Metalogénesis e hidrotermalismo

1. Metalogénesis
e
hidrotermalismo
Profesor: Hans Kauffmann
Curos de cristalografía
06 de diciembre 2021

2. Metalogénesis perspectiva global
Corteza
Litósfera
Astenófera
mite Núcleo-
Manto
Manto
Núcleo
externo
líquido
Núcleo
interno
sólido
(Fe, O, S, Ni)
(Mg, Fe, Al, Si & O)
Lí
Corteza
Litósfera
Astenófera
Manto
Límite Núcleo-
Planeta
Tierra
Corteza
Litósfera
Astenófera
Límite Núcleo-
Manto
Manto
Núcleo
externo
líquido
Núcleo
interno
sólido
(Fe, O, S, Ni)
(Mg, Fe, Al, Si & O)
En la actualidad casi el 100% de los
recursos minerales de interés
económico son extraídos de la
corteza continental, que
representa< 0.03% de la masa y <
30% de la superficie del planeta.
El origen de los continentes esta
vinculado a los procesos de subducción.
La metalogénesisasociada a zonas de
subducción, que aporta gran parte de los
metales al mercado actual, resulta de una
compleja interacción entre procesos
corticales y mantélicos profundos.
¿Cual es la anatomía de una
zona de subducción y que
procesos la gobiernan?

3. n
e Con núcleo Con núcleo
a completamente líquido interno sólido
c i
m t = 2 t = 3
r
é
t QLNM
a M
í lncremento abrupto de la disipación
g N
r e de energía T°C por convección
e t composicional (por cristalización del
n i QC QR
e m Núcleo lnterno)
í e
l
d e Manto Q N Q
l
n
ó Núcleo
i
ac t = 1 interno
p
i Núcleo externo
s t = 0 Arqueano Proterozoico
i
D
4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 Tiempo (Ga)
Arqueano Proterozoico
Energía y Subducción Historia Térmica del Planeta Tierra
Arqueano Proterozoico Fanerozoico
4550 Ma Presente
~4525 Ma 2500-1000 Ma
s s
s + l l l l
s s s
t = 0 t = 1 t = 2 t = 3
Edad del núcleo sólido de Labrosse, Poirier, Le Mouel (2001)
Con núcleo Con núcleo
completamente líquido interno sólido
Transición
Arqueano-
Proterozoico
t = 2 t = 3
QLNM
lncremento abrupto de la disipación
de energía T°C por convección
composicional (por cristalización del
Núcleo lnterno)
Q + Q
C R
Estilo de
subducción
moderno
Manto QLNI+QL+E
X
Núcleo
interno
t = 1
t = 0 Núcleo externo
Arqueano Proterozoico
4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 Tiempo (Ga)
isip
ción
de
nerg
ía
érmi
a en
e
l
l
í
m
i
t
e
N
Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)

4. Parche silíceo
rico en hierro
Capa silícea
parcialmente
fundida ??
ULVZ= ultra light
velocity zone
(1-2 km espesor)
Equilibrio Qco.
Núcleo-Manto
M
Ma
an
nt
to
o
i
in
nf
fer
eri
io
or
r
Capa silícea
parcialmente
fundida ??
c
ca
ap
pa
a
ULVZ= ultra light “
“D
D”
”
velocity zone
(?)
(1-2 km espesor)
ULVZ
Parche silíceo
rico en hierro Fe fundido
N
Nú
úc
cl
leo
eo
Silicatos Plumas ricas en ex
ext
te
er
rn
no
o
elementos livianos
Equilibrio Qco.
Núcleo-Manto
Capa “D”: transición Núcleo-Manto
(zona de transferencia de masa y energía desde el núcleo)
200
100
0 km
Modificado de Buffet et al., 2001 (Science)
Fe
1mm
Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)

