GEOQUIMICA APLICADA
Preparado por: Miguel Calcina Benique
Fuente: Charles Moon, Lloyd, Thomson,
Levinson, Ingemmet.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGIA, GEOFISICA Y MINAS
ESCUELA DE POSTGRADO Maestría en Ciencias de la Tierra - Mención Exploración Geológica
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 1
INDICE • Prospección geoquímica
• Dispersión primaria y secundaria • Ambientes geoquímicos • Elementos trazadores • Barreras geoquímicas • Anomalía y contraste geoquímico • Metodologías de exploración geoquímica • Representación de datos • Interpretación de resultados y Procesamiento de
los datos UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 2
Geoquímica
• Especialidad de las Cs de laTierra que, sobre la base de la geología y de la química, estudia la composición y dinámica de los elementos químicos en la tierra, determinando la abundancia absoluta y relativa, distribución y migración de los elementos entre las diferentes partes que conforman la tierra (hidrósfera, atmósfera, biosfera y geosfera).
• La geoquímica estudia la química de la Tierra, comenzando con el origen, distribución y evolución de los elementos que constituyen al planeta. Trata sobre la distribución y concentración de los elementos químicos en los minerales formadores de las rocas y en los productos derivados de ellas, así como en los seres vivos, el agua, la atmósfera y sus interrelaciones.
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Prospección Geoquímica
• La prospección geoquímica incluye todos los métodos de prospección minera basados en medidas sistemáticas de una o mas propiedades químicas de materiales naturales.
• La PG se ha desarrollado desde las etapas iniciales con los ensayos químicos alrededor del depósito mineral.
• Particularmente aplica el uso del material superficial tales como: rocas, suelos, sedimentos, till o vegetación en áreas con pequeños afloramientos.
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• El objeto es: – 1.- identificar el blanco o tarjet potencialmente
representativo de una mineralización y – 2.- la seguridad de eliminar un terreno estéril.
• Literatura sobre PG es bastante amplia, pero accesible.
Las técnicas geoq están dadas en Garland (1989), y una amplia bibliografía es citada en Hawkes (1982, 1985, 1988)
• Técnicas de la teoría de exploración es dada por Rose et al (1979) y Levinson (1980).
• Publicaciones de Association of Exploration Geochemist , Journal of Geochemical Exploration, artículos en Applied Geochemistry.
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Determinar anomalías geoquímicas relacionadas con cuerpos o estructuras mineralizadas
Cuerpo mineralizado
Anomalía geoquímica
OBJETIVO DE LA EXPLORACIÓN GEOQUÍMICA
Zona Exploración
Roca Caja
Fuente: INGEMMET UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 6
Anomalía Geoquímica
• Una anomalía siempre debe considerarse con respecto a algún marco de referencia: una muestra no es anómala por si sola.
• El punto de quiebre para exploraciones es denominado umbral de exploración y este valor es definido en base a marcos de referencia global, regional, distrital e incluso local, dependiendo de las condiciones específicas de exploración.
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Valor de fondo (Background)
• El background es definido como el rango normal ( no un solo valor) de concentración de un elemento(s) en un área, excluyendo las muestras mineralizadas.
• Cuando las condiciones anómalas son reconocidas por los valores del background, contra los cuales estos pueden ser comparados
• Los valores del background pueden ser determinados para cada elemento, para cada área y para cada tipo de roca, suelo, sediemento, y agua.
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Anomalia
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Umbral (Thershold)
• Un umbral de exploración no define un depósito mineral y no tiene relación alguna con una ley de corte.
• Es un valor que permite destacar aquellas zonas potenciales de contener una alta concentración de elemento(s) de interés discernir contenidos de fondo versus concentraciones mayores).
