MAGMATISMO

Es una mezcla de material rocoso fundido, de composición preferentemente silícea que contiene gases agua y minerales sólidos dispersos.

Las rocas formadas por el enfriamiento de los magmas se llaman rocas ígneas.

GENERACIÓN DE LOS MAGMAS

Ocurre en las dorsales oceánicas, Hot spots (islas oceánicas y arcos de isla) y en los márgenes continentales activos (zonas de subducción).

Se generan por la fusión total o parcial de rocas profundas de la corteza inferior y manto superior.

Los materiales de estas zonas se encuentran en condiciones cercanas al punto de fusión, siendo lo más probable que sólo una pequeña fracción del material se encuentre fundida y que la mayor parte de las rocas siga en estado sólido, a este fenómeno se denomina fusión parcial.

La fracción fundida es un líquido menos denso que la fracción sólida a través de la que asciende. El magma se almacena en bolsas denominadas cámaras magmáticas a profundidades menores.

Los factores físicos que condicionan la fusión de un magma son la presión y la temperatura.

Para que se genere un magma es necesario que suba la temperatura o que descienda la presión.

CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA (Bowen 1928)

Es el proceso de diferenciación más importante. Mediante este proceso, en un magma que comienza a cristalizar, las sustancias más insolubles o más pesadas son las primeras que cristalizan, como son, en general los minerales accesorios y los minerales esenciales.

En la serie de reacción discontinua cada mineral tiene una estructura cristalina diferente, que se forma a medida que los componentes sólidos reaccionan con el fundido restante y producen el

siguiente mineral de la secuencia.

La serie de reacción continua muestra que los cristales de plagioclasa ricas en calcio reaccionan con los iones sodio contenidos en el fundido para enriquecerse cada vez más en sodio.

Durante la última etapa de la cristalización, después de quela mayor parte del magma se ha solidificado, se generan los minerales moscovita, feldespato potásico y cuarzo.

Plagioclasascálcicas

Magma de gabro

Magma granítico

Magma diorítico

Tipo de Magma

Plagioclasasintermedias

Cuarzo

Ortocl.

Plagiocl ácida

PiroxenoAnfíbolasOlivino AnfíbolasBiotita

Componentes claros

Componentes oscuros

DIFERENCIACIÓN MAGMÁTICA

La diferenciación magmática es el conjunto de procesos mediante los cuales un magma madre, más o menos homogéneo, se separa en fracciones que llegan a formar rocas de

composiciones diferentes. Se distinguen dos tipos de diferenciación:

La diferenciación magmática sensu stricto, o sea la separación de una o varias fases líquidas a partir del magma madre, antes de la cristalización.

La cristalización fraccionada, que es la separación consecutiva de una o varias fases sólidas a partir del magma inicial.

CONCENTRACIÓN DE METALES EN EL MAGMA

El principal mecanismo de concentración de metales es la cristalización fraccionada.

Los primeros metales formados son retirados por densidad y acumulados en el fondo de la cámara magmática. El magma residual se empobrece en algunos elementos y se concentra en otros, cambiando su composición química a medida que progresa la cristalización.

Otros elementos (la mayoría de los metales de uso económico del magma) como el Cu, Pb, Zn, Ag, Au, Mo son incompatibles, por su radio iónico, composición química y estado de oxidación. No entran con facilidad en la estructura de los silicatos y son enriquecidos en un magma residual.

TIPOS DE ROCAS IGNEAS

Rocas intrusivas o plutónicas: Se forman en el interior de la corteza terrestre. Se enfrían lentamente con solidificación de magma, resultando un material cristalino, generalmente de tamaño de grano grueso y de cristales bien formados.

Rocas extrusivas o volcánicas: Se forman en la superficie de la corteza terrestre. Se enfrían rápidamente con solidificación brusca del magma, resultando un material vítro o microcristalino, donde coexisten cristales bien formados en una masa fundamental.

Rocas volcanoclásticas: Fragmentos de diferentes tamaños (bombas hasta ceniza) expulsados al aire durante una erupción explosiva.

DEFORMACIONES EN MARGEN CONVERGENTE

Subducción tipo chilena: (Compresión) Con una placa oceánica joven y caliente, de baja densidad y una alta tasa de convergencia.

Subducción tipo Mariana: (Extensión) Placa oceánica antigua, densa y fría, con baja velocidad de convergencia.

EXPERIMENTOS DE COMPRESIÓN TRAXIAL

Determinan las características de Esfuerzo - Deformación y resistencia de los suelos sujetos a esfuerzos cortantes.

