Alteración Hidrotermal

Presentación del tema: "Alteración Hidrotermal"— Transcripción de la presentación:

1 Alteración Hidrotermal
Cambios mineralógicos, texturales y químicos de una roca producidos ante la presencia o circulación de soluciones hidrotermales. Cambios Mineralogía Textura Química Roca en contacto con Vapor Fluido (agua) caliente gas Usualmente solución acuosa Sistema abierto de interacción agua – roca Con desequilibrio químico Adición o remoción de componentes químicos

2 Alteración Hidrotermal
Produce un conjunto de minerales más estables en las condiciones físico-químicas hidrotermales y el resultado es una 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

3 Minerales de Alteración
Mineral Composición Cuarzo SiO2 Diasporo AlOOH Caolinita Al2Si2O5(OH)4 Pirofilita Al2Si4O10(OH)2 Feldespato-K KAlSi3O8 Muscovita KAl3Si3O10(OH)2 Sericita: término para denominar a mica blanca de grano fino, principalmente muscovita KaAl2[(OH)2|AlSi3O10], paragonita NaAl2[(OH)2|AlSi3O10] y/o illita K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)] Notar la restricción de la composición química

4 Factores que controlan la alteración hidrotermal de las rocas
Temperatura: mientras más caliente el fluido y mayor la diferencia de temperatura entre la roca y el fluido (t°) mayor será el efecto sobre la mineralogía original de la roca (protolito). Composición del fluido: particularmente el pH del fluido hidrotermal; mientras más bajo el pH (fluido más ácido) mayor será el efecto sobre los minerales originales (hidrólisis). Estos dos factores son los más importantes en definir el tipo de alteración resultante, aunque existen taambién otros factores que influyen, a saber:

5 Factores que controlan la alteración hidrotermal de las rocas
Composición de la roca: distintos minerales tienen diferente susceptibilidad a ser alterados, Ej. olivino>magnetita>hiperstena>hornblenda>biotita=plagioclasa. Sin embargo, esto es relevante solo en grados menos intensos de alteración, ya que alteraciones intensas producen una asociación mineralógica que es esencialmente independiente de la mineralogía original de la roca. Ej. La asociación mineralógica cuarzo-albita-feldespato-K-clorita-epidota férrica-illita-calcita-pirita se produce en el rango de temperatura de 250°-280°C y se ha encontrado en basaltos de Islandia, areniscas de Imperial Valley, riolitas en Nueva Zelanda y andesitas en Indonesia.

6 Factores que controlan la alteración hidrotermal de las rocas
La excepción en cuanto a composición son las rocas calcáreas (calizas), las que se alteran a minerales calco-silicatados (skarn) donde el protolito es determinante. El vidrio volcánico es el más reactivo a procesos de alteración hidrotermal, frecuentemente alterado primero a ópalo, smectita, calcita o zeolita y luego a minerales de arcilla. En contraste el cuarzo es resistente a la alteración hidrotermal y no es afectado hasta temperaturas de 300ºC, pero hay evidencias de recristalización del cuarzo a mayores temperaturas. Es relativamente frecuente que en rocas alteradas intensamente cuya textura original ha sido completamente obliterada, se preserven cristales de cuarzo primarios.

7 Factores que controlan la alteración hidrotermal de las rocas
Razón agua/roca y duración de la interacción agua-roca: mientras más agua caliente circule por las rocas y por mayor tiempo las modificaciones mineralógicas (equilibrio) será más completo. Permeabilidad: una roca compacta y no permeable no podrá ser invadida por fluidos hidrotermales para causar alteración. Sin embargo, los fluidos pueden producir fracturamiento hidráulico en rocas frágiles generando permeabilidad secundaria en ellas. Presión: ésta solo tiene un efecto indirecto, pero controla los procesos secundarios como la profundidad de ebullición de los fluidos hidrotermales, fracturamiento hidráulico (generación de brechas hidrotermales y enrejados de venillas o stockworks) y erupción o explosiones hidrotermales.

8 Factores que controlan la alteración hidrotermal de las rocas
La temperatura y la composición del fluido hidrotermal (pH) son los factores dominantes para determinar la asociación mineralógica de alteración hidrotermal resultante. La asociación de minerales resultantes refleja las características físico-químicas del fluido que produjo la alteración hidrotermal

9 Asociaciones de minerales de alteración

10 Reacciones químicas de intercambio iónico en procesos de alteración hidrotermal
Intercambio catiónico o cambio de base Ej. Mg2+ por Ca2+ o Na+ por K+ generalmente ocurre a alta t° (350°-550° y hasta ~800°C) Ej. enriqueciendo la roca en K a expensas de Na y Ca. Cationes metálicos por H+, que es un caso especial de intercambio iónico que corresponde químicamente a hidrólisis, la que es una reacción química de descomposición en la participa agua.