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Valores de fondo y valor umbral Elemento Abundancia ppm Elemento Abundancia
Ca 33 000 Hg 0.02
C 230 Mo 1.5
Zn 2 Au 0.003
Zr 150 Ag 0.05
Cu 50 Pt 0,0005
Cr 100 Pb 10
Sn 80 K 25 000
F 600 Si 291 000
P 900 Na 25 000
Fe 46 500 Ti 4 400
Li 30 Th 10
Mg 17 000 U 2,5
Mn 1000 W 1 UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 11
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o 1.- Diseño y planeamiento o 2.- Muestreo de campo o 3.- Preparación de las muestras o 4.-Análisis químico o 5.-Presentación e interpretación de
datos o informe Cada uno de estas faces es totalmente
dependiente de los precedentes. Los problemas en uno afectarán negativamente a todas las fases siguientes, cada fase es esencial y todas deben tener alto grado de cuidado y atención. (Lloyd, 1998)
Programa de exploración geoquímica Un PEG propiamente dicho comprende varias fases sucesivas e interdependientes como:
Según Closs
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Diseño y Planeamiento
• Las técnicas de estudios de campo y los métodos analíticos dependen del metal buscado y su ubicación. Para esto debe tener
• Información del tamaño del depósito, la mineralogía, litología, geoquímica, ambiente y características geométricas de los blancos del cuerpo mineralizado.
• Ayudan en el diseño los modelos conceptuales como el paisaje geoquímico, modelos de depósitos minerales (depósitos de Au tipo Carlín, IOCG, VSM, epitermales).
• El geólogo comenzará con reconocer la asociación de elementos con un tipo de depósito en particular.
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Alcances y limitaciones
• Los alcances y las limitaciones de un estudio de exploración geoquímica estarán dados por las condiciones de terreno, tipo de metal y depósito en exploración, clima, accesos, topografía y morfología, presupuesto, etc.
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Limitaciones en la Prospección Geoquímica
Fuente: Levinson 1972,1980)
Otro factor importante a considerar es la relativa disposición del target , esto puede ser caracterizado como A) outcropping ore, B) parcialciamente outcropping ore, C) CM completamente ciego y D) CM enterrado por una capa estéril muy joven. Diferentes técnicas son requeridos para estas condiciones Ej MMI (Thomson, 1986)
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A. El cuerpo mineral intercepta la superficie de tal manera que el mineral ha sido erosionado, Cuerpo Mineralizado está prácticamente expuesto a la observación pero, puede estar cubierto por la vegetación o suelos transportados; también puede estar oculto por lixiviación y cambios mineralógicos producidos por la meteorización. Ej gossan
B. El cuerpo mineral no intercepta la superficie pero puede yacer dentro de la zona de intemperismo. Un estudio geoquímico de rocas puede detectar un patrón de dispersión primaria que sobreyace al depósito.
C y D. son cancelados por una cobertura post mineral y las técnicas de exploración geoquímica regional y detalle prácticamente son imprescindibles.
PATRONES DE DISPERSIÓN ASOCIADOS CON DEPOSITOS
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Materiales por Muestrear
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Geoquímica Sedimentos/HMC
Geoquímica de Suelos
Litogeo
qu
ímica
Geoquímica de Aguas
Geoquímica Aplicada
Cuáles son las herramientas de la geoquímica?
• Análisis Geoquímico, Determinación del contenido absoluto de un elemento o compuesto químico determinado, en un material geológico (Rs, suelos, sedimentos, aire, agua)
• Análisis isotópico, Roca total, mineral, líquidos.
• Razones isotópicas: 87Sr/86Sr, 18 O/16 O, La/Yb
• Análisis elemental, Roca total, concentrado de minerales, líquidos acuosos, gases. – Elem químicos. Cu, Au. – Compuestos: SiO2,SO4, pH, Eh,
T°
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Para que un dato analítico sea completo debe incluir la incertidumbre de la medición.
Por ejemplo: Ba 835 ± 15 ppm
Indicadores de la calidad de datos analíticos:
Sesgo (Exactitud) Indica la cercanía entre el valor determinado y el valor conocido (o real). Se determina por:
Análisis repetidos de un patrón estable
Análisis de duplicados
Análisis de adiciones conocidas a blancos o
muestras.
Precisión Es la medida de la cercanía con la que coinciden los resultados obtenidos al aplicar
repetidamente el procedimiento analítico bajo ciertas condiciones. Se puede evaluar por
medio de:
Aseguramiento de calidad de datos analíticos
Análisis repetido de patrones estables (Muestras de Referencia Certificadas).
Estudio de comparación entre laboratorios.
