TABLA DE CONTENIDO1. GEOQUMICA.......................................................................................................4 1.1 HISTORIA DE LA GEOQUMICA ......................................................................4 1.2 GEOQUMICA GENERAL .............................................................................. 7 1.2.1 EL CICLO GEOQUMICO........................................................................ 9 1.2.2 GEOQUMICA DE PROSPECCIN ...................................................... 10 1.2.3 GEOQUMICA ORGNICA................................................................... 17 2. ESCALA DE LAS INVESTIGACIONES ..........................................................18 2.1 MTODO DE LAS APROXIMACIONES SUCESIVAS.............................. 18 2.2 MODELOS GENERALIZADOS DE RESPUESTA ...................................... 26 2.3 PROVINCIAS GEOQUMICAS ................................................................... 33 2.4 PROVINCIAS METALOGNICAS ............................................................. 35 3 TABLA PERIDICA DE LOS ELEMENTOS..................................................36 3.1 HISTORIA DE LA TABLA PERIDICA ..................................................... 36 3.2 TEORA ATMICA DE LA MATERIA ....................................................... 37 3.3 NMEROS CUNTICOS Y PERIODICIDAD............................................. 38 3.4 RADIO INICO & CARGA INICA............................................................ 40 3.5 CLASIFICACIN GEOQUMICA DE GOLDSCHMITH............................ 43 4 LEYES DE MIGRACIN DE LOS ELEMENTOS ..........................................46 4.1 FACTORES INTERNOS ................................................................................ 47 4.2 FACTORES EXTERNOS ............................................................................... 49 4.3 PRECISIN Y EXACTITUD ......................................................................... 53 4.4 FORMA DE OCURRENCIA DE LOS ELEMENTOS EN LOS SLIDOS . 55 5 PREPARACION DE LAS MUESTRAS .............................................................58 5.1 DESCOMPOSICIN DE LAS MUESTRAS ................................................. 59 5.2 MTODOS APLICABLES A LAS MUESTRAS .......................................... 60 6. PRINCIPALES MTODOS DE ANLISIS GEOQUMICOS ......................63 6.1 ELEMENTOS MAYORES Y ELEMENTOS TRAZA .................................. 63 6.2 MTODOS ANALTICOS. ............................................................................ 64 6.2.1 COLORIMETRA .................................................................................... 64 6.2.2 GRAVIMETRA ...................................................................................... 66 6.2.3 ESPECTROMETRA DE EMISIN Y ABSORCIN ATMICA ....... 66 6.2.4 FLUORESCENCIA DE RAYOS X ......................................................... 73 6.2.5 ESPECTROMETRA DE RADIACIN GAMMA................................. 74 6.2.6 ESPECTROMETRA DE PLASMA........................................................ 75 6.2.7 CAMPO DE APLICACIN DE LOS MTODOS ANALTICOS ........ 79 7. APROXIMACIN ESTADSTICA A LAS DEFINICIONES DE CLARK ..81 7.1 FONDO NORMAL ......................................................................................... 81 7.2 ANOMALA GEOQUMICA......................................................................... 81 7.2.1 TIPOS DE ANOMALAS GEOQUMICAS ........................................... 82 7.3 ESTIMACIN DEL NIVEL NORMAL Y UMBRAL................................. 86

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8. CLASIFICACIN DE LOS MTODOS DE PROSPECCIN GEOQUMICA........................................................................................................ 88 8.1 INTRODUCCIN A LA PROSPECCIN CON BATEA............................. 88 8.1.1 TOMA DE MUESTRA Y PLANIFICACIN DE LA PROSPECCIN 89 8.2 OBTENCIN DEL CONCENTRADO EN EL LABORATORIO Y DIAGNSTICO .................................................................................................... 91 9. EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIN ............................93 9.1 EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIN .......................... 93 9.2 DISPERSIONES PRIMARIAS....................................................................... 94 9.2.1 DISPERSIONES MINERALGICAS..................................................... 95 9.2.2. DISPERSIONES QUMICAS................................................................. 95 9.3 ZONALIDAD DE LAS DISPERSIONES ..................................................... 96 9.4 ELEMENTOS PRESENTES EN LAS AUREOLAS PRIMARIAS.............. 97 9.5 DISPERSIONES Y ANOMALAS GEOQUMICAS SECUNDARIAS....... 98 9.5.1 METEORIZACIN DEL YACIMIENTO .............................................. 98 9.6 ANOMALAS NO RELACIONADAS CON DEPSITOS MINERALES... 98 10. INTEMPERISMO Y SUELO............................................................................99 10.1 EL SUELO..................................................................................................... 99 10.1.1 FORMACIN Y NATURALEZA DE LOS SUELOS....................... 100 10.1.2 TEXTURA Y CLASES DE SUELO.................................................... 101 10.1.3 CLASIFICACIN DE LOS SUELOS ................................................. 102 10.1.4 ESTRUCTURA DEL SUELO.............................................................. 104 10.1.5 CARACTERSTICAS HDRICAS DE LOS SUELOS ....................... 105 10.1.6 FACTORES DE FORMACIN........................................................... 106 11. PROSPECCIN POR SEDIMENTOS DE ARROYOS...............................110 11.1 PLANIFICACIN DE TOMA DE MUESTRAS ....................................... 110 11.2 TRATAMIENTO Y PREPARACIN DE LAS MUESTRAS................... 111 12. BIOGEOQUMICA .........................................................................................112 13. ECOLOGA GEOQUMICA..........................................................................114 13.1 DEFINICIONES.......................................................................................... 114 13.2 MODELO GENERAL DE COMPARTIMENTACIN EN UN ECOSISTEMA. ................................................................................................... 116 13.3 DIVERSIDAD GEOQUMICA EN LA ZONA ANTROPOGENIA Y SU INFLUENCIA EN LOS SISTEMAS ECOLGICOS........................................ 116 13.4 TIPOS DE CONTAMINACIN................................................................. 118 14. GEOQUMICA DE AEROSOLES Y SUS PROPIEDADES COMO INDICADORES DE LA CONTAMINACIN................................................... 120 14.1 LOS AEROSOLES...................................................................................... 120 14.2 CONTAMINACIN DE LOS SUELOS .................................................... 124 14.3 CONTAMINACIN DE LAS AGUAS...................................................... 128

