UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA MINERA Y METALRGICA
Escuela Profesional de Geologa
Yacimientos de Minerales Metlicos
Transporte Y Deposicion De Metales Preciosos En Depsitos Epitermales
Datos del alumno:
Apellidos y Nombre: Gonzales Castro, Rodrigo Cdigo:20104063C
Email:[email protected] Mvil: 945191952
Fecha de entrega:06/04/14
Profesor: Esteban D. Manrique Ziga
Email: [email protected], Mvil: 998 718 646
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ndice
RESUMEN ............................................................................................................................. 1
1 Introduccion ............................................................................................................... 2
2 Mecanismos de Transporte ...................................................................................... 3
3 Mecanismos de Deposicion ..................................................................................... 7
4 Discusion ................................................................................................................... 9
5 Conclusiones ........................................................................................................... 15
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Tema: Page: 1 Trabajo Domiciliario, Ciclo 2013-I
RESUMEN
En sistemas epitermales el oro y la plata puede ocurrir juntos como electrum o en ensambles
minerales consistiendo de varias proporciones de minerales nativos, sulfuros, sulfosales,
telururos y seleniuros. Los ratios plata:oro varan desde menos de uno hasta ms que 20 en
estos depsitos. .donde una relacin paragentica puede ser establecida ente oro y plata,
argumentos geoqumicos llegan a la conclusin que los dos metales son transportados como
similares especies bisulfuros. La solubilidad de estos metales como complejos bisulfuros
incrementa con la actividad del H2S y decrece con la actividad del oxgeno. Dependiendo de la
composicin de la solucin, un incremento en el pH puede generar en ambos un incremento o
decrecimiento en la solubilidad de los complejos bisulfurados. En temperaturas mayores a los
300 C, dependiendo de la salinidad de la solucin, los complejos clorurados dominan sobre
los complejos sulfurados. La solubilidad del oro y la plata como complejos clorurados
incrementa con la temperatura y la actividad de oxgeno, y decrece con el incremento del pH.
Los mecanismos de deposicin de los metales preciosos transportados como complejos
bisulfurados contrastan con los mecanismos para metales transportados como especies
cloruradas. Para complejos bisulfurados, un decrecimiento de la actividad de H2S y/o oxidacin
de la solucin son los ms eficientes mecanismos de deposicin. Para complejos clorurados,
el decaimiento de la temperatura, el incremento del pH, y/o la reduccin son requeridas. Para
soluciones saturadas con respecto a cada uno, menos importante pero igualmente lentos
mecanismos de deposicin para cada especie compleja son los decrecimientos en salinidad y
fraccin en masa de agua.
Los procesos en los cuales ocurren en naturales sistemas hidrotermales los cuales resultan
en los cambios necesarios en qumica para causar la deposicin de los metales son la
ebullicin, la mezcla de soluciones, y las reacciones de alteracin de la roca caja. Estos tres
procesos pueden resultar en un decrecimiento de la temperatura y actividad de H2S en el
transporte de soluciones. La ebullicin resulta en un incremento del pH, actividad del oxgeno
y los cloruros, y salinidad, y un decrecimiento en la fraccin de masa de agua en el fluido
mineralizante. La mezcla de soluciones resulta en un incremento en la actividad de oxgeno y
fraccin en masa de agua y un decrecimiento en la actividad del cloruro y la salinidad.
Finalmente, las reacciones de alteracin de la roca caja resultan en un incremento del pH y
salinidad y un decaimiento en la fraccin de masa de agua.
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1 INTRODUCCION
Exitosos modelos de exploracin para depsitos hidrotermales de metales preciosos deben ser
basados en los bien definidos modelos genticos que considera la teora geolgica y
geoqumica as como observaciones de campo en ocurrencias conocidas. Los lmites en el
ambiente geoqumico de formacin mineral dentro de un arreglo estructural favorable pueden
ser establecidos si los mecanismos de transporte y deposicin son entendidos. El propsito de
este artculo es comparar las soluciones qumicas de oro y plata con el objetivo de determinar
mecanismos de transporte y deposicin que son consistentes con las ocurrencias minerales
de estos dos metales.
En depsitos epitermales y otros tipos polimetlicos hidrotermales el oro y la plata a menudo
ocurren juntos como electrum en ensambles minerales consistiendo de varias proporciones de
metales nativos, sulfuros, sulfosales, telururos y seleniuros. En estos depsitos el ratio
plata:oro vara desde menos de uno hasta ms de veinte. La tabla 1 enlista estos ratios para
un nmero de depsitos seleccionados, muchos de los cuales son conocidos por su produccin
de oro. Aunque no est incluido en la tabla, depsitos en roca sedimentaria de tipo Carlin
parecen ser relativamente escasos en plata cuando se compara con otros tipos de depsitos.
Donde una relacin paragentica puede ser establecida entre oro y plata, es razonable concluir
que los dos metales fueron depositados por mecanismos similares y fueron transportados en
medios similares tambin. La discusin debajo confirmara las similaridades en la qumica de
las soluciones de los dos metales, aunque las diferencias pueden explicar las separaciones del
oro y la plata en ciertos tipos de depsitos hidrotermales.
Los procesos que controlan el transporte y la deposicin de metales preciosos en sistemas
hidrotermales envuelven un complejo set de relaciones de equilibrio entre los minerales de las
rocas encajonantes, la solucin acuosa, y a menudo una fase de vapor. Estos equilibrios, en
turnos, son gobernados por variaciones en la temperatura, presin, pH de la solucin, las
actividades del oxgeno, azufre y otros componentes voltiles en el sistema; y la concentracin
de sales disueltas como cloruro de sodio en la solucin. El transporte de metales depender
de su solubilidad acuosa y el efecto de cada uno de estos parmetros fisicoqumicos en la
solubilidad es evaluado debajo usando informacin terica y experimental. Una vez conocida
como el oro y la plata ocurren en solucin y en qu cantidades, es posible postular cambios
ocurridos en los distintos parmetros que podran ser responsables de la deposicin. En
sistemas hidrotermales naturales son raramente independientes uno del otro, y por lo tanto es
difcil de evaluar el efecto de cada parmetro por separado en el comportamiento del oro y la
plata en un sistema dado. Las relaciones de fase presentadas definen lmites qumicos en el
sistema hidrotermal, asumiendo equilibrio. Sin embargo, la geometra final, tamao y ley de un
deposito depender del ratio de flujo del fluido, cintica de las reacciones responsables de la
deposicin, y mltiples evento de lixiviacin-precipitacin por la introduccin de soluciones, as
que el tiempo se vuelve una variable real.