5. Corteza Continental Corteza Oceánica
(a) Litosfera Moho
Moho
Astenósfera 100
(b)
Superior 200
(c) Peridotita 300
sólida m)
k
(d) 400 (
Cambio a >q (D-410)
didad
500
(e) Transición un
of
600 r
P
(f) Cambio a >q (D-660)
700
(g) Velocidad Inferior 800
ondas S (km/s)
900
3 4 5 6 7
Núcleo externo
Litosfera
Astenósfera
Perfil de viscosidad
del Manto Estructura
del Manto
Log viscosidad
(Pa.seg)
20 22 24
18 Corteza Continental Corteza Oceánica
Moho
100
(a)
Manto
superior (b)
Astenósfera
200
Superior
Peridotita
(c) 300
sólida
(660 Km)
1000 400
(d) (D-410)
Cambio a >q
500
(e) Transición
600
(f) Cambio a >q (D-660)
700
Manto
Inferior (g) Inferior 800
2000 Velocidad
ondas S (km/s)
900
4 6
3 5 7
Sistema de
doble
convección
Zonas de Transición:
(Empaquetamientos más densos)
d. Ol c Sp (D−410)
3000
Sp c Perv (D−660)
f.
Davies & Richards (1992)
Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)
Pr
ofu
ndi
da
d
(k
m)
Pr
of
un
did
ad
(k
m)

6. Dunita
90
burgita Wehrlit
Lherzolita
40
Websterita olivínica
10
Rocas del Manto involucradas
en la subducción
Olivino (Mg,Fe)2SiO4
Peridotitas
Harz a
Piroxenitas
Ortopiroxenita
Ortopiroxeno
(Mg,Fe)2Si2O6
10 Clinopiroxeno
Websterita
CaMgS2iO6
Clinopiroxenita
Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)

7. (Fe,Mg) (Ca,Al)
60 Km
Piroxeno
U
Granate
520 Km
a
it
u
60Km
Mineralogía del Manto involucrada en la subducción
Manto
(Fe,Mg) (Ca,Al)
Densidad
(q) 100
Olivino
200
(Mg,Fe)2SiO4
300
410 Km 400
Wadleyita
500
520 Km
Ringwoodita 600
660 Km
700 Km 700
Perovsquita
800
Mg-wustita
900
(Km)
Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)
sismicidad
Tra
nsf
or
m
aci
ón
est
ru
ct
ur
al
de
fas
es
(P
er
ov
sq
uit
a)
(E
spi
ne
lo)
(O
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no
)
Ca
-
Pe
ro
vs
q
M
g-
Pe
ros
v.
inf
eri
or
tra
ns
ici
ón
su
pe
rio
r

8. Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)

9. Metalogénesis - Magmatismo & Mineralización (O.M.Rabbia)

10. • Metalogénesis: Término derivado del griego “metaleion” que significa “mina”,
el cual se refiere al estudio de la génesis de depósitos minerales (metálicos o
no-metálicos), con énfasis en sus relaciones espaciales y temporales (espacio-
tiempo) con los rasgos geológicos regionales (tectónicos, petrográficos, etc).
Es decir, el estudio de la relación de los depósitos minerales con su entorno
geológico regional.
Definiciones Básicas
• Provincia Metalogénica: es un área caracterizada por una agrupación de
depósitos minerales o por uno o más tipos característicos de depósitos. Una
provincia metalogénica puede contener más de un episodio de
mineralización.
• Época Metalogénica: Es una unidad de tiempo geológico favorable para la
depositación de menas o caracterizada por una agrupación particular de
depósitos minerales. En una misma área pueden estar representadas varias
épocas metalogénicas.