11 Metasomatismo de álcalis o tierras alcalinas (cambio de base)
Calcita dolomita 2CaCO3 + Mg2+ = CaMg(CO3)2 + Ca2+ Ortoclasa clorita KAlSi3O Mg H2O = Mg6.5(Si3Al)O10(OH)8 + K+ + 12H+ Ortoclasa albita KAlSi3O8 + Na+ = NaAlSi3O8 + K+ Alteraciones de tipo potásica o sódico-cálcica

12 Alteraciónes hidrolíticas
La hidrólisis controla la estabilidad de feldespatos, micas, anfíbolas, piroxenos y arcillas en procesos de alteración hidrotermal, en los cuales K+, Na+, Ca2+ y otros cationes se transfieren de los minerales a la solución acuosa y el H+ se incorpora en las fases sólidas remanentes, lo que se ha denominado metasomatismo de hidrógeno (Hemley & Jones, 1964; Econ. Geol., v. 59, p ).

13 Hidrólisis (Metasomatismo de H+)
Alteración de plagioclasa  sericita  arcillas  cuarzo Andesina sericita + cuarzo 0.75 Na2CaAl4Si8O24 + 2H+ + K+ = KAl3Si3O10(OH) Na Ca2+ + 3SiO2 Sericita (mica potásica) caolinita KAl3Si3O10(OH)2 + H H2O = 1.5 Al2Si2O5(OH)4 + K+ Caolinita Cuarzo 0.5 Al2Si2O5(OH)4 + 3H+ = SiO H2O + Al3+ Alteraciones de tipo propilítica, cuarzo-sericitica, argílica intermedia y argílica avanzada representan distintos grados de hidrólisis de los minerales de las rocas.

14 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) SiO2 + Na+ Montmorillonita caolinita +cuarzo 3 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + H H2O = 3.5 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + Na+ Sericita alunita + cuarzo KAl3Si3O10(OH)2 + 4H+ + 2SO2- = KAl3(SO4)2(OH)6 + 3SiO2 ácido sulfúrico Estas reacciones controlan la actividad de H+, K+, Ca+, Mg2+, etc. Como los cationes H+ son extraídos del fluido e incorporados en los minerales de alteración el fluido incrementa su pH, pero su variación depende de la presencia de minerales buffers de pH.

15 Otras reacciones de alteración
Hidratación (+H2O) Ej. Muscovita  caolinita Olivino antigorita 2Mg2SiO4 + 2H2O + 2H+ = Mg3Si2O5(OH)4 + Mg2+ Hematita limonita Fe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 Silicificación Calcita cuarzo 2CaCO3 + SiO2 + 4H+ = 2Ca2+ + 2CO2 + SiO2 + 2H2O

16 Otras reacciones de alteración
Redox Involucra componentes con estados de oxidación variables Magnetita hematita 4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3 (martitización) Annita ortoclasa + magnetita 2KFe3AlSi3O10(OH)2 + 2O2 = 2KAlSi3O8 + 2Fe3O4 + 2H2O Sulfuración 2S2 + Fe2O3 = 2FeS O2

17 Los sistemas hidrotermales dejan como remanente rocas alteradas y eventualmente depósitos minerales
Las asociaciones de minerales de alteración nos dan una idea de las condiciones de formación de los depósitos

18 Alteración Potásica Feldespato-K, biotita, ± anhidrita, sericita, clorita, cuarzo, magnetita, siderita Biotita o feldespato-K-magnetita dependiente de fO2 y de disponibilidad de Fe, Mg Alta temperatura: principalmente en el rango de 350°-550°, pero puede extenderse hasta temperaturas magmáticas (~800°C) Fluido con pH neutro o alcalino Feldespatos estables Metasomatismo de K+ (cambio de bases), pH no cambia Presente en núcleo de zonas de alteración ligadas a plutones intrusivos.

19 Alteración potásica

20 Alteración potásica Feldepato K teñido con Cobalto nitrito

21 Alteración potásica

22 Alteración fílica o cuarzo-sericítica
Sericita (hidromuscovita-illita), cuarzo, pirita ± caolinita, turmalina, clorita Destructora de feldespatos, involucra hidrólisis, lixiviación de tierras alcalinas (Ca, Mg) Ocurre en un rango de pH 4 a 6 a temperaturas generalmente sobre los 200°-250°C A temperaturas más bajas se da illita (200°-250°C) o illita-smectita (100°-200°C). A temperaturas sobre los 450°C, se presenta sericita con andalusita asociadas con corindón. En ambientes ricos en Na, paragonita puede aparecer como la mica dominante.