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2 MECANISMOS DE TRANSPORTE
Los mecanismos de transporte del oro en sistemas hidrotermales han sido abordados
previamente por Henley (1973), Seward (1973; 1979; 1984), Saunders (1986), Romberger
(1986a; 1988), y Shenberger y Barnes (1989). Aunque muchas soluciones acuosas de
complejos de oro son conocidas, bajo las condiciones fisicoqumicas apropiadas para la
formacin de muchos depsitos epitermales existe suficiente informacin solo para complejos
clorurados y bisulfurados. Saunders (1986) presenta buena evidencia para el oro siendo
transportado como un complejo telurururado en la formacin de depsitos de telururos de oro,
sin embargo, no hay informacin que garantice la estabilidad de esta especie. En adicin,
estudios experimentales de Grigoryeva y Sukneva (1981) sugiere que el oro puede ser
transportado como un complejo tioarseniurado basado en las solubilidades medidas para este
metal en soluciones con contenido de arsnico. Romberger (1986a) discuti las variables
importantes envueltas en el transporte y deposicin de oro como una especie tioarseniurada.
Sin embargo, no existe informacin suficiente para calcular cuantitativamente la solubilidad de
complejos oro-arsnico en sistemas hidrotermales. El transporte del oro como un complejo
tioarseniurado es consistente con la comn asociacin entre los minerales de oro y arsnico
en muchos tipos diferentes de sistemas hidrotermales desde depsitos epitermales a
metamorfognicos emplazados en dioritas.
Dos de las ms convenientes variables usadas para describir el equilibrio solucin-mineral en
sistemas hidrotermales conteniendo metales preciosos y minerales asociados son la actividad
de oxgeno y pH. La Figura 1 sirve como un cuadro geoqumico para una posterior discusin.
Este muestra la importancia relativa de varias especies acuosas sulfuradas, los campos de
estabilidad de varios minerales de hierro encontrados en depsitos de minerales preciosos, y
la relativa estabilidad del carbn, dixido de carbono y metano a 250 C. Estas relaciones de
fase son calculadas usando informacin de Wagman y otros (1969), Robie y otros (1978), y
Barner y Scheuerman (1978). La solucin es elegida para tener 6% en masa de cloruro de
sodio y 320 ppm de azufre. La temperatura est basada en un valor promedio determinado a
partir de un numero de medidas geotermomtricas en depsitos de oro epitermal (Buchanan,
1981). Sin embargo, este y los diagramas subsecuentes pueden ser aplicados a depsitos
formados a diferentes temperaturas tambin. La posicin relativa de los campos de estabilidad
y las pendientes de las fronteras son independientes a la temperatura, pero, los interceptos de
varios campos fronterizos y contornos con la actividad de oxgeno y pH cambiaran con la
temperatura. Los diagramas son ms usados en relacionar soluciones qumicas a ensambles
minerales estables y en determinar cambios en el sistema como pH y la variacin en la
actividad de oxgeno. Por lo tanto, los valores absolutos para la actividad de oxgeno y pH no
son crticos.
Superimpuestos en los diagramas estn las solubilidades y las estabilidades relativas de los
complejos AuCl2- y Au(HS)2-. La solubilidad de los complejos clorurados fue calculada usando
informacin termodinmica de Wagman y otros (1969). La solubilidad de los complejos
bisulfurados fue calculada usando la informacin de Shenberger y Barnes (1989). Para este y
los subsecuentes diagramas en los clculos de solubilidad se tomaron en cuenta los
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coeficientes de actividad usando la ecuacin modifica de Debye-Huckel e informacin
apropiada de Helgeson y otros (1981). La figura muestra que la mxima solubilidad del oro
ocurre como complejo bisulfurado en soluciones ligeramente alcalinas cerca al borde acuoso
sulfuro-sulfato dentro del campo de la estabilidad de la pirita-sericita. En contraste, el oro es
ms soluble como complejo clorurado en soluciones acidas oxidantes fuera del campo de
estabilidad de la pirita.
La figura 2 muestra la solubilidad del oro como complejos bisulfurados y clorurados en funcin
de la temperatura y de la concentracin de cloruro de sodio a un pH 4 y a una actividad de
oxigeno equivalente al borde H2S-sulfato (Fig. 1). La solubilidad del oro como complejos
clorurados incrementa rpidamente con la temperatura. Sin embargo, los complejos
bisulfurados muestran solo una ligera dependencia de la temperatura, con un bajo mximo de
acerca 200 C. El resultado muestra una temperatura de cruce en la cual en la parte superior
los complejos clorurados predominaran y debajo del cual el oro ocurrir en solucin
predominantemente como complejo bisulfurado. Arriba entre 250 y 300 C a este acido pH la
solubilidad del oro como complejo clorurado excede al complejo bisulfurado. La temperatura
de cruce cambia con la concentracin de cloruro de sodio desde cerca de 250 C a un 30 por
ciento en peso de cloruro de sodio a cerca de 350 C a un 0.6 por ciento en peso de la solucin.
Esto resulta a partir del incremento de la solubilidad del complejo clorurado como el incremento
de la actividad del cloruro. En contraste, la solubilidad del complejo bisulfuro es ligeramente
dependiente de la concentracin de cloruro de sodio a causa de la pequea variacin del
coeficiente de actividad para Au(HS)2- con la salinidad y la temperatura. Este cambio a partir
de complejos bisulfuros a complejos clorurados de oro por incremento de la temperatura es
similar al determinado por Large y otros (1988) en sus estudios de distribucin de oro en
depsitos de sulfuros masivos.