11. • Metalotecto: Término que se refiere a una
determinada característica geológica que se cree
que ha jugado un rol en la concentración de uno o
más elementos (o sustancias minerales) y ha
contribuido a la formación de depósitos minerales;
puede ser estructural, estratigráfico, litológico,
geomorfológico, etc. y puede combinar espacio y
tiempo. Ej. Orógeno Andino, una caldera volcánica,
rocas volcánicas jurásicas, una falla regional, etc.
Definiciones Básicas
• Franja Metalogénica (id. Faja, cinturón.): Término
utilizado en Chile por varios autores (incluyendo este
trabajo) debido a un factor de escala. Las franjas
metalogénicas existentes en Chile se ajustan a la
definición de Provincia Metalogénica, pero en
trabajos previos se ha considerado a Los Andes como
una Provincia Metalogénica dominada por
yacimientos cupríferos. Esto ha llevado a definir en
detalle ya sea sub-provincias o franjas metalogénicas

12. • Mapa Metalogénico: Mapa a escala
regional que muestra la distribución de los
depósitos minerales (metálicos o no-
metálicos) sobre una base geológica
adecuada para destacar características
relevantes de la mineralización y con una
simbología apropiada para indicar la
forma, tipo de mineralización y magnitud
de cada depósito (el tamaño de los
depósitos se muestra independiente del
nivel de explotación; no es un mapa de
recursos mineros). El propósito de los
mapas metalogénicos es proveer una base
o punto de partida sólido para
exploraciones mineras regionales.
Definiciones Básicas

13. Magmatismo y Subducción

14. Magmatismo Suprasubduccion
• El magmatismo asociado a zonas de subducción típicamente se presenta en
un frente paralelo a la zona de subducción con actividad intrusiva y volcánica
que constituye el arco magmático, pero también puede existir magmatismo
en trás-arco como el magmatismo meso-cenozoico de Bolivia y Argentina y
en situaciones excepcionales magmatismo de ante-arco como el existente en
los Andes Patagónicos.
• Extracción de los metales
desde un magma en
cristalización mediante un
fluido hidrotermal.
• Si durante la cristalización
magmática, una fase volátil
es liberada, esta puede
contener H2O, CO2, Cl, F, S,
álcalis y metales.

15. • El momento de la exsolución es importante pues los elementos formadores
de menas pueden conformar minerales antes de la liberación de la fase
volátil.
• Normalmente una liberación temprana de la fase volátil a una profundidad
relativamente alta es más favorable para la formación de un depósito
mineral.
Fuentes de calor
1. Magma
2. Metamorfismo
3. Gradiente geotérmico
La temperatura a la cual
generalmente se forman los
minerales va de 50 a 650°C

16. Mezcla de fluidos
Interacción fluido/roca
Separación de fases
Dirección
de flujo
Migración
Escape
de fluidos
Trampa
Origen de metales y fluidos
Fuente de
energía
Descarga de
líquidos
residuales
Depósito
Depósito
Depósito
No forma depósitos
Fluido
transportador
Fuente de
metales
Fuente de
ligandos
Escala del sistema
(5-500 km, dependiendo del sistema) Escala de área afectada
0.5 – 10 km
Escala del depósito
Menos de 5 km

18. Caracterización de los fluidos hidrotermales
• Observación empírica: Contendrían las substancias comunes que el agua
puede disolver de la roca caja, más otras originadas en el magma
• Fuentes termales: Muestra diluida de soluciones mineralizadoras que han
perdido la mayor parte de los metales que podría haber contenido en
profundidad
• Inclusiones fluidas: Son relictos de las solución hidrotermal a partir de la cual
precipitó el cristal huésped.
Composición de una solución hidrotermal
• Elementos más comunes: Si, C, Mg, Na, K, Ca y Fe.
• Altos contenidos de metales
• Abundante sílice en solución
• Altamente salinas, concentraciones de NaCl hasta 2 molar
• Aniones más comunes Cl, SO4, HCO3
• Azufre necesario para formar los metales.

