Alteración Hidrotermal: Cambios mineralógicos, texturales y químicos de una roca producidas ante la presencia o circulación de soluciones hidrotermales. Cambios Mineralogía Vapor Roca en Textura Contacto con Fluido (agua) caliente Química gas Usualmente solución acuosa Sistema abierto de interacción agua – roca Desequilibrio químico Adición o remoción de componentes químicos Resultado: Conjunto de minerales más estables en condiciones hidrotermales Roca alterada La alteración hidrotermal puede involucrar: •Crecimiento de nuevos cristales •Disolución y precipitación de nuevos minerales Lixiviación Depositación •Transformación de fases minerales Reemplazo o metasomatismo Reacciones de intercambio iónico (intercambio catiónico o cambio de base) Ej. Mg 2+ por Ca2+ o Na+ por K+ Cationes metálicos por H+ , que es un caso especial de intercambio iónico Hidrólisis

Reacciones comunes de alteración 1. Hidrólisis (Metasomatismo de H+) Alteración de plagioclasa → sericita → arcillas → cuarzo Andesina sericita + cuarzo 0.75 Na2CaAl4Si8 O24 + 2H+ + K+ = KAl3Si3 O10(OH) 2 + 1.5 Na+ + 0.75 Ca2+ + 3SiO 2 Sericita (mica potásica) caolinita KAl3Si3O10(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 Na0.33Al2.33Si3.67O10(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 Pueden aumentar o disminuir el pH de la solución (pueden causar la precipitación) Bajo ciertas circunstancias puede haber buffer de pH Estas reacciones controlan la actividad de H+, K+, Ca+, Mg2+, etc.

2. Hidratación (+H2O) Ej. muscovita caolinita Olivino antigorita 2Mg 2SiO4 + 2H2O + 2H+ = Mg 3Si2O5(OH)4 + Mg 2+ Hematita limonita Fe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 3 3.- Metasomatismo de álcalis o tierras alcalinas (cambio de base) Calcita dolomita 2CaCO3 + Mg2+ = CaMg(CO3)2 + Ca2+ Ortoclasa clorita KAlSi3O8 + 6.5Mg2+ + 10 H2O = Mg6.5(Si3Al)O10(OH)8 + K+ + 12H+ Ortoclasa albita KAlSi3O8 + Na+ = NaAlSi3O8 + K+ 4.- Silicificación Calcita cuarzo 2CaCO3 + SiO2 + 4H+ = 2Ca2+ + 2CO2 + SiO2 + 2H2O 5. Redox Involucra componentes con estados de oxidación variables Magnetita hematita 4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3 (martitización) Annita ortoclasa + magnetita 2KFe3AlSi3O10(OH)2 + 2 O2 = 2KAlSi3O8 + 2Fe3O4 + 2H2O

6. Sulfuración 2S2 + Fe2O3 = 2FeS2 + 1.5O2

Manifestación Física •Halos de alteración/envolventes o zonas de alteración •Alteración pervasiva •Alteración selectiva •Obvia o críptica Puede ser local o extensa (mm a km) Morenci, pórfido Cu: depósito = 2 km2, alteración = 72 km2 Exploración Factores controladores: •Temperatura y ∆tº entre roca y fluido invasor •Composición del fluido (pH) •Razón agua/roca y duración de la interacción agua – roca •Permeabilidad •Composición de la roca (química del protolito) •Presión; factor indirecto que controla procesos secundarios - profundidad de ebullición - fracturamiento hidráulico - erupción hidrotermal Cambios - Químicos (roca y fluido) - Densidad (+ o -) - Porosidad (+ o -) - Permeabilidad (+ o -) - Susceptibilidad magnética (usualmente -, pero +) - Resistividad (-, pero sulfuros +) Resultado final solo roca alterada, porque el fluido es removido del sistema, excepto por inclusiones fluidas. Asociación de minerales