El cruce entre complejamiento bisulfurado y clorurado es tambin una funcin del pH. La figura
3 compara la solubilidad de los complejos bisulfurados y clorurados de oro como una funcin
a pHs de 4 y 6 en un 6 por ciento en peso de solucin de cloruro de sodio a lo largo del lmite
H2S-sulfato. El pH 6 fue escogido porque se encuentra o est cerca, dependiendo de la
temperatura, en el campo de la estabilidad de la sericita, una comn alteracin mineral en
depsitos epitermales. Basado en ensambles minerales, las soluciones responsables del
transporte de oro en depsitos epitermales son probablemente ms cercanos al neutro o
ligeramente alcalino. Un pH neutro a 250 C es aproximadamente 5.5. La figura 3 muestra que
la solubilidad del Au(HS)2- incrementa con el pH mientras que la del AuCl2- decrece,
resultando en un cruce desde 285 C a pH 4 a ms de 400 C a un pH 6. Estos resultados
muestran que excepto a altas temperaturas y bajo pH los complejos bisulfurados predominaran
sobre los complejos clorurados. El esquema puede contribuir a una menor movilidad del oro
en zonas de alteracin acidas-sulfatadas en depsitos epitermales, y puede ser la principal
forma de oro soluble en sistemas de prfidos de cobre de altas temperaturas.
La figura 1 sugiere que la solubilidad del oro es fuertemente dependiente de la actividad de
oxigeno (Romberger, 1986a, 1988). La figura 4 compara la solubilidad de Au(HS)2- y AuCl2- a
lo largo de dos diferentes actividades de oxigeno; donde las actividades de H2S y sulfato son
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iguales, como en la figura 2 y 3, y a una alta actividad de oxigeno donde la pirita coexiste con
la hematita y la magnetita (Fig. 1). Otras condiciones elegidas son el pH 6 y un 6 por ciento en
peso de cloruro de sodio. A este pH, la pirita coexiste con la hematita por debajo de los 225 C
y con la magnetita por encima de esta temperatura. La figura 4 muestra que la solubilidad de
los complejos clorurados incrementa ligeramente con el incremento de la actividad de oxgeno.
Sin embargo, la solubilidad de los complejos bisulfurados decrece significantemente. A 250
C, est un quinto orden de decrecimiento de la magnitud en la solubilidad de oro con un
segundo orden de incremento de magnitud en actividad de oxgeno. Este decrecimiento en la
solubilidad de oro como Au(HS)2- con la oxidacin es consistente con la pendiente de la
superficie de solubilidad en el campo de sulfato en la Figura 1, ilustrado por el espacio cercano
del contorno de solubilidad. La figura 4 tambin muestra que los complejos clorurados se
vuelven ms importantes a altas temperaturas y en soluciones oxidantes.
La solubilidad de oro como un complejo bisulfurado tambin ser una funcin de la actividad
de varias especies de azufre en solucin. Esto es mostrado en la figura 5 donde la solubilidad
de oro como complejos clorurados y bisulfurados es expresada en trminos de las actividades
de oxgeno y H2S a 250 C, pH 6, y un 6 por ciento en masa de solucin de cloruro de sodio.
Tambin mostrado en el diagrama estn las estabilidades relativas de varios xidos y sulfuros
de hierro, con magnetita siendo reemplazada con clorita (Barton y otros, 1977). El borde entre
sulfuro en vapor y sulfuro lquido, Sv/Sl y que donde las actividades de H2S y sulfato son
iguales son incluidas. La figura tambin muestra el rango de actividades de oxigeno sobre el
grafito es estable. La solubilidad de Au(HS)2- incrementa con el incremento de la actividad de
H2S y el decrecimiento de la actividad de oxgeno. Adems, desde la pendiente del contorno
de solubilidad, est claro que la solubilidad del oro es mucho ms sensible a la actividad del
H2S que a la actividad de oxgeno. En contraste, la solubilidad del oro como complejo clorurado
es independiente de la actividad de H2S e incrementa con la actividad de oxgeno.
Argumentos paralelos pueden ser hechos para la solubilidad de la plata como complejos
clorurados y bisulfurados aunque histricamente el complejamiento clorurado ha sido
considerado ms importante. Seward (1976) midi la solubilidad de la plata en soluciones de
cloruro de sodio a temperaturas mayores de 350 C y concluyo que el complejamiento
clorurado fue importante en el transporte y deposicin de este metal en depsitos
hidrotermales. El complejo predominante bajo ms condiciones epitermales seran AgCl2-. El
complejamiento clorurado de la plata es consistente con su comn asociacin en una variedad
de depsitos hidrotermales con metales base como cobre, zinc, y plomo, los cuales tambin
son transportados como complejos clorurados.
Schwarzenbach y Widmer (1966) midieron la solubilidad del sulfuro de plata en soluciones
sulfuradas a 20 C como una funcin del pH y postularon la existencia de tres complejos
bisulfurados, la ms importante del cual fue Ag(HS)2-. Ms recientemente, Sugaki y otros
(1987) y Gamon y Barnes (1989) midieron la solubilidad de sulfuros de plata en concentradas
soluciones de bisulfuro de sodio a elevadas temperaturas. Basado en estos estudios, el
complejamiento bisulfurado de plata fue considerado a contribuir significantemente al
transporte de plata en soluciones neutras a ligeramente alcalinas a temperaturas epitermales.
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ltimos autores postularon que Ag(HS)2- fue el complejo dominante bajo estas condiciones.
Por tanto, los complejos clorurados y bisulfurados de plata tienen idnticas estequiometrias
que aquellas de oro.
En una manera similar a la figura 1, la figura 6 expresa la solubilidad de los complejos AgCl2-
y Ag(HS)2- en trminos de actividad de oxgeno y pH a 250 C en una solucin conteniendo 6
por ciento en peso de cloruro de sodio y 320 ppm de azufre. La solubilidad del complejo
bisulfurado fue calculado usando la informacin de Gammon y Barnes (1989). Estas relaciones
de solubilidad son superimpuestas en los campos de estabilidad para plata nativa, argentita, y
varios minerales de hierro y aluminosilicatos. Similar al oro, la mxima solubilidad de la
argentita como el complejo bisulfurado ocurre en soluciones ligeramente alcalinas cerca del
lmite sulfuro-sulfato.