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15. LA MEDICIN DE CONTAMINANTES.....................................................130 15.1 CONTAMINACIN DE FANGOS, FERTILIZANTES, PLANTAS........ 131 15.2 LLUVIA CIDA......................................................................................... 133 Origen de la Contaminacin Atmosfrica con Azufre ......................................... 134 16. MTODOS GEOQUMICOS Y HERRAMIENTAS EN LA EXPLORACIN PETROLERA.......................................................................... 137 16.1 ESTIMACIN DE LA ROCA FUENTE.................................................... 138 16.2 VALORACIN DE LA MADUREZ......................................................... 140 16.3 APRECIACIN GLOBAL DE LOS "SCREENING METHODS" ........... 141 16.4 OTROS MTODOS GEOQUMICOS ...................................................... 141 16.5 EXPLORACIN GEOQUMICA DE SUPERFICIE PARA PETRLEO Y GAS: NUEVA VIDA PARA UNA TECNOLOGA ANTIGUA ....................... 144 17. PROSPECCIN GEOQUMICA DEL ORO ...............................................147 17.1 DEPSITOS DE PLACERES..................................................................... 147 17.2 TIPOS DE PLACERES AURFEROS ........................................................ 150 17.3 DEPSITOS EPITERMALES.................................................................... 154

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1. GEOQUMICA1.1 HISTORIA DE LA GEOQUMICA Algunos resmenes de la historia de la geoqumica (Hawkes, 1957; Boyle, 1967 y Garret, 1970han publicado que los principios de la prospeccin geoqumica fueron originados en la antigedad. El gambusino buscando oro estara, visto por la exploracin geoqumica moderna, siguiendo los patrones de dispersin. Similarmente, los antiguos quienes estudiaban las manchas para el hierro (gossan) estuvieron de hecho, observando los indicios de depsitos sepultados. La principal diferencia entre el prospector antiguo y el explorador geoqumico moderno es que el primero usaba observaciones mineralgicas, mientras que el segundo usa anlisis qumicos. Boyle (1967) enfatiza sobre los mtodos geoqumicos escritos a mediados del siglo XVI. Otra referencia podra ser lo citado por Agricola (1556) para mostrar que el hombre medieval tena los conocimientos sobre lo que nosotros actualmente llamamos efectos trmicos causados por la oxidacin de sulfuros sobre las vetas, y el uso de los mtodos biogeoqumicos en la exploracin. Ellos tambin conocan el significado de las plantas como indicadores, particularmente la decoloracin y cambios fsicos en la vegetacin, resultado de los efectos txicos de los elementos traza en suelos asociados con zonas mineralizadas. Las asociaciones botnicas con la mineralizacin aparentemente han sido bien conocidas por un largo tiempo, esto es desde los siglos VIII o IX, segn la fuente citada por Boyle (1967). Los chinos han observado que ciertas especies de plantas ocurren cerca de los depsitos de plata, oro, cobre y estao y ellos conocan que este hecho podra ser usado en exploracin. Los reportes sobre el uso de mtodos de prospeccin geoqumica y bioqumicos se incrementaron en la literatura desde el siglo XVII y posteriores, hacindose particularmente abundantes a principios del siglo XX. Se entiende claramente que en la actualidad, los mtodos de exploracin geoqumica no estn basados enteramente sobre nuevos conceptos, pero si lo son los mtodos sensibles capaces de extraer mas informacin de alta calidad de los materiales los cuales, en algunos casos, han sido usados por los prospectores durante ms de 500 aos. Los mtodos modernos de exploracin geoqumica fueron usados primeramente en la URSS a principios de 1930, posteriormente en los pases escandinavos, particularmente en Suecia. Los primeros programas de exploracin a gran escala fueron iniciados en 1932 por gelogos soviticos quienes perfeccionaron el mtodo analtico de emisin espectrogrfica, as como los procedimientos de muestreo para un estudio geoqumico rutinario de muestras de suelo. 4