23 Alteración fílica o cuarzo-sericítica

24 Alteración fílica o cuarzo-sericítica

25 Alteración propilítica
Albita, clorita, epidota, calcita, montmorillonita (idem facies de esquistos verdes) Involucra hidrólisis, hidratación y carbonatación; se forma en condiciones de pH neutro a alcalino y rangos de baja temperatura (200°-250°C) La alteración propilítica ocurre por lo general como halo gradacional y distal de alteración potásica y/o cuarzo-sericítica. En zonas más distales se observan asociaciones de epidota-clorita-albita-carbonatos gradando a zonas progresivamente más ricas en clorita y zeolitas hidratadas formadas en condiciones de baja temperatura.

26 Zonación de alteración
en Bajo de la Alumbrera

27 Alteración sódico-cálcica (Carten, 1986; Dilles & Einaudi, 1992)
Albita-oligoclasa, epidota, actinolita, clorita, escapolita, magnetita De alta temperatura (>300°C), similar a alteración potásica en cuanto a rango de t° Los feldespatos secundarios son generalmente estables en condiciones de pH neutro o alcalino. La albita se presenta cuando los fluidos tienen una alta razón aNa+/aK+ y el feldespato potásico a bajas razones aNa+/aK+ del fluido hidrotermal Se interpreta como una alteración temprana y profunda durante etapas tardías de cristalización de un magma

28 Alteración sódico-cálcica
Agregado de actinolita-magnetita-albita en pórfido diorítico

29 Alteración argílica intermedia
Arcillas: caolinita, montmorillonita, muscovita, calcita ± cuarzo Involucra hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas (K, Na, Ca, Mg); se desarrolla en rangos de pH entre 4 y 5 y puede co-existir con la alunita en un rango transicional de pH entre 3 y 4. La caolinita se forma a temperaturas <300°C, típicamente en el rango <150°-200°C; a >300°C la fase estable es pirofilita y la dickita se forma en el rango intermedio La halloysita (grupo del caolín) se presenta como alteración supergena

30 Alteración Argílica Intermedia

31 Alteración argílica avanzada
Caolinita, dickita, pirofilita, muscovita,alunita, diásporo, cuarzo Involucra hidrólisis extrema de las roca y lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, (K, Na, Ca, Mg) Ocurre dentro de un amplio rango de temperatura pero a condiciones de pH entre 1 y 3.5 (fluidos muy ácidos) Esta se presenta con andalusita a altas tº (típicamente >350º-400º) y con corindón a temperaturas aún mayores (> ºC) Con pH <2 domina el cuarzo, mientras que alunita ycuarzo ocurre con pH >2

32 Alunita en alteración argílica avanzada
Se rompen los fuertes enlaces del aluminio en los silicatos originando sulfato de Al (alunita) y óxidos de Al (diásporo). En casos extremos la roca puede ser transformada a una masa de sílice oquerosa residual (“vuggy silica” en inglés) KAl3(SO4)2(OH)6, sulfato hidratado de K y Al

33 Alteración argílica avanzada
Sílice oquerosa por lixiviación de fenocristales de feldespato Pórfido alterado a alunita- caolinita (misma roca)

34 Cuarzo-alunita

35 Alteración tipo skarn (calco-silicatada)
La alteración tipo skarn ocurre bajo condiciones de pH neutro a alcalino en distintos rangos de temperatura ligada a contacto intrusivo en rocas calcáreas Se caracteriza por la ocurrencia de silicatos de Ca y Mg dependiendo del protolito, caliza o dolomita. Caliza  granates (andradita y grosularita), wollastonita, epidota, diópsido, idocrasa, clorita, actinolita Dolomita  fosterita, serpentinita, talco, tremolita, clorita. La asociación zeolita-clorita-carbonatos se forma a bajas temperaturas y la epidota seguida por la actinolita, ocurren a temperaturas progresivamente mayores.

36 Skarn Como es una alteración ligada a contactos intrusivos implica:
Etapa de progrado: minerales anhidros: granate, clinopiroxeno, wollastonita, olivino Etapa de retrogrado: minerales hidratados: clorita, tremolita-actinolita, epidota, carbonatos. La epidota ocurre como granos pequeños y mal cristalizados a temperaturas entre 180° y 220°C. Epidota bien cristalizada a temperaturas más altas (>200°-250°C). Actinolita es estable a temperaturas >280°-300°. En ambientes colindantes a pórfido ocurre clinopiroxeno (>300°C) y granate (>325°-350°C).