La figura 7 muestra la solubilidad de la plata como complejos bisulfurados y clorurados como
una funcin de la temperatura y concentraciones de cloruro de sodio a un pH 6 y a una actividad
de oxigeno equivalente al borde H2S-sulfato (Fig. 6). Las relaciones mostradas aqu son muy
similares a aquellas para oro, excepto el que complejo clorurado de plata es ms estable que
el complejo clorurado de oro, y como resultado, el cruce por la predominancia de
complejamiento bisulfurado versus clorurado ocurre a mucho menores temperaturas. El cruce
ocurre a 270 C a un pH 6 y 6 por ciento en peso de cloruro de sodio (Fig. 3), y a un pH 4
ocurre a 115 C, mucho menor que para oro. Las curvas de solubilidad para AgCl2- y para
Ag(HS)2- a pH 4 son incluidas en la Figura 7 como finas lneas cortadas. Estos resultados
muestran que para sistemas epitermales de baja salinidad donde las soluciones son casi
neutras a ligeramente alcalinas, la plata ser transportada como complejos bisulfurados, y
complejos clorurados sern importantes a altas temperaturas y en soluciones acidas.
Como en el caso con oro, la estabilidad y solubilidad de los complejos de plata estar en funcin
de la actividad de oxgeno. La Figura 8 compara la solubilidad de Ag(HS)2- y AgCl2- a lo largo
de dos diferentes actividades de oxigeno; donde las actividades de H2S y sulfato son iguales
dentro del campo de estabilidad de la pirita (Figura 7) y en altas actividades de oxigeno donde
la pirita coexiste con la hematita y magnetita (Figura 4). De acuerdo a la Figura 8 la solubilidad
de Ag(HS)2- con la oxidacin es consistente con la pendiente de la superficie de solubilidad en
el campo de sulfato (Figura 6) indicado por el cercano espaciamiento del contorno de
solubilidad.
La Figura 9 muestra la solubilidad de la plata como complejos clorurados y bisulfurados como
una funcin de las actividades de oxgeno y H2S a 250 C, pH 6, y 6 por ciento de peso de
solucin de cloruro de sodio. Los bordes entre los campos de estabilidad de los minerales de
plata estn mostradas en gruesas lneas slidas. Otros bordes son aquellos mostrados en la
Figura 5. La solubilidad de la plata como complejo bisulfurado aumenta con la actividad del
H2S, mientras que la solubilidad de AgCl2- decrece con el incremento de la actividad de H2S.
Los comportamientos de dos complejos en el campo de la plata nativa son similares a aquellos
para complejos clorurados y bisulfurados de oro.
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Las similaridades del complejamiento entre plata y oro no son inesperados. Estos dos metales,
junto con el cobre, pertenecen al grupo Ib en la tabla peridica de los elementos, y por lo tanto
las qumicas de sus soluciones deben ser similares. Basados en la teora de vinculacin,
Creerar y otros (1985) clasificaron la plata como un cido suave que se vincula a
preferentemente con bases suaves de las cuales HS- es uno. Estas similaridades pueden ser
extendidas al cobre tambin, ambas desde una perspectiva geolgica y basada en estudios
experimentales. Cantidades importantes de cobre ocurren en varios depsitos epitermales de
metales preciosos los cuales carecen de equivalentes concentraciones de otros metales base.
Ejemplos son los distritos de Summitville y Red Mountain en Colorado; Goldfield, Nevada
(Ashley y Keith, 1976); y el Indio, Chile (Siddeley y Araneda, 1986). Heald y otros (1987)
agruparon estos depsitos dentro de un tipo acido-sulfato donde los ensambles de alteracin
y minerales indican una alta actividad de azufre. Romberger y Barnes (1970) y luego Crerar y
Barnes (1976) sugirieron que el cobre pudo ser transportado como complejo bisulfurado en
soluciones alcalinas conteniendo al menos 500 ppm de azufre a 250 C. La estequiometria de
uno de los complejos propuestos a contar para esta solubilidad es el Cu(HS)2-.
3 MECANISMOS DE DEPOSICION
Las relaciones de equilibrio solucin-mineral ilustradas arriba pueden ser usadas ahora para
predecir qu cambios en los sistemas naturales hidrotermales pueden ser responsables de la
precipitacin de oro y plata. Las variables consideradas fueron la temperatura; el pH de la
solucin, la actividad de oxgeno, H2S y cloruro; y la salinidad. En sistemas epitermales donde
la ebullicin de las soluciones mineralizantes puede ocurrir, la fraccin en masa del agua es
tambin una importante variable. Para bajas profundidades, sistemas de baja temperatura, la
presin tendr poco efecto en el comportamiento de las soluciones acuosas homogneas en
la ausencia de una fase vapor. Sin embargo, la presin es importante para el alcance que
determina la profundidad a la cual la ebullicin ocurre, el cual suceder cuando la presin de
vapor de la solucin iguale a la presin total.
Cualquier mineral que exhibe una solubilidad acuosa prgrada tendr el potencial para
precipitar como resultado de un enfriamiento si la solucin es inicialmente saturada con
respecto a ese mineral. Henley (1973), Seward (1973), y Schenberger y Barnes (1989)
demostraron que la solubilidad del oro como complejos clorurados y bisulfurados incremento
con la temperatura. Seward (1976) tambin demostraron que la solubilidad de la plata
incremento con la temperatura en soluciones cloruradas. Gammon y Barnes (1989) obtuvieron
una solubilidad prgrada para soluciones de sulfuros de plata y bisulfuros tambin. Por lo tanto,
el enfriamiento aparece a ser un adecuado mecanismo para la deposicin de estos metales si
la solucin est cerca a la saturacin. Sin embargo, la temperatura afecta otros parmetros de
la solucin como las actividades de oxgeno y azufre y pH, particularmente si estas variables
son controladas por ensambles minerales o componentes disueltos. Por lo tanto, puede ser
difcil evaluar los efectos de la temperatura independientemente. Figuras 2 y 7 muestran que
hay un mximo en las curvas de solubilidad de los complejos bisulfuros a cerca de 200 C
cuando la solucin es controlada a lo largo del borde H2S-sulfato, as que el enfriamiento pudo
no haber sido un mecanismo viable de deposicin por encima de esta temperatura bajo esas
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condiciones. Sin embargo, a altas temperaturas o a bajos pHs donde complejos clorurados
tienen un importante enfriamiento es un adecuado sistema de deposicin. La naturaleza del
control de oxigeno afecta al comportamiento de los complejos con la temperatura. La figura 4
muestra que si una solucin en estado de oxidacin esta controlada a lo largo del borde (pirita-
oxido (o pirita-clorita), luego la solubilidad del oro como complejo bisulfurado es prgrado sobre
el completo rango de temperaturas de importancia. Estudios geotermomtricos en diferentes
depsitos hidrotermales de metales preciosos sugieren que no hay variaciones temporales o
espaciales significantes en la temperatura dentro de algn episodio de mineralizacin, al
menos las que son reconocibles a nivel de detalle de muestreo. Por lo tanto, este puede no ser
una variable importante a considerar excepto lo establecido a la temperatura total del sistema.