Los primeros trabajos fueron enfocados a la bsqueda de estao, pero estos fueron rpidamente seguidos por otros estudios "metalomtricos" (suelos y rocas intemperizadas) por cobre, plomo, zinc, nquel y otros metales. Muchos de los trabajos analticos fueron realizados en el campo o en laboratorios porttiles utilizados en campo, usando datos semicuantitativos de emisin espectrogrfica. Aproximadamente al mismo tiempo (mediados y finales de los treinta), los estudios fueron seguidos en Suecia y Finlandia, en el uso de la vegetacin para propsitos de prospeccin, incluyendo los anlisis de plantas y el reconocimiento de las plantas como indicadores. La prospeccin geoqumica iniciada en la URSS (y Escandinavia) estuvo basada en ms que los escritos antiguos y medievales mencionados anteriormente. A principios del siglo XX, fuertes escuelas de geoqumica fundamental fueron establecidas sobre las bases de los pases pioneros por famosos geoqumicos soviticos como V.I. Vernadsky quien realiza el primer trabajo en biogeoqumica, y su estudiante A.E. Fersman, quien fue el primero en dar nfasis a la importancia de los halos primarios y secundarios asociados con depsitos minerales. Otros notables geoqumicos soviticos que contribuyeron en varias partes de la geoqumica son I.I. Ginzburg, A.P. Vinogradov y D.P. Malyuga. En noruega y al mismo tiempo, el trabajo clsico de V.M. Goldschmidt sobre la distribucin de los elementos obtendra la atencin de muchos. Inicialmente, no solo los geoqumicos hacan estimaciones cuantitativas de la abundancia de muchos elementos trazas importantes en todos los tipos de rocas, pero Goldschmidt formulara los principios que rigen a los datos observados, los cuales subsecuentemente podran ser utilizados para propsitos de exploracin. Otros estudios fueron hechos por T. Vogt en Noruega sobre la dispersin de los productos del intemperismo en suelos, vegetacin y agua a partir de los depsitos de sulfuros conocidos. En Finlandia, K. Rankama estudia el contenido de nquel en la vegetacin de algunos depsitos niquelferos en el rea norte de su pas. En la mayor parte del mundo occidental la geoqumica de exploracin no logra mucha atencin hasta despus de la Segunda Guerra Mundial. En 1945, Warren y sus colaboradores en la Universidad de British Columbia, emprendieron un programa de investigacin en el uso del contenido de los metales en la vegetacin para propsitos de exploracin. Este primer ensayo en prospeccin biogeoqumica en Canad estableci la existencia de anomalas de Cu y Zn sobre depsitos minerales conocidos (Warren, 1972). Los estudios posteriores incluyen el uso de dithizone (un reactivo qumico colorimtrico) para el anlisis rpido y sencillo de ciertos metales, que de acuerdo a Boyle y Smith (1968) "probablemente mas que algn otro factor nico, este dara

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impulso para el subsecuente desarrollo de los mtodos geoqumicos de prospeccin en Canad". Por 1950, las investigaciones de suelos, aguas (y posteriormente sedimentos de arroyo) estuvieron inicialmente excedidas en importancia biogeoqumica. Boyle y Smith (1968) discutieron otros aspectos histricos del desarrollo del uso de la geoqumica de exploracin en Canad, incluyendo los principales fundamentos y contribuciones prcticas del Geological Survey de Canad el cual inici a principios de los 50's, y es interesante e importante mencionar que ellos consideraron la introduccin, en 1954, de "kits" qumicos de campo para el ensayo geoqumico de muestras. El uso de "kits" por personal calificado en el lugar que est siendo analizado es muy ventajoso, ya que se pueden tomar decisiones inmediatamente, sin embargo, su uso por personal inexperto puede y ha resultado en muchos fracasos. En los Estados Unidos la geoqumica de exploracin se inici por medio del Geological Survey de ese pas aproximadamente por 1947. Los trabajos presentados en los primeros aos incluyen a autores como Hawkes, Huff, Ward, Lakin, Lovering, Cannon y Bloom. Los programas consistieron de investigaciones sobre todos los tipos de estudios de muestreo experimental, bajo una variedad de condiciones geolgicas y climticas para determinar los patrones de dispersin caractersticos de los elementos en rocas, suelos, vegetacin y aguas naturales. A principios de los 50's, los programas de exploracin geoqumica haban sido conducidos por las grandes compaas mineras. Inicialmente, las investigaciones del Geological Survey de los Estados Unidos en las tcnicas analticas de campo, fueron dirigidas principalmente hacia los mtodos colorimtricos, en contraste con la confiabilidad de los anlisis del espectrgrafo de emisin empleado por los soviticos. Estas investigaciones de las cuales resultaron algunas publicaciones sobre los mtodos colorimtricos aplicables a la deteccin de metales mena, fueron ampliamente aceptadas por los buenos resultados obtenidos y aplicables a otras reas en muchas partes del mundo. Adems el Geological Survey de Estados Unidos tambin establece un nfasis en el espectrgrafo de emisin, tanto en laboratorio como en sus modernos laboratorios mviles de campo. En Inglaterra, el grupo de investigaciones geoqumicas aplicadas, fue establecido en 1954 bajo la direccin del profesor J.S. Webb, quien dirigi muchas investigaciones con sus colegas y estudiantes dentro de los principios bsicos y mtodos analticos, siendo su grupo responsable de un gran programa de exploracin, particularmente en frica y el Lejano Oriente. En Francia, las investigaciones relacionadas con la geoqumica de exploracin se iniciaron en 1955, y las aplicaciones prcticas en ese pas y parte de frica (Colonias Francesas) fueron iniciadas poco tiempo despus. Los mtodos modernos de prospeccin geoqumica deben su rpido desarrollo en los ltimos cincuenta aos, a ciertos factores ms que a otros. Boyle y Smith (1968) mencionan una relacin de ciertos trabajos, que en conjunto con otros ms,

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consideran los principales contribuidores en el desarrollo de la prospeccin geoqumica, los cuales se manifiestan a continuacin de forma breve: 1. - El reconocimiento de los halos de dispersin primaria y secundaria y su asociacin con depsitos minerales. Aunque los halos y sus lineamientos as como su asociacin con depsitos de metales, fue conocido por siglos, los trabajos conducidos en la URSS y en Escandinavia en los 30's y principios de los 40's resumen los datos y permiten ser usados de manera ms ventajosa. 2. - El desarrollo de mtodos analticos exactos y rpidos usando la espectrografa de emisin en la URSS en los aos 30's y el uso de reactivos colorimtricos especficos sensibles (particularmente dithizona) por el Geological Survey de Estados Unidos a finales de los 40's y principios de los 50's. 3. - El desarrollo del equipo de laboratorio de material plstico (polietileno) el cual reduce los problemas de contaminacin de elementos y permite gran confiabilidad en los anlisis de campo. La introduccin de resinas para la produccin de agua libre de metales para usarse en los procedimientos qumicos, tambin fue significante. 4. - El desarrollo de la espectrometra de absorcin atmica a finales de los 50's permiti realizar anlisis rpidos, precisos, sensibles y relativamente libres de interferencia de muchos elementos de inters en la exploracin geoqumica. 5. - El desarrollo del cromatgrafo de gas el cual ha tenido su mayor aplicacin en el estudio de los hidrocarburos. Este es un mtodo extremadamente sensible y ha reemplazado a los primeros mtodos de fraccionacin y condensacin. 6. - El uso de mtodos estadsticos y computarizados ha ayudado a la interpretacin de datos analticos de exploracin geoqumica. Estos mtodos permiten la evaluacin rpida de datos de "backgrounds", auxilindonos en el reconocimiento de anomalas y en sus representaciones grficas.