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Técnicas Analíticas
• Las técnicas más utilizadas en minería y áreas relacionadas son las siguientes: – AAS – ICP –OES, ICP-MS. – Activación neutrónica
INAA – XFR, Infrarrojo – Ensayos al fuego
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Análisis de rocas
En la técnica más convencional, la
muestra se debe poner en solución
usando ácidos puros, mezclas de
ácidos o fundentes.
La muestra en solución es introducida
en un plasma con T entre 5,000 y
10,000°K, donde en milisegundos es
volatilizada, las moléculas son
disociadas y los átomos son ionizados
y excitados.
Plasma:
Gas eléctricamente neutro de muy alta
temperatura que contiene moléculas,
átomos, iones y electrones generados
por disociación y ionización térmica.
El plasma se genera por medio de la
inducción de una corriente de alta
frecuencia en argón ionizado.
Detección se puede hacer con:
Espectrómetro de emisión atómica.
Espectrómetro de masas.
Plasma Acoplado por Inducción Inductively Coupled Plasma (ICP)
MX (sln.) → MX (aerosol líq.) (nebulización) → MX (aerosol sólido) (desolvatación) → MX(g) (volatilización) → Mº + Xº (disociación) Mº →M+ + e- (ionización) Mº →MY (asociación) Mº → M* (g) → M + hν (excitación/emisión)
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Análisis de rocas
Análisis Instrumental por Activación de Neutrones Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA)
En esta técnica, las muestras sólidas en
polvo son irradiadas con neutrones en
un reactor nuclear.
En este proceso se generan isótopos
radioactivos por captura de neutrones.
Durante el decaimiento de estos
isótopos se emite radiación gamma de
longitud de onda o energía característica
para cada núclido, en tiempos de
dependen de la vida media.
Al medir la radiación gamma en un
espectro de longitudes de onda se
obtendrán picos correspondientes a los
diferentes elementos.
La cantidad de radiación a una cierta
longitud de onda (área del pico) es
directamente proporcional a la cantidad
del elemento.
Método primario. No requiere de
materiales estándares de referencia. UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 23
• Valores se comparan con valores de materiales de referencia.
Fluorescencia de Rayos X • Se pueden detectar elementos
con número atómico 11 (sodio) a
92 (uranio) a concentraciones
• desde ppm hasta 100%.
• Las muestras son bombardeadas
con protones de alta energía
(rayos X), que desplazan
electrones de las capas internas
del átomo.
• Átomos externos ocupan los sitios
vacantes dejados por los
electrones desplazados, emitiendo
radiación equivalente a la
diferencia de energía entre los dos
estados.
• La longitud de onda de la
radiación emitida es característica
del elemento y la intensidad de la
radiación es proporcional a la
concentración del elemento.
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Análisis de rocas
FeO El contenido de Fe2+ en la muestra se determina con un método titrimétrico por Redox.
La muestra se digiere en ácidos y se titula con una solución de Permanganato de Potasio
(KMnO4).
Pérdida por ignición o pérdida por calcinación (Lost Of Ignition, LOI)
El contenido de volátiles es determinado por método gravimétrico, calentando una cantidad
de la muestra exactamente pesada en una mufla hasta 1000ºC, manteniendo la
temperatura por 1 hora. Una vez enfriada la muestra se vuelve a pesar. De la diferencia de
peso se calcula la pérdida por ignición en porcentaje.
H2O-
Agua adsorbida en la muestra (humedad). Se determina por gravimetría calentando la
muestra a 110ºC por una hora.
H2O+
Agua ligada a estructuras minerales. El H2O se libera calentando la muestra a 1,100ºC y se
conduce con un gas inerte a una celda de titulación (Método redox de Karl-Fisher).
SO2 + I2 + 2H2O H2SO4 + 2HI
CO2 LECO: El CO2 de la muestra se libera calentando la muestra en un horno de inducción. La
detección se hace en un espectrómetro de infrarojo.
Otros métodos analíticos
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 25
Microsonda electrónica Un haz de electrones se enfoca en una pequeña área (µm) de una sección pulida y genera
rayos X. La intensidad de la radiación se mide con espectrómetros de dispersión de
longitud de onda. Se pueden obtener análisis multielementales de materiales geológicos en
el rango de 100 ppm a 100%.