Las figuras 1, 3, 6 y 7 muestran que si el oro y la plata son transportadas como complejos
clorurados, el incremento del pH puede resultar en la deposicin de estos metales. Sin
embargo, si estos metales son transportados como complejos bisulfurados en soluciones que
son casi neutras o ligeramente alcalinas, la deposicin ocurrira si el pH bajara. El rol de la
actividad de oxgeno en la precipitacin del oro y sulfuros de plata pueden ser obtenidos a partir
de las figuras 1, 4, 6 y 8. Para complejos clorurados, la deposicin es favorecida por un
decremento en la actividad de oxigeno (reduccin). En contraste, las figuras 1 y 6 muestran
que las mximas solubilidades como complejos bisulfurados de oro y plata ocurren
respectivamente donde las actividades de H2S, bisulfuro y sulfato son iguales. Arriba del borde
sulfuro-sulfato las superficies de solubilidades se inclinan abruptamente en la direccin del
incremento de la actividad de oxgeno, indicado por el cercano espaciamiento a los contornos
de concentracin del metal. Por lo tanto, la oxidacin parece un eficiente mecanismo de
deposicin de oro y sulfuro de plata en sistemas hidrotermales. Las figuras 4 y 8 muestran que
este mecanismo se aplicara a un amplio rango de temperaturas.
La figura 10 muestra la solubilidad del oro y la plata como una funcin de la actividad de
oxgeno a 250 C y pH 6. Superimpuestos en el diagrama estn los bordes entre sulfuros y
xidos de hierro, plata nativa y argentita, especies sulfuradas acuosas oxidadas y reducidas, y
la relativa estabilidad del metano, el grafito y el dixido de carbono. Esto muestra la porcin de
las curvas de solubilidad a lo largo del cual los complejos bisulfurados y clorurados predominan,
y el hecho que los complejos bisulfurados son ms importantes bajo condiciones reductoras y
los complejos clorurados bajo condiciones oxidantes. La pendiente de las curvas de solubilidad
para complejos bisulfurados en el campo de los sulfatos es aparente. La figura muestra que
una solucin puede comenzar desde un ppb de oro o plata a actividades de oxigeno o debajo
del borde sulfuro-sulfato, fuertemente saturado de oro o argentita, y la deposicin ocurrira con
slo una ligera elevacin de la actividad de oxgeno. Las figuras 6 y 10 indican que donde una
cantidad mxima de plata seria transportada como complejo bisulfuro el ensamble mineral
estable es argentita ms pirita. Por tanto, la predominancia de este ensamble en minerales
primarios hidrotermales es consistente con el transporte y deposicin de la plata como
complejo bisulfurado.
Las figuras 5 y 9 fueron usadas arriba para ilustrar el efecto de la actividad de H2S en la
solubilidad del oro y la plata, respectivamente. Donde estos metales son transportados como
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complejos bisulfurados, un decrecimiento en la actividad de H2S promovera la deposicin. Sin
embargo, donde la plata es transportada como complejo clorurado en soluciones en equilibrio
con sulfuro de plata, un incremento en la actividad del H2S resultara en deposicin. La
estabilidad de los complejos clorurados de oro y plata en la plata nativa son independientes de
la actividad del H2S como el contorno horizontal de solubilidad lo indica. La deposicin ocurrir
para estos complejos como resultado de la reduccin de la solucin.
Las figuras 2 y 7 muestran que la deposicin ocurrir como resultado de una baja en la actividad
del cloruro si el transporte es por complejos clorurados. En contraste, la concentracin del
cloruro de sodio tiene solo un menor efecto en la solubilidad de los complejos bisulfurados. Los
coeficientes de actividad de las disueltas especies inicas decrecen con el aumento de la
salinidad. A causa de la relacin:
= .
Donde ai es la actividad, i es el coeficiente de actividad y mi es la concentracin de las especies
disueltas, como el coeficiente de actividad decrece, la solubilidad incrementa debido a que la
actividad de mantiene constante en una solucin de una temperatura dada que est saturada
con respecto a un mineral dado. El efecto neto es que estos minerales sern ms solubles en
soluciones de alta salinidad que aquellos que estn diluidos. Este efecto es pequeo para
complejo bisulfurados, como se muestra en las figuras 2 y 7 por las curvas de solubilidad
cercanamente espaciadas, al menos a temperaturas por debajo de los 250 C.
La tabla 2 resume desde la discusin arriba los mecanismos de deposicin para metales siendo
transportados como complejos bisulfurados y clorurados. Por ejemplo, un decrecimiento en la
columna opuesta a la temperatura bajo cloruros significa que el enfriamiento es un mecanismo
viable de precipitacin si los metales son transportados como complejos clorurados. En
algunos casos los mecanismos son los mismos para ambos complejos, sin embargo, el efecto
de cambios en cantidades importantes como la actividad de oxgeno y H2S son opuestas para
los dos diferentes complejos. Esto resultara en la prediccin de ambientes geoqumicos
ligeramente diferentes de deposicin mineral para los dos complejos. El efecto de la fraccin
en masa de agua ser discutido con ms detalles debajo.