1.2 GEOQUMICA GENERAL La geoqumica general estudia la abundancia relativa de los elementos, su distribucin, migracin, y las leyes o regularidades que las gobiernan en el Planeta. Este ltimo puede considerarse desde el punto de vista geolgico, geofsico y geoqumico, como un sistema dinmico, donde los materiales son transportados de un lugar a otro, cambiando su forma, composicin y estructura mineralgica, de acuerdo con las condiciones fsicas y fsico qumicas que se van encontrando. La Geoqumica tiene muchas divisiones las cuales gradan imperceptiblemente de una a otra. La Exploracin Geoqumica es una de las grandes divisiones; otras incluye a la Geocronologa, Geoqumica de Istopos estables, Geoqumica Sedimentaria, Hidrogeoqumica, Geoqumica Orgnica, Geoqumica Agrcola como la concerniente con los estudios geolgicos de los elementos mayores y menores que 7

son necesarios en la nutricin de plantas y animales, la Geoqumica Marina como la qumica de las aguas y sedimentos ocenicos, as como los nuevos campos reconocidos tales como la Geoqumica Lunar y Ambiental, sta ultima relacionada con la contaminacin del ambiente superficial por desechos industriales incluyendo metales y productos radioactivos de reactores nucleares. En aos recientes se han realizado ms estudios geoqumicos los cuales tienen un punto en comn, a saber, un ensayo para solucionar algunos problemas geolgicos por va de la qumica. Por lo tanto, en el sentido moderno, el objetivo de todas las divisiones de la geoqumica es solucionar problemas geolgicos (incluyendo ambiental y lunar). Los procesos generales que actan sobre los materiales de la corteza terrestre pueden numerarse como: 1234567Fusin Cristalizacin Intemperismo erosin Disolucin Precipitacin Evaporacin Desintegracin Radioactiva.

El conjunto de condiciones fsicas, qumicas y fsico qumicas definen el Ambiente Geoqumico en que transcurren todos los procesos naturales del Planeta. Atendiendo a las diferencias de estas condiciones, puede establecerse una gran divisin en dos zonas principales de ambiente geoqumico: 12Profundo o Primario (presin y temperatura elevadas) Superficial o Secundario (presin y temperatura bajas).

Zona de Ambiente Superficial o Secundario: Se extiende desde la superficie hasta la profundidad que alcanza la circulacin de las aguas superficiales. Los procesos que actan aqu son la meteorizacin (intemperismo), erosin, disolucin, precipitacin, cristalizacin, evaporacin y la sedimentacin. Sus caractersticas son presin y temperatura bajas y casi constantes, movimiento libre de soluciones acuosas, abundante oxgeno, agua y CO2. Zona de Ambiente Profundo o Primario. Comienza a la profundidad en que termina la zona de Ambiente Secundario, extendindose hasta las profundidades en que se originan las rocas magmticas primarias. Aqu predominan los procesos magmticos (fusin, cristalizacin, disolucin y precipitacin) y los metamrficos. 8

A continuacin se muestra un esquema del Ciclo Geoqumico General de los dos Ambientes mencionados segn H. Hawkes y Otros.

1.2.1 EL CICLO GEOQUMICO

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1.2.2 GEOQUMICA DE PROSPECCIN Comprende un conjunto de mtodos y procedimientos en que se estudian los contenidos de algunos elementos y compuestos qumicos en distintos materiales naturales, con el fin de descubrir la presencia de depsitos minerales de inters econmico. Atendiendo al tipo de material estudiado los mtodos geoqumicos pueden dividirse en: Litogeoqumicos o de aureolas primarias: estudian el contenido en muestras de rocas.

Metalomtra o geoqumica de suelos: estudian la composicin de suelos residuales o redepositados. Las caractersticas de los suelos difieren en funcin de los aspectos geolgicos, fisiogrficos, y climticos de una regin. Estas condicionan sus perfiles tpicos en cuanto al desarrollo (o ausencia) y extensin de los diferentes horizontes (A-C). Bajo el punto de vista de la geoqumica el horizonte B (de acumulacin) presenta un gran inters, ya que es ah donde suelen concentrase de preferencia los elementos qumicos.

Horizontes del suelo La toma de muestras y estudio del perfil del suelo permite conocer la evolucin del contenido metlico en profundidad, y de esta manera posibilita el seleccionar el horizonte ms adecuado. Otro problema de inters es el de la distribucin de los elementos en las diferentes fracciones granulomtricas de los suelos. Aunque generalmente la fraccin ms fina contiene ms minerales

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de arcilla, materia orgnica, xidos hidratados de Fe y Mn, y por lo tanto es la ms rica en metales, conviene estudiar tambin cual es la que mejor concentra el elemento investigado. Generalmente se emplea la fraccin menor a 80 mallas, lo que no significa que sea necesariamente la mejor en cada caso. El muestreo y anlisis de suelos residuales es el mtodo ms empleado en prospeccin geoqumica. Este mtodo de prospeccin es especialmente til en las regiones con suelos profundos.