FALLAS

Discontinuidad que se forma por fractura en las rocas de la corteza terrestre, a lo largo de la cual ha habido movimiento de uno de los lados respecto del otro.

PORFÍDOS CUPRÍFEROS EN EL NORTE

Norte → alta conductividad eléctrica → presencia de fluidos → existencia de fallas → minerales

Cerro Colorado, Collahuasi, El Abra, Radomiro Tomic, Chuquicamata, Escondida, El Salvador.

FALLA OBLICUA

Es aquella que presenta movimiento en una componente vertical y una componente horizontal. En convergencia oblicua las vetas de tensión, se ubican en el interior de pares activos de fallas transcurretes (extensionales o compresionales).La presión de los fluidos es uniforme antes de la fractura, después de la fractura fluyen hacia los jogs.

SISTEMAS HIDROTERMALES

Fluido hidrotermal: Puede ser definido como una solución acuosa a alta temperatura portadora de muchos metales en solución, que puede migrar lateral y verticalmente en el interior de la corteza terrestre en un rango amplio de temperaturas y presiones.

Depósito mineral de origen hidrotermal: se puede formar por la circulación por fluidos de temperatura variable (50°C -500°C), que lixivia, transporta, y posteriormente precipita su carga de metales, en respuesta a cambios en las condiciones físico-químicas del medio por donde circula.

Las rocas donde circula el fluido hidrotermal no es estable en presencia de dicho fluido, y tiende a re-equilibrarse, formando una nueva asociación de minerales más estable.

FUENTE DE ORIGEN DE LOS FLUIDOS HIDROTERMALES

Magmática: (2-6%) aportada por el magma en enfriamiento. Alta participación en las fases iniciales de mayor temperatura.

Meteórica: (95%) aportada por aguas lluvias. Muy abundante en las fases finales de menor temperatura del sistema.

EFECTOS DEL AGUA EN SISTEMAS MAGMÁTICOS

Despolimeriza la mezcla y reduce su viscosidad Aumenta la velocidad de difusión iónica Disminuye la temperatura de cristalización Se exsuelve y expande en el magma, causando en determinadas circunstancias una explosiva

evacuación de volátiles hacia la superficie (ebullición retrógrada).

EBULLICIÓN Y SEPARACIÓN DE FASES

La cristalización continua del magma y el incremento de concentración de H2O en el magma residual, provocan que la presión del H2O en la parte superior de la cámara iguale a la presión confinante. En este punto se produce segunda ebullición o ebullición retrógrada de los volátiles en el magma.

Cu, Zn, Pb, Ag, Au se incorporan a la fase cristalina como trazas en minerales formadores de rocas.

El aumento de la presión al entrar en ebullición el sistema, produce una fracturación y brechización hidráulica de las rocas. Lo que produce una rápida pérdida de presión en el fluido en la cámara, lo cual lleva a la precipitación de la sílice (sellando el sistema y a la formación de magma).

Los minerales de mena son transportados por esta red de fracturas y depositados a partir de las soluciones hipersalinas.

Al final del proceso hay una densa red de fracturas y una alteración de los canales de circulación, generando un stockwork.

TRANSPORTE DE LOS METALES

Las soluciones hidrotermales son insolubles de la mayoría de los compuestos y metales.La formación de complejos iónicos, es el mecanismo que transporta a los metales en solución.

El ion central es un catión metálico. Moléculas neutrales o aniones se llaman ligandos.

DEPOSITACIÓN DE LOS METALES

La precipitación de metales desde complejos iónicos en un fluido hidrotermal ocurrirá por:

1. Variaciones de temperatura2. Cambios químicos producidos por mezcla de fluidos

La temperatura, nivel de oxidación y pH cambian cuando fluidos hidrotermales se mezclan con aguas meteóricas.

3. Reacciones de la solución con las rocas de cajaLa alteración hidrotermal de los feldespatos y de otros silicatos ocurre a través de la hidrólisis.

ALTERACIÓN HIDROTERMAL

Las soluciones hidrotermales junto con su capacidad para transportar metales de interés económico, interactúan con las rocas, producen cambios mineralógicos, texturales y químicos en estas.Se convierte un conjunto mineral inicial en una nueva asociación de minerales más estable bajo las condiciones hidrotermales de temperatura, pH y composición de fluidos.

Existen minerales más fáciles de alterar que otros, los de mayor temperatura de cristalización están en fuerte desequilibrio y serán los primeros en alterarse.

Olivino > magnetita > piroxenos > anfíboles > biotita = plagioclasa.