37 Etapas de retrogardo de skarn
Los minerales del grupo de las zeolitas son particularmente sensibles a la temperatura. Zeolitas hidratadas (natrolita, chabazita, mesolita, mordenita, stilbita, heulandita) predominan a condiciones de baja temperatura (<150°-200°C). Zeolitas menos hidratadas tales como la laumontita (150°-200°C) y wairakita (200°-300°C) ocurren a temperaturas y profundidades progresivamente mayores en sistemas hidrotermales. Pumpellita/prehnita a temperaturas más elevadas (250°-300°C), en asociación, en algunos casos, con epidota.

38 Alteración tipo greisen
Caracterizada por muscovita de grano grueso, feldespatos y cuarzo, con o sin topacio, turmalina y/o fluorita Este tipo de alteración ocurre principalmente asociado a fases pneumatolíticas en rocas graníticas, a temperaturas >250°C Usualmente presente en el techo de batolitos y asociada a volátiles concentrados en esa zona a partir del magma y por deshidratación de las rocas intruídas.

39 Carbonatación Caracterizada por calcita, dolomita, ankerita, siderita, ± sericita y/o albita Los carbonatos ocurren dentro de un amplio rango de temperatura y pH, asociados con caolinita, clorita y minerales calco-silicatados. En muchos sistemas hidrotermales se presenta una zonación de carbonatos en función del incremento de pH Carbonatos de Fe-Mn (siderita-rodocrosita) co-existen con caolinita e illita Carbonatos mixtos de Ca-Mn-Mg-Fe (rodocrosita-ankerita-kutnahorita-dolomita) ocurren con illita y clorita

40 Carbonatación, cont. Silicificación: cuarzo, calcedonia, jaspe.
Carbonatos de Ca-Mg (dolomita-calcita) ocurren con clorita y minerales calco-silicatados. La zonación se interpreta como producto de la decreciente movilidad de Fe, Mn y Mg a pH progresivamente más alto Los carbonatos se presentan en todo tipo de ambiente hidrotermal Silicificación: cuarzo, calcedonia, jaspe.

41 Corbett y Leach, SEG Special Publication N° 6

42 Grupo de minerales de sílice
pH<2 y <100ºC  Sílice opalina, cristobalita y tridimita A mayor tº domina el cuarzo A mayor pH y <100ºC  sílice opalina A mayor tº cuarzo 100º-200ºC Calcedonia Por razones cinéticas la sílice amorfa puede formarse hasta tº de 200ºC en ambientes de enfriamiento rápido (geyseres)

43 Grupo de la alunita pH levemente >2  alunita + sílice en un rango amplio de tº A tº >350º-400ºC alunita + andalucita Alunita magmática se deriva de fluidos de fuente dominantemente magmática y forma cristales bien formados de grano grueso con forma tabular que rellenan fracturas, cementan brechas y depósitos en huecos lixiviados como pseudomorfos de fenocristales o clastos líticos A mayor temperatura, puede estar entrecrecida con muscovita cristalina y/o andalusita y puede estar presente como grandes cristales irregulares que encierran poikilíticamente cuarzo y otros minerales o como cristales euhedrales pseudo-rómbicos.

44 Alunita Alunita calentada por vapor (“steam-heated”) se desarrolla en ambientes superficiales por la oxidación de fluidos con gas H2S, el cual deriva de un sistema hidrotermal en ebullición en profundidad. La alunita depositada de esta agua calentadas por vapor es usualmente de grano muy fino en cristales pseudo-cúbicos. Alunita supergena se desarrolla a partir de la producción de ácido sulfúrico por meteorización de sulfuros. Esta exhibe un hábito pseudo-acicular pobremente cristalino. (generalmente se asocia a otros minerales supergenos como hematita y jarosita)

45 Grupo del Caolín pH4  arcillas del grupo del caolín
pH 3-4 coexisten con grupo de la alunita Halloysita en ambiente supergeno Caolinita <150º-200ºC Dickita en condiciones intermedias Pirofilita <200º-250ºC

46 Grupo de la Illita pH 5-6  arcillas del grupo illita
pH 4-5  coexisten con grupo del caolín <100º-150ºC  smectita 100º-200ºC smectita-illita entrecrecidas en capas 200º-250ºC  Illita >250ºC  muscovita 400º-450ºC  corindón

47 Grupo de la Clorita pH neutro  clorita, carbonatos
pH 5-6  coexisten con grupo de la illita A bajas tº  clorita entrecrecida con smectita en capas

48 Grupo de Minerales Calco-silicatados
pH neutro a alcalino  calco-silicatados <150º-300ºC  zeolitas, clorita, carbonatos 180º->300ºC  epidota >280º-300ºC  actinolita >300º-325ºC  biotita (secundaria) >300ºC  clinopiroxeno > ºC  granate