. Todas estas reacciones de alteración y reemplazo son fundamentalmente expresiones de relaciones de solubilidad entre fases.

ENSAMBLES MINERALOGICOS Y TIPOS DE ALTERACIONES Se utiliza el termino Ensambles, cuando se refiere a asociaciones de minerales con características similares. La interpretación de un ensamble en equilibrio está rodeada de dificultades debido a la inseguridad acerca de la escala o el rango sobre los cuales el equilibrio químico es logrado durante el proceso de alteración. Dentro de las roca caja contigua a un canal de circulación hidrotermal, la transferencia de componentes químicos es en su mayoría por difusión y en menor proporción por reemplazo.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALTERACIONES HIDROTERMALES DE ROCAS Antiguamente las alteraciones de las rocas, fueron subdivididas y nombradas en base a su contenido o minerales indicadores particulares o distintivos de sus ensambles. Ejm: Alteraciones Clorítica, hematítica y sericítica. Ejm. De alteraciones basadas en ensambles de minerales: Alteración argílica, greissen y propilítica. También se usa nombres de procesos de alteración: Silicificación, Serpentinización y Silicación. La clasificación usada, muestra la descripción de los minerales principales o grupos de minerales hasta donde sea posible su visibilidad en muestras de mano o con ayuda de la lupa.

Algunos nuevos nombres para algunas clases de tipos de alteración de rocas y zonas son propuestas. Ejm. Silicato de Sodio (Na) por Albítica Silicato de Litio (Li) Silicato de Amonio y turmalina. Ejm. De nuevos subtipos: Illítica, Fenítica, Adularia, etc. Ejm. De nombres alternativos en lugar de nombres de procesos: Silícica por Silicificación Serpentínica por Serpentinización Skarn por Silicación. Para una clasificación de rocas alteradas basadas en la identificación de minerales y su estimación en el campo; una clasificación cualitativa basada en los ensambles de minerales parece ser suficiente.

La primera apariencia de minerales de alteración, características o ensambles de minerales en un protolito, define los límites de un tipo de alteración de roca o subtipo. Para clasificar una roca alterada es necesario identificar los minerales presentes, estimar su contenido y seleccionar los minerales agrupándolas en ensambles. La presencia de un mineral diagnostico puede ser suficiente evidencia para definír un tipo de alteración en una roca. Ejm. El topacio o la Fluorita identifican una alteración tipo greissen, la Alunita, Turmalina, Sericita y Talco identifican alteraciones. Proponemos una lista de alteraciones relacionando estas con las variedades químicas de actividad metasomática responsable de la alteración, indicando sus repectivas intensidades de alteración.

1) Alteración Sílico – Potásico: biotita – Ortoclasa, Adularia. Elemento químico de alteración es el Potasio (k). Hidrotermal. 2) Alteración Sílico – Sodio : Albita, Albita Epitermal. Variedad química es el Sodio (Na). 3) Alteración Sílico – Lítio : Deutérica. Greissen, Epitermal. Variedad química de masomatísmo el el Lìtio (Li⁺). 4) Alteración Sílico Amonio : Variedad de metasomatísmo es el NH₄⁺.

Alteración Propilitica

Alteración Argílica

ALTERACION ARGILICA

Vista de emplazamiento de tipos de Alteraciones Hidrotermales

Argilización y Silicificación

SILICIFICACION

Silicificación

Brecha. Matriz con alteración Propilitica

Alteración Propilítica

AMBIENTES GEOLOGICOS RELACIONADOS A LOS DIFERENTES TIPOS DE ALTERACION Las alteraciones hidrotermales están íntimamente relacionadas con el ambiente geológico y este a su vez con la roca huésped y las estructuras que favorecen la mineralización y concentración de elementos químicos capaces de formar yacimientos de minerales metálicos. Rasgos Geológicos importantes Aspectos Litológicos. En muchos yacimientos hidrotermales, los cambios en la mineralogía y textura de las rocas encajantes que hospedan a las menas son más extensos y evidentes que las mismas menas. Los cambios de la composición química con la solución son comunes, como son los

los modelos zonales regulares que reflejan los cambios en la composición del fluido con el tiempo, o exentos de reacción con las rocas. En las rocas carbonatadas, la alteración resulta en las zonas monomineralicas, pero en otras los nuevos minerales reemplazan selectivamente a ciertos minerales de la familia y dejando a otros relativamente intactos, o los productos de alteración completamente diferentes reemplazan a los diferentes minerales. La textura original de la roca puede ser solo modificada ligeramente o completamente obliterada en este proceso.

Ej. Alrededor de cada una de las vetas de la etapa principal, la monzonita cuarcífera englobante exhibe una serie de zonas de los productos de alteración extendiéndose desde unos pocos centímetros a quizás 10 metros fuera de l veta. Desde el interior de las rocas inalteradas hacia la veta, las sucesivas zonas involucran alteración de Las plagioclasas a montmorillonita, caolinita, sericita y (localmente) pirofilita o dickita.

La Alteración Hidrotermal forma una guía empírica fácilmente visible hacia la actividad hidrotermal y de esta manera atrae la exploración geológica como consecuencia de la posibilidad de los elementos asociados. Sin embargo la alteración de la roca encajonante puede ser usada como guía detallada hacia el mineral solamente si sus relaciones espaciales y temporales hacia el yacimientos son comprendidas. En muchos yacimientos al menos un tipo de alteración es contemporánea con la deposición mineral, porque los fluidos hidrotermales normalmente no depositan el mineral cuando ellos están en equilibrio con la roca enccajonante.