Elemento S Cr Co Ni Cu Zn As Se Mo Cd Sn Cs Hg Pb

Suelo y (rango) (ppm) 700 (30-900) 100 (5-3000) 8 (1-40) 40 (10-1000) 20 (2-100) 50 (10-300) 6 (0.1-40) 0.2 (0.01-2) 2 (0.2-5) 0.06 (0.01-0.7) 10 (2-200) 50 0.03 (0.01-0.3) 10 (2-200)

Plantas (peso en seco) (ppm) 3400 0.23 0.5 3 14 100 0.2 0.2 0.9 0.6 0.3 0.2 0.015 2.7

Valores y rangos medios de algunos elementos qumicos de inters en temas ambientales. Datos para suelos y plantas.

El diseo de la red de toma de muestras tiene que tomar en cuenta las caractersticas del problema que queremos tratar (tipo de anomalas buscadas, probable extensin de estas) y el presupuesto con que se cuenta, lo que condicionar el nmero de muestras que vamos a tomar. El mtodo clsico de muestreo es a lo largo de perfiles, y las caractersticas de stos dependern entre otras consideraciones de la escala a que estamos trabajando.

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Intervalos Escala 1: 1.000.000 1: 500.000 1: 200.000 1: 100.000 1: 50.000 1: 25.000 1: 10.000 1: 5.000 1: 2.000 1: 1.000 perfiles 12-8 km 6-4 km 2 km 1 km 0.5 km 250-200 m 100 m 50 m 20 m 10 m

entre Intervalos entre puntos de muestreo 100 m 100 m 100-50 m 100-50 m 50-40 m 40-20 m 20-10 m 20-10 m 10-5 m 5m

Caractersticas de los perfiles para toma de muestras de suelo dependiendo de la escala de trabajo.

Para el diseo propiamente dicho se determina la direccin que deben tener los perfiles, normalmente perpendicular a la direccin principal que tenga el foco de emisin, si bien se pueden considerar otros factores como el topogrfico: perpendicularmente a la pendiente del terreno, si sta es aproximadamente constante, de forma que podemos verificar que los contaminantes sigan este patrn de migracin descendente.

Trazado de perfiles (escala de detalle) para la toma de muestras en funcin de los focos de contaminacin y la topografa (izquierda). A la derecha se muestra el mapa final que muestra las anomalas del elemento qumico investigado.

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Una vez establecida la direccin que deben seguir los perfiles, hay que determinar el espaciado entre stos y entre muestras sucesivas a lo largo de cada perfil. Una vez establecidos estos parmetros, se pasa al trabajo de campo, cuyo primer paso es la localizacin de los puntos de muestreo previstos en la malla diseada. Estos puntos se localizan adecuadamente mediante taquimetra (o brjula) y cinta mtrica, sealizndose mediante estacas de madera o metal, y se procede a la toma de muestras, mediante mtodos artesanales (azada, pico, pala) o mediante herramientas diseadas al efecto. De sedimentos activos: estudian la composicin de los sedimentos activos en las redes fluviales. Los sedimentos clsticos estn compuestos principalmente por los productos menos solubles de la meteorizacin. Tambin pueden incluir elementos mviles como parte de los materiales clsticos y del material removido de las aguas y adsorbido en los sedimentos (metales adsorbidos en minerales de arcillas u oxihidrxidos de Fe o Mn). Una medida del material removido de las aguas viene dado por la razn: metal de fcil extraccin qumica/metal total. Esta razn puede llegar hasta el 50 % en reas de de rpida precipitacin del metal en solucin, generalmente cerca de las fuentes de emisin. A su vez, la persistencia del contenido metlico de los sedimentos al alejarnos de la fuente de emisin depende de: 1) del aporte de metal a lo largo del ro desde otras posibles fuentes 2) de la mezcla con sedimentos de bajo contenido metlico. Estas dos a su vez se relacionan con perodos estacionales y fisiogrficos; en pocas de lluvias hay mayor capacidad de transporte y mayor aporte desde las zonas ms fcilmente erosionables. Al contrario de las aguas de un ro, cuyo contenido en elementos es ms bien homogneo (sujeto eso s a cambios en el caudal), los sedimentos presentan heterogeneidades que dependen de: 1) la distribucin de los puntos de entrada del metal en el cauce 2) los fenmenos de especiacin del metal 3) la variacin en el tipo de sedimento a lo largo del ro. Las muestras de sedimentos tienden a ser ms homogneas cuando el metal se encuentra adsorbido a la fraccin fina, y las variaciones sedimentolgicas se deben a cambios locales de velocidad y caudal de los ros.

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Escala 1: 200.000 1: 100.000 1: 50.000 1: 25.000

Longitud mnima cauce a muestrear 0.8 km 0.4 km 0.2 km 0.1 km

del Nmero de puntos de muestreo por km2 1.7-2.1 4.0-5.0 8.5-14.0 18.0-32.0

Caractersticas recomendadas del muestreo de sedimentos fluviales en funcin de la escala de trabajo.

Toma de muestras de sedimentos fluviales a distintas escalas (A-C) para la definicin de un blanco (BC), y su posterior caracterizacin de detalle (D).