Ablación con láser
Permite el muestreo directo de sólidos (vidrio volcánico, minerales, inclusiones fluidas) o
polvos comprimidos por medio de un rayo láser. Acoplado a un ICP-MS permite el análisis
de elementos en niveles traza.
Microsonda iónica sensitiva de alta resolución
(Sensitive High Resolution Ion Microprobe, SHRIMP)
Un haz de iones primarios de oxígeno o cesio se enfoca en la superficie (10 to 30 µm de
diámetro; 0.5-1µm de profundidad) y una fracción del material dispersado se ioniza (forma
iones secundaros). Se pueden analizar rocas y secciones delgadas, o granos individuales
montados, cortados y pulidos para exponer su estructura interna.
Permite medir composiciones isotópicas (p. ej. Sr, Pb, U, Hf, S) y hacer análisis de
elementos traza. Una de las aplicaciones importantes es el fechamiento U-Th-Pb en
cristales de circón, monacita, titanita, rutilo, perovskita.
Análisis de rocas
Técnicas microanalíticas
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FRX ICP-MS INAA
mg/kg mg/kg mg/kg
La 0.05 0.05
Ce 0.05 1
Pr 0.01
Nd 0.05 1
Sm 0.01 0.01
Eu 0.005 0.05
Gd 0.01
Tb 0.01 0.1
Dy 0.01
Ho 0.01
Er 0.01
Tm 0.005
Tb 0.01 0.1
Yb 0.01 0.05
Lu 0.002 0.01
Elementos Traza
Límites de detección Límites de detección
Comparación de Técnicas Analíticas
Análisis de rocas
FRX ICP-MS INAA
ppm ppm ppm
Ba 5 1 20
Co 5 0.1 0.1
Cr 5 0.5 0.5
Cs 0.05 0.2
Hf 0.1 0.2
Nb 2 0.1
Ni 5 0.5 50
Pb 5 0.5
Rb 2 0.2 10
Sc 1 0.01
Sr 2 0.2 100
Ta 0.1 0.3
Th 0.1 0.1
U 0.1 0.1
Y 2 0.1
Zr 5 1UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 27
Elementos mayores: > 1%
SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
H2O
Elementos menores: 0.1 - 1%
(Usualmente se incluyen con
los elementos mayores)
TiO2
MnO
P2O5
CO2
Elementos traza: <0.1%
Se expresan en ppm
(1% = 10,000 ppm)
Rb, Nb, Li, Be, La, Ce,
Th, U, etc.
Relaciones isotópicas
87Sr/86Sr 143Nd/144Nd 207Pb/204Pb 206Pb/204Pb
18O , etc.
Análisis de rocas
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 28
ELEMENTOS MAYORES - Varían en un factor menor que 100
(generalmente es mucho menor que
este valor).
- En general se reportan 11 elementos
mayores/menores en análisis de
rocas y minerales.
- Constituyentes estructurales
esenciales en minerales.
ELEMENTOS TRAZA - Tienen concentraciones que pueden
variar hasta en un factor de 1,000.
- Aproximadamente 90 de los
elementos químicos conocidos se
presentan en rocas y minerales en
niveles traza (límite arbitrario: < 0.1%;
<1,000 ppm).
- En general sustituyen a elementos
mayores en estructuras minerales.
250 ~0 ppm
SiO2
MgO
Elementos Mayores
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Los elementos mayores controlan las fases minerales presentes a ciertas
condiciones de cristalización del magma.
Para facilitar la interpretación de los datos geoquímicos se emplean:
1) Diagramas binarios (X-Y).
a. Valor absoluto de los componentes químicos
b. Relaciones de componentes químicos
2) Diagramas ternarios.
3) Normas que de alguna manera representan posibles modas (p. ej. CIPW).
4) Representaciones matemáticas de la información composicional
5) Modelos.
Elementos Mayores
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 30
Diagramas de variación binarios (X-Y)
En conjuntos de rocas ígneas
cogenéticas (comagmáticas), los pares
de óxidos están fuertemente
correlacionados.