La extensión más amplia de alteración lo hace provechoso como guía hacia el mineral. La alteración que precede al mineral pude ser útil en la exploración, si las soluciones portadoras de mineral utilizaron utilizaron la misma vía de pasajes como las soluciones alteradas. Estrechas relaciones hacia el mineral pueden existir si las primeras alteraciones incrementaron la porosidad y permeabilidad de las rocas, a fin de encausar posteriormente los fluidos mineralizantes (preparación de fondo), o si l ensamble mineral de la alteración primaria son capaces de facilitar químicamente la deposición de los minerales.

Las rocas alteradas han llegado a ser de modo creciente útiles para la interpretación de las condiciones químicas y físicas de la deposición de los minerales. La fracturación de las rocas, notablemente desarrollados en los pórfidos de cobre y caracterizadas por las llamadas “Brechas de ruptura” es condición primordial, aunque no única, para el ascenso de las soluciones. La fracturación, aparentemente es directamente proporcional al grado de alteración.

CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS HIDROTERMALES Y SU IMPORTANCIA EN LA GENERACION DE ALTERACIONES Un fluido hidrotermal está definido como una solución acuosa caliente (cerca de 50 a 500°C), conteniendo: Na, K, Cay Cl, como los mayores componentes, Mg, B, S, Sr, CO², NH⁴, Cu, Pb, Sn, Mo, Ag, Au, etc). Como constituyentes menores (Skinner 1979). El agua de loa soluciones hidrotermales pue3de ser derivado a partír de las siguientes fuentes: meteórica, agua de mar, connata, metamórfica, juvenil o magmática. La mayoría de las soluciones hidrotermales son de origen mezclado en el cual uno o mas de las fuentes de arriba pueden predominar.

Las aguas meteóricas incluyen a las aguas de lluvia, lagos y agua de los ríos y aguas subterráneas. Esta agua puede penetrar profundidades hacia la corteza y pueden llegar a ser calentadas y mineralizadas, de este modo adquieren las propiedades de las soluciones hidrotermales. La sistemática de los isotopos estables indica que en las regiones volcánicas las aguas de las fuentes termales y charcos son extensamente, si no exclusivamente de origen meteórico. El La corteza oceánica en y alrededor de las montañas del medio de los océanos, permite la penetración del agua de mar a varios kilómetros debajo del fondo marino. De tal manera que resulta el mar de mar calentado, transformado

Hacia un fluido altamente enriquecido con los metales y manejado por convección y subsecuentemente es descargado en el fondo marino como una fuente termal depositando mineral submarino (Bonatti, 1975). El agua atrapada durante la deposición de los sedimentos (connata o agua de formación). Se ha calculado que algo de 20% por volumen de sedimentos no metamorfoseados en la corteza de la tierra consiste de agua de poros. Se ha reconocido que los fluidos hidrotermales pueden desarrollarse durante la diagénesis de entierro y alcanzan altas salinidades y temperaturas. Esta agua esencialmente es agua no adherida, es decir, no adherida en el retículo de los minerales formadores de rocas.

Las aguas metamórficas, son derivadas a partir de la deshidratación de los minerales portadores de hidroxilos (agua adherida) a través de la elevación de la presión y temperatura (desmeteorización metamórfica). La observación directa de las aguas de probable origen metamórfico viene a ser desde la Peninsula de Kola, donde los pozos más profundos del mundo fueron perforados a la profundidad de 12,000 mts; entre los 4,500 y 9,000 mts., el pozo interceptó una zona de rocas metamórficas disgregadas, dentro de la cual fue encontrada abundante agua caliente y agua altamente mineralizada.

El agua juvenil es considerada como aquella que es asumida como derivada del manto. Las aguas magmáticas son aquellas que se separan desde el fundido sobreenfriado, generando un sistema magmático-hidrotermal el cual quizá es el agente más poderoso para la deposición de los minerales. En adición al agua, otros constituyentes volátiles que pueden estar presentes en el magma incluyen al: H₂S, CO₂, SO₂, HCl, B, F, H₂. El contenido del agua en el magma varia desde tan poco 0.2% hasta tanto como6.5% en peso. La presencia y abundancia de estos volátiles en un magma generalmente está relacionado a su composición y a la

región de la fuente a partir de la cual se ha originado. El estudio de las reacciones de alteración, fue realizado con pruebas experimentales sobre basalto, andesita y dacita, todos calco-alcalinos a temperaturas de 300°C y pH inicial de 0.8 (Reed, 1997). Un ataque acido a una andesita a 300°C, muestra la abundancia relativa de minerales formados ante una secuencia de reacción de neutralización del fluido ácido, producto de su reacción progresiva con la roca. El pH crece de 0.8 a 6.7, generándose una serie de minerales superpuestos a distintos rangos de pH. La neutralización del fluido ácido por reacción con la roca huésped, las reacciones de interacción de aguas ácidas

Con la roca huésped consume H⁺ en intercambio con cationes de la roca, el fluido ácido inicial cambia a un fluido básico enriquecido en cationes, ya que el ataque ácido de minerales formadores de roca libera cuarzo, Al⁺3, Na⁺, K⁺, etc. (Hemley y Jones, 1964).

SISTEMATICA DE LAS ALTERACIONES