19. Métodos para la estimación de temperatura
•Puntos de fusión e inversión
•Asociaciones minerales
•Texturas de exsolución
•Inclusiones fluidas
•Sustitución limitada
•Distribución de elementos traza e isóstopos

20. Puntos de fusión e inversión
• La temperatura de cristalización fija la temperatura máxima de
formación de un mineral, sin embargo esta dependen de la
presión, de presencia de otras sustancias en solución y en forma
frecuente de la existencia de volátiles.
• Punto de inversión sólido-sólido puede entregar información de
temperatura máxima o mínima de formación si existe la forma
mineral de baja temperatura o alta temperatura.
Acantita (monoclínica) -- 177C --Argentita (cubica)
Calcosina (ortorrombica)-- 104C --Calcosina (hexagonal)
• Se pueden considerar para establecer rangos de temperaturas de
formación, sin embargo, muy pocos minerales son apropiados, y la
información que entregan puede ser errónea y poco confiable.

21. Asociaciones minerales
• Con frecuencia para, estimar de temperatura se utiliza la existencia o
no de ciertos minerales y asociaciones minerales.
• Este procedimiento puede aportar valores referenciales respecto de
la temperatura de formación de menas, pero no datos definitivos.
- Caolinita no es estable sobre 350, serpentinita sobre 500
- Granate-piroxenos asociación de alta temperatura
- Albita-epidota-clorita asociación de baja temperatura.
El equilibrio químico que involucra los minerales mencionados
depende de los cambios de temperatura, presión y presencia de otras
sustancias.
Su aplicación no esta libre de incertidumbres.

22. Texturas de exsolución
• La segregación de una fase mineral menor desde un sólido hospedador al ocurrir
el enfriamiento es indicativa de una solución sólida originada a altas temperaturas.
• Las soluciones sólidas entre pares de óxidos o sulfuros son muy restringidas.
• Basados en texturas de exolución en la mina Aberfoyle de Tasmania, se estimaron
los siguientes rangos de temperatura:
- Calcopirita y Estanita en Esfalerita 550C
- Esfalerita en Calcopirita 400C
- Estanita en Calcopirita 475C
- Esfalerita en Estanita 325C
- Calcopirita en Estanita 400-475C
• Los minerales se habrían depositado entre los 400 y 500 C.
• Estudios de inclusiones fluidas indican un valor promedio de 400 C.

23. Sustitución limitada
Es común en
minerales de mena
El grado de
sustitución
generalmente
aumenta al subir la
temperatura.

24. Distribución de elementos trazas e isótopos
• Involucra la sustitución basada en el coeficiente de distribución o coeficiente de
partición elementos entre dos o más minerales.
• Para ello es necesario realizar la medición de concentraciones de un elemento
traza en minerales contemporáneos.
• El cadmio normalmente se encuentra en cantidades detectables en esfalerita y
galena. Si estos minerales son contemporáneos y precipitan desde de una
solución con pequeñas cantidades de cadmio, este elemento se distribuiría entre
los dos en una relación dependiente de la temperatura.
• En los pocos depósitos donde se a probado el método, se ha chequeado en forma
satisfactoria con temperaturas obtenidas por inclusiones fluidas.
• Otras sustancias que están siempre presentes en cantidades menores y que se
distribuyen en razones definidas en minerales contemporáneos son los isótopos
de algunos elementos, especialmente oxígeno (O18/O16 ) y azufre (S34/S32).

25. Presión
• No existe un método independiente apropiado para determinar la presión
puesto que en todos los procedimientos, esta variable se encuentra
estrechamente relacionadas a la temperatura.
• Una forma usual de determinar la presión es mediante una reconstrucción de
la profundidad de enterramiento.
• Si se asume que las soluciones hidrotermales se mueven por fisuras abiertas
comunicadas con la superficie, entonces la mayoría de estos depósitos se han
formado por sobre el límite fragil/ductil.
• a profundidades menores a 10 km. A profundidades mayores las fracturas no
pueden mantenerse abiertas debido al peso del material suprayacente
• La presión a una profundidad de 10 km puede ser calculada de manera general
en base a una columna d agua de 10 km, lo que es igual a 1000 atm.
• 2000 atm sería el límite superior de presión para la formación de vetas, con
seguridad la mayoría de los depósitos se originan a presiones mucho menores,
del orden de unos cientos de atmoferas.