4 DISCUSION
Usando los diagramas de estabilidad mineral discutidos arriba y ensambles minerales
hidrotermales observados en el campo es posible poner lmites en las condiciones
fisicoqumicas de la deposicin mineral de oro y plata. Una vez estas condiciones han sido
definidas, luego es posible predecir con cierto nivel de certeza como los metales fueron
transportados y depositados. Un modelo predictivo para una favorable ambiente de formacin
mineral puede ser desarrollado si los mecanismos de transporte y deposicin son entendidos.
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Muchos depsitos hidrotermales han reportado temperaturas de formacin de
aproximadamente 250 C aunque este puede variar como mucho en 50 de este valor entre y
dentro de depsitos individuales (Buchanan, 1981; Vikre, 1989). Las salinidades de inclusiones
fluidas para estos depsitos varan desde 1 a 6 por ciento de NaCl equivalente. Para estas
condiciones los lmites de estabilidad de varios sulfuros y sulfosales comnmente asociadas
con metales preciosos han sido calculados usando la informacin de Barton y Skinner (1979)
y ploteados en la Figura 11. Las condiciones bajo las cuales los ensambles minerales de oro,
rejalgar, pirita, y grafito, comn en minerales primarios de varias rocas encajonantes, depsitos
diseminados, son resaltados en el diagrama.
Este ensamble define angostos lmites en las condiciones fisicoqumicas de la deposicin
mineral para estos depsitos. El carbn no fue emplazado con el oro, y probablemente ocurri
en las rocas encajonantes antes de la mineralizacin (Ilchik y otros, 1986; Leventhal y otros,
1987). Sin embargo, los fluidos hidrotermales tendern a enfocarse en el equilibrio con las
rocas a travs de la cuales ellos migraran de la composicin de la solucin y caern dentro o
cerca del campo de estabilidad del grafito.
Heald y otros (1987) clasificaron los depsitos hidrotermales emplazados dentro de rocas
volcnicas en tipos acida-sulfatada y adularia-sericita basados en los minerales de alteracin
y gangas. La presencia de sericita y/o adularia sugiere que las soluciones mineralizantes son
casi neutras a ligeramente alcalinas. Los depsitos cidos-sulfatados a menudo contienen
alunita y/o minerales de alteracin arglica que son estables bajo condiciones ms acidas. Los
ltimos depsitos tambin contienen ensamble que sugieren que las soluciones tuvieron una
alta actividad de azufre. Dos distritos que pueden ser utilizados para ejemplificar las
condiciones qumicas que se dieron lugar durante la mineralizacin usando los minerales
gangas y de alteracin as como los ensambles de sulfuros asociados son los distritos de
Comstock para el tipo adularia-sericita, y el distrito Goldfield para tipo acido-sulfato.
La geologa y mineralizacin del distrito Comstock ha sido resumido recientemente por Hudson
(1986), Vikre (1987, 1989), Vikre y otros (1988) y Brake (1989). Los cuerpos minerales son
emplazados en rocas andesticas volcnicas del Mioceno y consisten de venillas y stockworks
conteniendo mltiples eventos de cuarzo y sulfuros con menores cantidades de adularia,
sericita, clorita, albita y un ltimo evento de calcita. Los minerales mena son galena, esfalerita,
calcopirita, oro, electrum, argentita, polibasita, estefanita, tetraedrita, pirargirita y proustita.
Adyacente a mas venillas esta la andesita alterada a sericita, cuarzo y pirita. A bajas
profundidades las rocas caja han sido alteradas a varias proporciones e cuarzo, pirita, sericita,
montmorillonita y caolinita, y localmente los ltimos minerales predominan. A mayores
profundidades la clorita incrementa en importancia con el cuarzo. Estudios isotpicos de
oxigeno e hidrogeno por Taylor (1973) y Vikre (1987, 1989) sugieren que el agua meterica
domino el sistema hidrotermal en Comstock, aunque la informacin a partir de algunas de las
mineralizaciones a ms altas temperaturas permitieron tambin una contribucin del agua
magmtica (Vikre, 1989). Vikre (1987, 1989) reporto resultados geotermomtricos de
inclusiones fluidas indicando una mxima temperatura de formacin mineral de
aproximadamente 300 C. Los minerales mena fueron depositados entre 250 y 275 C. Las
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salinidades variaron entre 2 y 6 por ciento en masa de NaCl. Brake (1989) reporto temperaturas
de homogenizacin de uno de los cuerpos stockwork de 260 a 270 C y salinidades de
aproximadamente 1 por ciento en masa de NaCl. En el ltimo estudio no hay evidencia de una
ebullicin en las soluciones mineralizantes, aunque Vikre (1989) concluye que al menos dos o
posiblemente ms soluciones estuvieron involucradas en el sistema hidrotermal en Comstock.
Basado en los ensambles de minerales de alteracin y sulfuros, las condiciones qumicas de
la deposicin mineral son mostradas en las figuras 12a y 12b en trminos de actividad de
oxgeno y H2S y actividad de oxgeno y pH respectivamente. Las condiciones ploteadas en la
figura 12a estn basadas en la presencia de menor tetraedrita, proustita y calcopirita con
argentita y pirita. Las condiciones de actividad de S2 de 10-13.5 a 10-15.2 determinados por
Vikre (1989) basados en las composiciones de esfalerita y electrum descansaran en bajas
condiciones de actividad de oxigeno que aquellos mostrados aqu. Sin embargo, las
temperaturas reportadas por Vikre (1989) son algo mayores que los 250 C usados aqu.
Basados en la figura 12a, el contenido de sulfuro aproximadamente seria 160 ppm, en su
mayora como H2S, la actividad de oxigeno estara entre 10-36 y 10-37, y aproximadamente
10 ppm por milln serian transportadas principalmente como complejos bisulfurados. La
deposicin de argentita podra ocurrir como resultado del decrecimiento en la actividad de H2S.
En la ausencia de ebullicin, este decrecimiento podra resultar en la mezcla de soluciones
entre la reducida solucin de transporte y un fluido oxidante libre de H2S, o un resultado de la
precipitacin de sulfuros.