Hidrogeoqumicos: estudian la composicin de las aguas de ros, arroyos, lagos, manantiales, pozos y otros. Se denomina anomalas hidrogeoqumicas a los patrones anmalos presentes en las aguas superficiales y subterrneas. La importancia de la migracin de los elementos qumicos y complejos en el agua est controlada por movilidad geoqumica. Las anomalas hidrogeoqumicas dependen mucho de las variaciones climticas (precipitaciones, temperatura) y por lo tanto de los cambios estacionales. De ah que los resultados que podamos obtener de las aguas de un ro en verano e invierno puedan diferir fuertemente. La lluvia genera un aumento del caudal y por ende de la dilucin. Sin embargo, si esto sucede despus de un perodo seco las aguas podrn lixiviar materiales ricos y transportar los metales, generando de esta manera una elevacin en la concentracin de estos. Las muestras de agua se guardan en botellas o botes de polietileno de un cuarto o medio litro (dependiendo del nmero de elementos a analizar). Con el objeto de evitar posteriores oxidaciones del Fe2+ disuelto que pudieran originar su precipitacin y la consecuente remocin de otros metales, es conveniente llenar el recipiente, y si es posible, acidularlo ligeramente. El anlisis de las muestras se puede realizar tambin en el campo, aunque con 14

algunas obvias limitaciones. Aunque los mtodos de campo son menos precisos y consumen tiempo de trabajo tienen la ventaja de que no hay que transportar las muestras y que se pueden tomar decisiones inmediatas. Atmogeoqumicos: estudia la composicin del aire del suelo, rocas o de la atmsfera. Biogeoqumicos: estudian la composicin de las plantas o la presencia de determinadas especies vivientes, fundamentalmente microscpicas. Convencionalmente el estudio de las asociaciones de las especies vegetales con el ambiente geoqumico se ubica en los llamados mtodos Geobotnicos. El uso de la vegetacin como mtodo de prospeccin involucra la respuesta de las plantas a su medio, en particular al substrato qumico que las soporta. Esta metodologa se basa en el anlisis qumico de las plantas como medio para obtener evidencias acerca de las posibles anomalas geoqumicas que se oculten en profundidad. La biogeoqumica se adapta muy bien a aquellas regiones que presentan una vegetacin muy densa y donde la cartografa geolgica es difcil de ser llevada a cabo (ausencia de afloramientos). Aunque esta tcnica ha probado ser de indudable ayuda, tambin presenta sus limitaciones, ejemplificadas en el denominado efecto barrera: con algunas pocas excepciones, las plantas pueden acumular un determinado elemento hasta cierto nivel solamente. De hecho, en el caso del mercurio, las races pueden actuar a modo de barrera impidiendo que el elemento ascienda hacia los rganos superiores de la planta. En este sentido la plantas pueden ser clasificadas en cuatro categoras: 1) sin efecto de barrera, las que concentran linealmente elemento qumico investigado; 2) semi-barrera, que concentran entre 30 y 300 veces el valor de fondo del elemento en la planta; 3) con barrera, contenidos de hasta 3-30 veces el valor de fondo; y 4) con barreara de fondo, que no superan las concentraciones normales del elemento en una determinada planta. En otro esquema de clasificacin, se habla de plantas hiperacumuladoras cuando determinadas especies toleran 10-100 veces ms los valores normales de un determinado elemento. Elemento Especie Cu Mn Ni Zn Zn Contenido Contenido normal (ppm) mximo (ppm) 183 2.500 4.815 90.000 100.000 10.000 43.710 Localidad Zambia Rusia Italia Alemania Europa central

Becium homblei Fucus vesiculosus

Alyssum Bertolonii 65 Thlaspi calaminare 1.400 Thlaspi caerulescens

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Cd Pb

Thlaspi caerulescens Thlaspi caerulescens

2.130 2.740

Europa central Europa central

Algunas plantas hiperacumuladoras y sus contenidos en metales pesados.

Los factores determinantes de anomalas de origen qumico en las plantas son: 1) la disponibilidad de elementos en el suelo; 2) las caractersticas nutricionales de la planta; y 3) los factores qumicos y biolgicos de la incorporacin de elementos qumicos en la planta. La disponibilidad de elementos qumicos en el suelo depende tanto de la concentracin del elemento como de su movilidad respecto de la actividad de la planta. Esto es a su vez funcin del pH, Eh, la capacidad de cambio de bases, y la presencia de agentes acomplejantes. Las races, adems de captar las sales disueltas pueden absorber material unido a la superficie de partculas clsticas, en parte debido al efecto de microambientes cidos generados por la races y en parte por fenmenos de cambio de bases. Nociones bsicas.- principio de Le Chartelier El uso de estos mtodos se fundamenta en la siguiente premisa intuitiva: La composicin qumica de los materiales de la corteza terrestre, que se encuentran en el entorno de un depsito mineral, diferir de la composicin de sus especies homlogas en lugares donde no exista un depsito mineral. Lo que se ilustra esquemticamente a continuacin.

Esas diferencias se buscan mediante el estudio sistemtico de los contenidos de algunos elementos y/o compuestos qumicos y de otras propiedades(fsico -qumicas, petrofsicas o geofsicas) como el pH, Eh, susceptibilidad magntica, conductividad elctrica, composicin espectral de la radioactividad Gamma natural, etc., en muestras de rocas, suelos, sedimentos activos, aguas, vegetacin o aire, respectivamente.

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Desde el punto de vista formal, la prospeccin geoqumica se apoya en el principio de Le Chatelier que plantea: Si aparece un cambio en uno de los factores, que mantienen en equilibrio a un sistema, entonces ste tender a reajustarse, tanto como le sea posible, para tratar de anular el efecto producido por el cambio perturbante. La composicin de la corteza puede verse como una consecuencia de las condiciones de un cuasi equilibrio dinmico, en el tiempo de formacin de los materiales singenticos, modificada por el intento de alcanzar un estado nuevo de cuasiequilibrio, condicionado por las condiciones locales actuales. La acumulacin, por ejemplo, de millones de toneladas de sulfuros metlicos, tiene que ir acompaada por una perturbacin del equilibrio geoqumico del conjunto de rocas de caja, que se reflejar en un comportamiento atpico de las propiedades qumicas, fsicas, fsico-qumicas, y mineralgicas en el entorno de la acumulacin. Conceptualmente, esta perturbacin del equilibrio debe ser detectable por las diferencias (+ -) con relacin a las condiciones normales de la composicin qumica de los tipos de rocas del ambiente geolgico donde aparece el depsito en cuestin. Similarmente, la composicin de los materiales, en el ambiente secundario, tales como suelos, aguas, sedimentos activos, plantas y aire, tambin reflejarn la presencia del factor perturbante (depsito mineral) en alguna extensin, respecto a las condiciones normales. En la prospeccin geoqumica, la composicin normal, para un conjunto de rocas pertenecientes a un ambiente geolgico dado(sistema geoqumico) se denomina, fondo geoqumico(background). Cuando se presentan valores de contenidos de un elemento que difieren significativamente de su valor de fondo, se dice que est presente una anomala para ese elemento o compuesto estudiado. Con posterioridad estudiaremos algunos mtodos para estimar el nivel normal y las anomalas en una zona estudiada. Debe resaltarse que los mtodos de prospeccin geoqumica forman parte del conjunto de mtodos de investigacin a usar en cada uno de los estados de la prospeccin geolgica, desde la regional hasta las ms detalladas.