FACTORES QUE CONTROLAN LA ALTERACIÓN HIDROTERMAL

Temperatura y la diferencia de temperatura (D t°) entre la roca y el fluido que la invade: mientras más caliente el fluido mayor será el efecto sobre la mineralogía original.

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.

Duración de la interacción agua/roca y variaciones de la razón agua/roca: mientras mayor sea el volumen de soluciones que circulen por las rocas y por mayor tiempo, las modificaciones mineralógicas serán más completas.

Permeabilidad de la roca: Una roca compacta y sin permeabilidad no puede 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.

EFECTOS DE LA ALTERACIÓN HIDROTERMAL

1. Porosidad secundaria: inducida tectónicamente, o inducida por fluido. Aumenta la porosidad y permeabilidad secundaria produciendo Stockwork y brechas hidrotermales

2. Reemplazo de minerales: los minerales originales tienden a ser reemplazados por nuevos minerales más estables

3. Lixiviación de elementos: Algunos de los componentes químicos son extraídos por los fluidos hidrotermales muy ácidos (pH<2) al reaccionar con ellas (hidrólisis), de modo que la roca es lixiviada dejando solo el armazón rico en sílice.

4. Depositación de minerales de mena y ganga: Muchos minerales se depositan directamente a partir de soluciones hidrotermales.

TIPOS DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL

Alteración Potásica: (300°-800°C) Alteración de plagioclasas y minerales máficos a feldespato potásico y/o biotita. Esta alteración corresponde a un intercambio catiónico con la adición de K+ a las rocas.

Alteración Propílica: (pH neutro a alcalino, 200°-300°C) Presencia de epidota y/o clorita (albita, calcita y pirita). Este tipo de alteración representa un grado bajo de hidrólisis de los minerales de las rocas.

Alteración Cuarzo-Sericítica: (pH 5 a 6, >250°C) Ambos feldespatos (plagioclasas y feldespato potásico) transformados a sericita y cuarzo.

Alteración Argílica Intermedia: (pH 4 a 5, 150°-200°C) Importantes cantidades de caolinita, montmorillonita o arcillas amorfas, reemplazando a plagioclasas; puede haber algo de sericita acompañando a las arcillas.

Alteración Argílica Avanzada: (pH 1.5 a 3.5, T° variable) Gran parte de los minerales de las rocas son transformados a caolinita, dickita, pirofilita, alunita y cuarzo.

EFECTOS EN LOS PROCESOS METALÚRGICOS

1. Molienda: Las dificultades de la molienda son, la dureza de la roca (alteración cuarzo-sericítica) o bien la plasticidad de la misma (alteración argílica).

2. Flotación: La mala recuperación del concentrado se debe a la presencia de lamas (materiales finos menores a 10 µm, generalmente del tipo filosilicatos).

3. Lixiviación: Los minerales son primeramente chancados, lo cual tiene dificultades por la presencia de rocas duras o blandas. En la etapa siguiente, la del curado el mineral está en contacto con ácido concentrado, el consumo de ácido se relaciona a la mena y a la ganga que reacciona.

4. Estabilidad de la pila : La alta presencia de minerales de arcillas expandibles (esmectitas) en las rocas puede causar la desestabilización de un sector de la pila y la pérdida operacional de la misma.

5. Pérdida de conectividad hidráulica: La presencia de arcillas causa también el sellado de los poros en la pila y finalmente el aposamiento, con perdidas de recuperación importantes.

SISTEMAS DE PÓRFIDOS CUPRÍFEROS

Los pórfidos cupríferos son depósitos de minerales (Cu-Mo) de gran tonelaje pero de baja ley. Se denominan pórfidos cupríferos, porque se asocian a rocas Ígneas intrusivas de textura porfídica (cristales grande),coriginados por cristalización fraccionada de magmas procedentes de la fusión del manto. Se clasifican según su contenido mineral: -Cu-Mo -Cu-Au

-Cu-Au y Mo

CONTENIDOS DE AGUA EN LOS MAGMAS FORMADORES:

El magma que se genera en márgenes convergentes de placas es un magma hidratado. (Zona de subducción >corteza inferior>incorporación al magma en formación).El agua hace menos viscoso al magma y permite que llegue a la superficie del emplazamiento, esencial para la formación de los pórfidos cupríferos. Cuando la presión del magma hidratado iguale a la presión litostática, suficientemente bajas, se detendrá su ascenso y se cristalizará en el lugar.