En la figura 12b, las condiciones resaltadas para la deposicin de minerales est basada en el
comn ensamble cuarzo-sericita-pirita, la menor ocurrencia de adularia, y la composicin
resaltada en la figura 12a. En el rea mostrada, la plata es ms soluble como un complejo
bisulfurado, y la pendiente de la superficie de solubilidad, expresado por los cercanos
contornos de concentracin, indican que la argentita seria depositada como un resultado de la
oxidacin. Como concluimos arriba, este cambio resultara de la mezcla de fluidos
transportadores reducidos con aguas ms oxidantes.
La geologa del distrito Goldfield ha sido descrita por Ashley (1974) con un breve resumen por
Heald y otros (1987). Las rocas cajas consisten de rocas andesticas a dacticas del Oligoceno
al Mioceno. Las venillas ocurren en fracturas concntricas que parecen estar relacionadas con
la formacin de una caldera. La alteracin de las rocas caja es pervasiva y consiste de cuarzo,
caolinita y alunita. Las venillas consisten de cuarzo, pirita, famatinita, tetraedrita-tenantita,
bismutinita, goldfieldita y oro nativo. En contraste con el distrito Comstock, el contenido de plata
de las menas de Goldfield es muy bajo, donde el ratio plata:oro es menor que uno (Tabla 1).
Estudios geotermomtricos en inclusiones fluidas sugieren que la temperatura de formacin
est entre 250 y 290 C (Brusha y Noble, 1983). Ashley (1979) concluye que las soluciones
hidrotermales fueron dominadas por aguas metericas en las bases de informacin isotpica
de oxgeno.
Las condiciones fisicoqumicas para la deposicin de minerales de Goldfield son mostrados en
la Figura 13 en trminos de actividades de oxgeno y H2S a 250 C. Este diagrama fue
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calculado a un pH 4 para representar las condiciones acidas sugeridas por la ocurrencia de
caolinita y alunita en los ensambles de alteracin. Las condiciones resaltadas estn basadas
en la ocurrencia comn de famatinita a lo largo con menores cantidades de tetraedrita en las
menas. Estas condiciones son equivalentes a un contenido de azufre en la solucin de
aproximadamente 1000 ppm, en su mayor parte de H2S, y una actividad de oxigeno entre 10-
36 y 10-37. Entre 1 y 10 ppb el oro puede ser transportado como complejo bisulfurado. La
deposicin del oro ocurrira como un resultado del decrecimiento en la actividad de H2S. Como
en el caso de la plata discutida arriba, la mezcla de soluciones y la precipitacin de sulfuros
son procesos que pueden resultar en el decrecimiento de la actividad de H2S. Sin embargo,
en el sistema de ebullicin de Goldfield puede haber una posible explicacin. No hay
informacin de inclusiones fluidas que sugieran que la ebullicin ocurri. Sin embargo, la baja
profundidad de emplazamiento (Heald y otros, 1987) junto con la abundancia de alunita en el
ensamble de alteracin sugiere que la solucin mineralizante ebulli.
Drummond (1981) y Drummond y Ohmoto (1985) discuten los cambios qumicos que ocurren
durante la ebullicin. Basados en trazas de solucin ploteadas en trminos de fugacidad de
oxgeno y pH, ellos demostraron que es haba un incremento de pH y de fugacidad de oxgeno
en la solucin residual; la cantidad depende de la composicin inicial y del volumen de vapor
producido. Este comportamiento qumico es concordante con el particionamiento de especies
formadores de acido como dixido de carbono y componentes reducidos como H2S, metano,
e hidrogeno en fase de vapor. Mientras la prdida de dixido de carbono resulta en un
incremento del pH, el escape de H2S incrementa la actividad de oxgeno y desestabiliza los
complejos bisulfurados como un resultado del decrecimiento de la actividad de H2S. El ltimo
resultara en la deposicin de oro y argentita en un sistema de ebullicin epitermal. Drummond
y Ohmoto (1985) tambin descubrieron que muchos de los significantes cambios qumicos han
ocurrido por el tiempo donde el volumen del vapor alcanzo al del lquido, o donde 2 por ciento
del lquido ha sido convertido a vapor a 250 C. ellos tambin concluyeron que la perdida de
H2S fue ms eficiente en la deposicin de oro que la oxidacin.
En sistemas de ebullicin, la fraccin en masa de agua remanente en las soluciones residuales
es importante, particularmente si el transporte de soluciones est cerca o dentro de la
saturacin de varios minerales. El cuarzo, o alguna otra forma de slice, es el ms abundante
mineral ganga en depsitos epitermales. Las formas metaestables y la naturaleza de grano
fino de la slice sugieren la que la deposicin fue relativamente rpida. Fournier (1985) reviso
la qumica de la slice en sistemas epitermales y concluyo que el enfriamiento es un importante
mecanismo para su deposicin. Sin embargo, Drummond y Ohmoto (1985) concluyeron que la
isoentalpa (contenido de calor constante para el sistema vapor-liquido) de enfriamiento tuvo
solo un menor efecto en la qumica de las soluciones en un sistema de ebullicin, al menos en
el rango de temperaturas para sistemas epitermales.
Incluso pensando que la ebullicin es una parte integral de muchos modelos para la formacin
de depsitos epitermales, no todos los sistemas muestran evidencias de ebullicin, y otros
procesos deben ser responsables de la deposicin mineral como se ejemplifico con el distrito
Comstock discutido arriba. La mezcla de soluciones tiene el mismo efecto que la ebullicin en
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la temperatura, actividad de oxgeno y H2S, especialmente si agua de la superficie, mas fras
y oxigenadas, estn involucradas. El pH puede incrementar durante la mezcla. Lo ltimo puede
ocurrir si algunas de las aguas acidas sulfatadas generadas en la parte superior de la ebullicin
se vuelve a incorporar debajo debido a la conveccin. La mezcla de soluciones no es fcil de
identificar y se debe confiar en cuidadosos estudios de inclusiones fluidas y estudios de
isotopos estables para detectarlo. Mientras tales estudios han sido llevados a cabo en otros
tipos de depsitos hidrotermales, pocos se han dirigido a depsitos epitermales (Hofstra y
otros, 1988). En el modelo de Romberger (1986b) para el origen de depsitos emplazados en
rocas sedimentarias y en observaciones del presente en activos sistemas de aguas termales,
no es difcil de ver el rol que la mezcla podra tener.