características del fluido

Tipos de Alteración (Meyer y Hemley, 1967; in Barnes) (Reed, 1997 ; in Barnes) 1. Propilítica (hidrólisis, hidratación, carbonatación) epidota, clorita, albita, carbonatos, montmorillonita 2. Potásica (metasomatismo de K+, hidrólisis) feldespato K, biotita 3. Fílica (sericítica) (hidrólisis, lixiviación de tierras alcalinas; Ca, Mg) muscovita (sericita), cuarzo (pirita, caolinita) 4. Argílica (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg) caolinita, montmorillonita, muscovita, calcita 5. Argílica avanzada (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg) caolinita, dickita, pirofilíta, muscovita, alunita, diásporo 6. Sódico-cálcica (cambio de base, hidrólisis) albita, epidota, actinolita, clorita 7. Skarn (silicificación, hidratación, metasomatismo alcalino y de tierras alcalinas) anhidros: granate, clinopiroxeno, wollastonita, olivino hidratados: clorita, tremolita-actinolita, epidota, carbonatos. 8. Greisen (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg, adición de flúor) Muscovita, topacio, fluorita, turmalina, cuarzo, feldespatos. 9. Carbonatación (adición de CO3) Calcita, dolomita, ankerita, siderita, sericita, albita 10. Silicificación (adición de sílice, lixiviación de álcalis, lixiviación de Al) Cuarzo, calcedonia, jaspe.

Transferencia de masas en sistemas hidrotermales Advección/convección vs. Difusión Advección Los fluidos necesitan espacio físico para fluir a través de la corteza terrestre Muchos minerales de mena son precipitados en espacios abiertos La porosidad y permeabilidad son importantes en el control de: •La ubicación de mineralización (a escala local y regional) •Del tamaño y forma de los depósitos minerales Porosidad y permeabilidad primaria vs. Secundaria Primaria: generalmente rocas sedimentarias (Ej, rocas clásticas bien seleccionadas, arrecifes, lavas vesiculares. Secundaria: más importante Inducida tectónicamente: fallas, diaclasas Inducida por fluido: disolución (Ej. Karsts); dolomitización; fracturamiento hidráulico Preparación del terreno “ground preparation” Razones para la advección o convección Diferencias de densidad: inducidas termalmente, diferencias composicionales Gradientes de presión: compactación sedimentaria, generación de fluidos metamórficos, dilatación durante deformación, diferencias de elevación, liberación de fluidos de magma (típicamente alta tº y P como en pórfidos Cu).

La razón de flujo depende de varios factores: densidad viscosidad diferencia de presión permeabilidad

Ley de Darcy Q = KiA Q = descarga (m3/seg) K = conductividad hidráulica (coeficiente de permeabilidad) I = gradiente hidráulico (Dh/l) A = área de la sección Hay importante transferencia de masas por advección

Difusión Movimiento de especies moleculares o iónicas a través de un medio “inmovil” (gas, líquido o sólido); generalmente inducido por gradientes de concentración.

F = -D(dc/dx)

Primera ley de Fick

F= flujo difusivo D= coeficiente de difusión dc/dx = gradiente de concentración -Signo negativo indica hacia abajo en el gradiente de difusión D para iones o moleculas en agua ~ 10-5 cm2/seg D para iones en sólidos a 1000ºC ~ 10-10 cm2/seg En general la difusión en líquidos es solo importante cuando el fluido está estático y/o donde la permeabilidad es baja La difusión en sólidos solo es importante a altas temperaturas

Clasificación de Depósitos Minerales •Distintos criterios de clasificación

Forma y Tamaño Ej.

Vetas Estratiformes (mantos) Irregulares Chimeneas Estratoligados Stockwork (enrejados de venillas)

Minerales o metales Conocidos (asociaciones) Ej.

Pb-Zn-Ag Ni-Co Sn-Ag-Bi Turmalina-cuarzo

Depósitos de Cobre (Clark, 1993) Monstruosos Super-gigantes Gigantes Muy grandes Grandes Moderados Pequeños

Cu fino Mt >31 10-31 3-10 1-3 0.3-1 0.1-0.3