2.5% < [H2O] < 6.5% en Magmas Félsicos (presión, temperaturas y la composición química) [H2O] = 3% en magma ácido, libera agua a ~3.5 kms [H2O] = 4% en magma ácido, libera agua a ~4.5 kms

SEGUNDA EBULLICIÓNEste proceso es crítico en la formación de un sistema mineralizado hidrotermal de origen magmático. A medida que la cristalización del magma progresa, el magma residual se va enriqueciendo en volátiles hasta producirse la liberación de una fase acuosa.Cuando la presión del magma hidratado iguale a la presión litostática generará la ebullición del fluido: a)

salmuera densa b) Vapor de baja densidad

(este proceso será más rápido y violento a mayor velocidad de cristalización)

Los efectos en la cúpula del pórfido por la rápida expansión de los gases al momento de la ebullición, genera una densa red de fracturas polidireccionales (stockwork), así como fracturas radiales y concéntricas que afectan tanto la parte del pórfido ya solidificada como las rocas de caja hacia la superficie.

Los sulfuros primarios se depositan a temperaturas entre los 250-400°C , por repetidos procesos de ebullición retrógrada. (vetillas, stockwork)el cloro se encuentra disuelto en cantidades importantes en el magma, donde el cloro prefiere

permanecer disuelto en el magma. El cobre es movilizado a alta tempretura como un complejo clorurado.

MODELOS DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL

Según este modelo los depósitos de cobre porfídico desarrollan generealmente cuatro zonas de alteración:

Zona de alteración potásica: caracterizada por el desarrollo de feldespato potásico y biotita secundaria, o por la presencia de feldespato potásico-clorita y a veces por la asociación feldespato potásico-biotita-clorita.

Zona de alteración fílica, conocida también como zona de alteración cuarzo-serícitica. Esta zona está caracterizada por la asociación cuarzo-sericita-pirita, a menudo acompañada por algo de clorita, illita, rutilo y pirofilita.

Zona de alteración argílica, está caracterizada por la presencia de minerales de arcilla, siendo la caolinita importante en la zona interior y la montmorillonita en la parte exterior.

Zona de alteración propilítica, muy extensa y siempre presente en la parte externa de los yacimientos. Caracterizada por la asociación clorita-calcita-epidota-albita-pirita.

MODELO DE MINERALIZACIÓN

La mineralización primaria (hipógena) se puede encontrar:

- Completamente contenida dentro del pórfido - En parte en el pórfido y en parte en las rocas de caja - Completamente en las rocas de caja circundantes al pórfido.

En general, la zona mineralizada corresponde a un cuerpo aproximadamente cilíndrico subvertical. Los cuerpos mineralizados están normalmente rodeados por una envoltura rica en pirita.

La mineralogía primaria de los pórfidos cupríferos andinos es muy simple: pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2); como los sulfuros más abundantes, con cantidades menores de bornita (Cu5FeS4) y calcosina (Cu2S) en las partes internas.

MODELO DE MINERALIZACIÓN EN PÓRFIDOS CUPRÍFEROS

La parte central es una zona de baja ley con algo de calcopirita y molibdenita.

Hacia afuera existe un incremento de la mineralización primero en molibdenita y luego de calcopirita.

Exteriormente se localiza una envolturapiritosa donde la pirita puede alcanzar hasta un 15% en peso.

Distribución y edad de la mineralización

Los pórfidos cupríferos terciarios de los Andes Centrales, se distribuyen en tres franjas de distinta edad:

Paleoceno (65-54 m.a):Se extiende hasta un poco mas al sur de la latitud 20º S.(metalogénica se extiende desde el sur de Perú hasta la latitud de Vallenar 28°)

Eoceno Superior - Oligoceno Inferior (45-35m.a): Se ubica inmediatamente al este de la franja paleocena, en la precordillera Andina entre los 18º y 27º S (yacimientos de mayor importancia económica en Chile, distribuidos a lo largo de la zona de falla Domeyko ZFD)

Mioceno-Plioceno (23-2 m.a): Se ubica inmediatamente al este de la franja del Eoceno Superior – Oligoceno, entre los 27° y los 35° S. (Alta cordillera en el sector adyacente al limite con Bolivia y Argentinaprolongandose hacia el oriente)

PROCESOS SUPÉRGENOS EN PÓRFIDOS CUPRÍFEROS

Oxidación y destrucción de sulfuros hipógenos Generación de soluciones ácidas producidas por la descomposición de la pirita principalmente Lixiviación y remoción de metales en solución como sulfatos Percolación y reacción con los silicatos en las rocas Formación de niveles superficiales con alteración argílica Neoformación y depositación de minerales oxidados Precipitación de sulfuros secundarios (bajo el nivel de aguas freáticas)

Cubierta lixiviada

Zona de oxidación

Zona primaria

Zona de cementación o enriquecimiento secundario

Estos procesos producen la alteración de los sulfuros, disolución y precipitación de otros minerales y una lixiviación y alteración (descendente) importante en las rocas.