1.2.3 GEOQUMICA ORGNICA Con el trmino de geoqumica orgnica o biogeoqumica, se definen todos los aspectos geoqumicos referidos a las condiciones en las que se origin la vida, como es la evolucin de la atmsfera e hidrosfera a partir de la aparicin de los organismos aerobios; y los presentes en la incorporacin de los organismos durante la gnesis de ciertos depsitos sedimentarios. Hay que tener en cuenta que los organismos vivos concentran determinados compuestos qumicos, como por ejemplo los carbonatos que constituyen las conchas de moluscos y partes esquelticas de organismos superiores; o los azcares y protenas que acumulan las plantas; cuya concentracin lleva como consecuencia la formacin de un tipo de depsito denominado biognico. Algunos de ellos presentan un gran inters econmico, y la geoqumica estudia todos los aspectos relacionados con su formacin, enriquecimiento y explotacin; tal es el caso de los depsitos de fosforita, caliza, doloma, carbn y petrleo.

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2. ESCALA DE LAS INVESTIGACIONES2.1 MTODO DE LAS APROXIMACIONES SUCESIVAS Precisin de las observaciones y red de las mediciones La metodologa de los trabajos de campo est condicionada por la precisin requerida y la red de las observaciones con una tecnologa dada. Estos temas estn interrelacionado entre si. Por ejemplo, la elevacin de la precisin de las mediciones aisladas para una red de observaciones relativamente poco densa por lo general no tiene sentido. As la planificacin de la precisin de las medias y el calculo de la red estn intensamente asociados con los conceptos de anomalas y los ruidos, esto es con el modelo (los) generalizados de respuesta de los objetos estudiados. Planificacin de la precisin de las observaciones. Al planificarse la precisin es necesario tomar en consideracin los planteamientos generales siguientes: 1. Mediciones con una precisin injustificablemente elevada conducen a una elevacin improductiva de los gastos, de los recursos y de tiempo, mientras que precisin insuficiente puede llevar a la omisin de los objetos buscados. 2. La precisin de un levantamiento se define por el nivel de los ruidos. En el caso de ruidos intensos, una elevacin de la precisin provoca un incremento de gastos, recursos y tiempo y no ofrece los resultados esperados. Por esta razn se incrementa solo una precisin ficticia, pero la real permanece invariable. La planificacin de la precisin ptima debe basarse en el conocimiento y la consideracin de los datos siguientes: 1. Intensidad mnima de la anomala sujeta a la deteccin A min. 2. Precisin tcnico (instrumental) metodolgica del levantamiento del levantamiento, estimada por los resultados de observaciones reiteradas, de la magnitud cuadrtico media del error c del levantamiento. 3. Variaciones de la magnitud medida en los lmites considerados como normales o de fondo del campo estudiado, condicionadas por la influencia de distintos tipos de ruidos, esto es, del nivel de aquellos ruidos que no pueden eliminarse por procedimientos instrumentales o de procesamiento matemtico. Esta variabilidad define la dispersin de los ruidos geolgicos, ya que, debido a esta, ingresan al campo ruidos de naturaleza geolgica (influencia de las heterogeneidades superficiales, efectos residuales despus de la separacin de la componente regional y de la introduccin de las correcciones por la influencia del relieve). Sin embargo en esta dispersin entran tambin las partes no consideradas de las variaciones temporales en aquellos casos en que estas existan. La intensidad mnima de la anomala se define, ya sea por medio de la solucin del problema directo (simulacin) para el modelo seleccionado para las condiciones ms desfavorables (profundidad mxima, contraste mnimo del atributo asociado al campo estudiado, etc.) o por la aplicacin del principio de analoga basndose en

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trabajos realizados en territorios, que se encuentran en ambientes geolgicos similares al que se desea estudiar. El error cuadrtico medio del levantamiento c se estima por medio de mediciones de control, cuyo volmen N usualmente, no independientes, no debe ser inferior al 3 5 % del nmero total de las mediciones ordinarias. c =

1 n 2 ( f i1 f i 2 ) 2n 1 i = 1

donde: f i1 y f i2 son las mediciones ordinarias y de control respectivamente en un mismo punto i. Las observaciones de control generalmente se efectan en puntos que se encuentran en zonas de campo normal. La magnitud c define la precisin instrumental metodolgica del levantamiento. Las variaciones de los valores en los lmites del campo normal depende de la dispersin de los ruidos geolgicos c . Para su definicin es necesario estimar la dispersin general del campo normal 2g = 2c + 2 En este momento g puede estimarse por medio de la expresin: g =1 N ( fi f n )2 N 1 i =1

donde en un sistema geoqumico simple, en que no exista tendencia en el campo normal 1 N fn = f = f i N i =1En caso contrario fn = fni const., y puede ser descrito por medio de un polinomio de grado bajo en x, y f ni (xi,yi) Generalmente la precisin de las observaciones proyectadas se selecciona tomando en consideracin solo 2 magnitudes, A min y c. Para esto, basndonos en la regla de las 3 sigmas, se escogen un instrumento y una metodologa de los trabajos cuyo uso asegure la condicin: A min 3 c Sin embargo, es posible usar otro criterio que toma en consideracin tambin a los ruidos geolgicos y planteas la regla de las 3 sigmas como:

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A min 3 g Para la estimacin de c y o es necesario tener una muestra de valores del campo normal, obtenida del resultado de trabajos experimentales en condiciones geolgicas concretas. La disminucin de 2c se consigue por medio del uso de instrumentos ms precisos y la aplicacin de procedimientos ms elaborados de las mediciones originales (correcciones).