La interaccin con la roca caja puede ser un importante proceso deposicional en ciertos
sistemas hidrotermales, particularmente donde hay una cercana relacin espacial entre los
minerales y la alteracin de roca caja. Esta alteracin es una parte integral de rodo el proceso
mineralizante y es ampliamente usado como gua de exploracin. Estudios de balances de
masa han mostrado que, en muchos casos, los componentes voltiles como dixido de
carbono y agua han sido aadidos a las rocas cajas y los metales alcalinos han sido lixiviados
de las rocas por la solucin. El efecto neto de este intercambio es un incremento del pH en las
soluciones transportadoras las cuales resultaran en la deposicin de metales como complejos
clorurados. Sin embargo, si las rocas encajonantes contienen una gran cantidad de minerales
oxigenados como xidos de hierro y sulfatos, el oxgeno puede ser intercambiado, resultando
en la oxidacin de la solucin. La sulfidizacin de rocas ricas en hierro por H2S originario en
las soluciones transportadoras resultara en la formacin de pirita en los ensambles de
alteracin de la roca caja. El decrecimiento resultante en la actividad del H2S en las soluciones
desestabiliza a los complejos bisulfurados y causa precipitacin de oro y sulfuros de plata. Este
mecanismo ha sido sugerido para la formacin de ciertos depsitos de oro pirticos emplazados
en formaciones de hierro en el oeste de Australia (Phillips y otros, 1984) y pueden aplicarse a
ciertos depsitos epitermales tambin. La cercana asociacin del oro y la pirita en el ltimo,
independientemente de la roca caja, es bien reconocido.
La tabla 3 resume los cambios en la qumica de las soluciones llevadas a cabo por la ebullicin,
mezcla de soluciones y alteracin de la roca caja. Por ejemplo, un decrecimiento opuesto a la
temperatura bajo la columna de ebullicin significa que el ltimo proceso resultara en un
enfriamiento de la solucin y as sucesivamente. El signo de interrogacin opuestos al pH y a
la actividad de oxigeno bajo la mezcla de soluciones y alteracin de la roca caja,
respectivamente, significa que el cambio depender de la composicin de las fases acuosas y
solidas involucradas. Especficamente, el pH de las soluciones transportadoras puede
incrementar si la mezcla ocurre con tpicas aguas subterrneas. Sin embargo, un decrecimiento
del pH puede ocurrir si la mezcla toma lugar con aguas acidas producidas por la oxidacin del
H2S en sistemas de aguas termales ebullentes en superficie. Independiente las opuestas
actividad de cloruro y salinidad bajo alteracin de rocas cajas indican que el ultimo ha tenido
poco o casi ningn efecto en esos parmetros. La Tabla muestra que la ebullicin incrementara
la actividad del cloruro y la salinidad mientras que la mezcla de soluciones disminuira estas
variables. Muchos sistemas epitermales involucran soluciones que son relativamente diluidas,
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con salinidades de alrededor de 1 a 3 por ciento en peso de NaCl. A estas relativas bajas
concentraciones en comparacin a los depsitos de metales base, la salinidad y por lo tanto la
actividad del cloruro, no tendrn importancia en el control de la solubilidad de metales preciosos
en depsitos epitermales. Una excepcin puede ser en una ebullicin, dominado por vapor,
ambiente de aguas termales donde una proporcin significante de agua es convertida a vapor.
Esto resultara en un incremento estas cantidades en el lquido residual y por lo tanto un ligero
incremento en la solubilidad del metal, particularmente donde el complejamiento clorurado est
involucrado.
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5 CONCLUSIONES
Entendiendo el comportamiento qumico del oro y la plata en soluciones hidrotermales es crtico
desarrollar modelos genticos para la formacin de depsitos epitermales. Las relaciones de
equilibrio de fase pueden ser usadas juntas con ensambles de minerales mena, gangas y de
alteracin e informacin de inclusiones fluidas en minerales primarios para establecer las
condiciones qumicas bajo las cuales los depsitos se formaron. Este enfoque asumiendo
equilibrio que ha sido alcanzado entre soluciones y minerales. Como una suposicin puede ser
difcil de aceptar, particularmente para fuentes termales dinmicas donde parece lgico que
las condiciones qumicas puedan cambiar rpidamente y episdicamente. Sin embargo, la alta
frecuencia con la cual los mismos ensambles minerales parecen aparecer en depsitos de oro
y plata, independiente de los arreglos estructurales y rocas encajonantes, sugiere que el
equilibrio qumico est enfocado pero no alcanzado. Los mecanismos de transporte son
determinados una vez las condiciones qumicas de deposicin han sido establecidas. Para
muchos depsitos epitermales donde los ensambles minerales primarios pueden contener
cualquier combinacin de oro (electrum), argentita, pirita, sericita, adularia, sulfuros de
arsnico, o carbn, las condiciones favorecen el transporte de metales preciosos como
complejos bisulfurados. La deposicin ocurrira como un resultado del decrecimiento de la
actividad de H2S u oxidacin de las soluciones. Los procesos que ocurren en ambientes
epitermales los cuales producen estos cambios incluyen ebullicin, mezcla de soluciones, e
interaccin con la roca caja.
Para depsitos formados a altas temperaturas, por arriba de los 300 C, dependiendo de la
salinidad de la solucin, el complejamiento clorurado es el ms comn mecanismo de
transporte. La temperatura de transicin desde el complejamiento bisulfurado a clorurado es
menor para la plata que para el oro. Los mecanismos de deposicin para metales transportados
como complejos clorurados contrastan para aquellos con aquellos para complejos bisulfurados
e incluyen el incremento del pH y la actividad del H2S y la reduccin de la solucin. Si los
metales preciosos son transportados como complejos clorurados, ellos comnmente serian
asociados a metales base como zinc, plomo y cobre, los cuales prefieren un complejamiento
clorurado.
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