ZONACIÓN VERTICAL DE LA ALTERACIÓN SUPÉRGENA

Cubierta lixiviada: Es la zona en contacto con la superficie, donde los proceso de oxidación son más intensos, provocando la disolución y transporte del cobre hacia zonas más profundas o lejanas.

Zona de oxidación: El cobre solubilizado en la parte superior encuentra condiciones de mayor estabilidad en esta zona y es depositado en forma de minerales oxidados de cobre (de color azul o verde).

Zona de cementación o enriquecimiento supérgeno: Es la situada por debajo del nivel freático, en la que se produce el enriquecimiento del contenido de cobre, con el desarrollo de sulfuros de cobre, a partir del reemplazo de los sulfuros primarios.

Zona primaria: Caracterizada por la mineralización inalterada de sulfuros de origen hidrotermal.

ENREQUICIMIENTO SUPÉRGENO

Las reacciones que se producen oxidan y destruyen los sulfuros con la consiguiente formación de iones sulfatos y H+, que implican una acidificación del medio. Estos procesos son los que originan las aguas ácidas, características de las áreas mineras.

Óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos, cloruros, etc.

Calcosina, covelina

Pirita, calcopirita, bornita, galena, esfalerita, etc.

Nivel freático

Limonitas: goethita, hematita, jarosita

CO2, O2

Superficie

Zona de oxidación-1

Nivel freático-1

Zona de oxidación-2

Zona de enriquecimientosupérgeno-1

Nivel freático-2

Zona de oxidación-3

Zona de enriquecimientosupérgeno-2

Nivel freático-3

Son también responsables de la destrucción de los sulfuros primarios y su posterior lixiviación desde la parte superior del perfil de alteración supérgena.

El cobre es un elemento soluble en ambiente ácido y durante los procesos de alteración se infiltra hacia la zona de cementación.

La eficiencia de la lixiviación depende de varios factores, pero uno de los más relevantes es la capacidad de la mineralogía primaria de generar soluciones ácidas al reaccionar con los fluidos meteóricos percolantes. Para esto, la presencia de pirita es fundamental ya que la descomposición de la misma genera ácido sulfúrico.

En condiciones reductoras se producen las reacciones que dan lugar a la formación de sulfuros secundarios de cobre calcosina y covelina, por sustitución de hierro de calcopirita o pirita.

FACTORES QUE CONDICIONAN EL ENREQUICIMIENTO

Evolución geomorfológica (exhumación) Clima Mineralogía hipógena (mena y ganga) Composición de la roca de caja Estructura Nivel de aguas subterráneas Agentes orgánicos: Bacterias Estos factores son interdependientes

EXHUMACIÓN DE UN PÓRFIDO CUPRÍFERO

La exhumación es un prerrequisito para el desarrollo de procesos de alteración y enriquecimiento supérgenos, por lo que estos procesos que son sensitivos a la evolución fisiográfica o geomorfológica de una región.

DEPÓSITOS EXÓTICOS DE COBRE

Se desarrollan en numerosos sectores aledaños a los pórfidos cupríferos andinos. En todos ellos el Cu es extraído por fenómenos de oxidación–lixiviación y es transportado lateralmente por soluciones ácidas.

Mina Sur en Chuquicamata, Damiana asociado a El Salvador, Huinquitipa (Collahuasi)

DESARROLLO DE UN DEPÓSITO EXÓTICO

La mineralización está compuesta de minerales oxidados de cobre que forman el cemento en la parte basal de un conjunto de gravas y también rellenando fracturas y microvetillas en las rocas del basamento subyacente. En menor proporción, la mineralización puede ocurrir como diseminación en gravas y rocas intensamente argilizadas, como reemplazo de feldespatos, absorbida en micas descompuestas y minerales de arcilla en zonas alteradas. El horizonte mineralizado se encuentra cubierto por una secuencia de grava estéril de espesores variables entre 120 y 200 metros. La neutralización de las soluciones ácidas portadoras del cobre, habría dado lugar a la depositación de la mena oxidada. Esta habría precipitado como silicato (crisocola), cloruros (atacamita) o como un gel amorfo rico en sílice, cobre, hierro y manganeso, correspondiente al “copper pitch y copper wad”.