2c>>2o . Esto indica que el nivel de ruido geolgico en los lmites del campo normal no es muy importante en relacin al error instrumental metodolgico, as que capacidad resolutiva del mtodo se define por las posibilidades instrumentales puras y la metodologa de las mediciones y de procesamiento de estas. En estos casos se justifica una elevacin de la precisin (disminucin de c) con el fin de poder detectar anomalas dbiles de amplitud Amin. 2o>> 2c. En este caso la dispersin de los ruidos geolgicos es considerablemente mayor que la de los errores instrumentales metodolgicos del levantamiento y la posibilidad de deteccin de anomalas dbiles decae bruscamente. En estas condiciones no tiene sentido el uso de equipos de alta precisin y de procedimientos especiales para conseguir observaciones de precisin elevada.

La experiencia demuestra que esta es una situacin muy comn en las mediciones de geoqumica y geofsica aplicadas a la prospeccin de yacimientos minerales de distintos tipos en distintas condiciones (ambientes geolgicos) ya que la dispersin de los ruidos geolgicos es algunas veces mayor que la del levantamiento. Cuando la capacidad resolutiva del levantamiento esta controlada por la dispersin de los ruidos geolgicos, no vale la pena el incremento de las precisin instrumental metodolgico para tratar de detectar la presencia de anomalas dbiles. En estos casos, la capacidad resolutiva de las mediciones se puede incrementar usando las diferencias del comportamiento estadstico espacial y/o temporal de las anomalas buscadas y los diferentes tipos de ruidos geolgicos presentes. Cuando las caractersticas correlacionales o espectrales de las anomalas y los ruidos difieren, es posible elevar la capacidad de deteccin considerablemente usando los procedimientos adecuados de procesamiento de las mediciones. Seleccin y clculo de la red de las observaciones Despus de la argumentacin de la precisin racional de las observaciones, y de la metodologa de las observaciones, se resuelve la cuestin sobre la forma y dimensiones de la red del levantamiento. La escala de la red se define por la distancia entre los perfiles. El paso a lo largo del perfil depende del mtodo de registrar en el campo estudiado (discreto o continuo), de la escala del levantamiento y de las dimensiones del objeto de investigacin.

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Slo estudiaremos el caso de mediciones discretas. En la prctica la relacin de la distancia entre perfiles (y) y la distancia entre puntos consecutivos en un perfil (x) varia entre 10 : 1 1 : 1 y depende de la escala del levantamiento y del carcter del objeto de las mediciones.

En los levantamientos de reconocimiento la distancia entre los itinerarios y se escoge de forma tal que la zona anmala de cada unidad geolgica (complejo) estructuro facial (intrusiones, bloque estructural, formacin litolgica o facial, etc.) sea interceptado por dos o ms de ellos. El paso de la medicin x, usualmente es considerablemente menor que la distancia entre itinerarios y. En los trabajos a escalas 1:200000 1: 100000 la distancia entre perfiles itinerarios pueden estar dispuestos en el mapa desde los 5 cm (10 km 5 km) para condiciones geolgicas simples hasta 1 cm ( 2 km 1 km) para condiciones geolgicas complejas. En los trabajos de detalle a escalas 1:10000 y mayores, la densidad de la red, se hace muy sensible tanto a las dimensiones como a la orientacin y forma de los objetos de bsqueda (depsitos minerales). En estos casos una red de prospeccin se denomina ptima si ella segura, para una probabilidad (confiabilidad) dada, la solucin del problema planteado a costos relativamente bajos. Por lo general, la red se calcula para cada mtodo bsico de bsqueda que se aplica en el rea del levantamiento. Para el clculo de una red ptima se usan algunos enfoques o criterios. Veamos un par de estos, el primero de estos es que la anomala de una geometra dada como objeto de bsqueda sea cortada. Para esto la red de bsqueda se escoge de forma tal que para una probabilidad prefijada, se detecta a toda anomala de dimensiones: 1. a segn su extensin 2. b segn su ancho con un nmero definido de puntos. Los valores de a y b se escogen del modelo que producen la respuesta de menor dimensin de inters. El uso de una red 0.9 a x 0.5 b asegura con una probabilidad cercana al 100% que el contorno de la anomala sea cortada al menos por 2 puntos, si la direccin de los perfiles es ortogonal al lado mayor b de la anomala. Se han confeccionado distintas vas para estimar una red que permita cortar a una anomala (de una dimensin y orientacin en el plano) en un nmero mnimo de puntos con un nivel dado de confiabilidad. En su mayora los investigadores parten de un resultado de la teora de las probabilidades conocido como el problema de Buffon, que consiste en evaluar la probabilidad de que una aguja, de longitud 2l, lanzada libremente intercepte a un sistema de rectas paralelas equiespaciadas una distancia 2d, que se expresa como,

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P=

2l d 2 2l 1 1 d + 2 arccos d l l d

La primera condicin es vlida para 2d > 2l, la segunda para 2d