Las correlaciones o tendencias se
pueden generar, de forma individual o en
combinación, a consecuencia de:
• fusión parcial,
• cristalización fraccionada,
• mezcla de magmas, o
• contaminación.
Generalmente se considera que las
tendencias representan el curso de la
evolución química de los magmas, sin
embargo es más probable que
representen el promedio de las
tendencias de evolución de muchos
lotes de magma, los cuales muy
probablemente no eran idénticos en
composición dando lugar a procesos de
diferenciación ligeramente diferentes
para cada lote.
Debido a esto y al error analítico se
observa cierta dispersión de los datos.
Posibles
“tendencias” Elementos Mayores
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 31
Diagrama TAS IUGS, Le Bas et al. (1986)
Se aplica a rocas volcánicas
frescas (H2O<2% y CO2 < 0.5%)
en las que no es posible determinar
la composición modal.
Los análisis deben ser recalculados
al 100% en base seca (sin H2O y CO2,
PPC).
Se apoya en norma CIPW.
Basalto:
Basalto alcalino: ne normativa
Basalto subalcalino: hy, q norm
Tefrita: < 10 % ol norm.
Basanita: > 10 % ol norm.
Traquita: q < 20% en q+ab+an+or
Traquidacita: q > 20% en q+ab+an+or
Clasificación de rocas volcánicas basada en la composición química de roca total
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 32
Rocas alcalinas:
• Subsaturadas en sílice
• Contienen ne normativa
• Comúnmente incluyen alguno(s)
de los minerales:
- Feldespatoides (nefelina, leucita)
- Analcima
- Feldespato alcalino
- Anfíboles alcalinos
- Clinopiroxenos alcalinos
- Soluciones sólidas biotita-flogopita
- Olivino
NO CONTIENEN:
ORTOPIROXENO, CUARZO
Clasificación basada en la composición química de roca total
Series de rocas magmáticas
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 33
Subdivisión de rocas subalcalinas
Clasificación basada en la composición química de roca total
Series de rocas magmáticas
Series shoshoníticas
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 34
Saturación en alúmina
Clasificación basada en la composición química de roca total
Especialmente importante en la clasificación de rocas félsicas
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 35
Clasificación basada en la composición química de roca total
Aumenta grado de saturación en Al
Índice de saturación en
alúmina:
Al2O3 / (K2O+Na2O+CaO)
Las relaciones son
molares!!
Dividir % en peso del óxido
entre el peso molecular del
óxido.
Saturación en alúmina
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 36
Hawaii basalt data set analyses Secuencia de cristalización: Olivino
Augita
Plagioclasa
Enstatita
Magnetita
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
SiO2 48.05 48.43 47.92 48.21 49.16 49.20 49.71 50.10 50.37 50.56 50.74 50.85 50.92 51.24 53.42 56.07
TiO2 2.04 2.00 2.16 2.24 2.29 2.57 2.68 2.71 3.09 3.16 3.35 3.36 3.61 3.74 3.36 2.97
Al2O3 10.33 10.70 10.75 11.37 13.33 12.77 13.65 13.78 14.02 13.92 13.57 14.02 13.80 13.60 13.75 13.78
Fe2O3 1.34 1.15 1.08 1.50 1.31 1.50 1.19 1.89 1.88 1.78 1.36 1.90 1.85 1.87 1.96 1.93
FeO 10.19 10.08 10.65 10.18 9.71 10.05 9.72 9.46 10.07 10.18 10.63 10.44 10.71 11.19 10.45 9.78
MnO 0.17 0.17 0.18 0.18 0.16 0.17 0.17 0.17 0.17 0.18 0.18 0.18 0.19 0.18 0.18 0.18
MgO 17.39 16.29 15.43 13.94 10.41 10.00 8.24 7.34 6.75 6.33 6.16 5.68 5.46 5.12 3.92 2.70
CaO 8.14 8.67 9.33 9.74 10.93 10.75 11.59 11.46 10.39 10.24 9.94 9.71 9.45 9.03 7.75 6.54
Na2O 1.66 1.71 1.79 1.89 2.15 2.12 2.26 2.25 2.35 2.61 2.69 2.77 2.80 2.81 3.34 3.86
K2O 0.36 0.35 0.44 0.44 0.51 0.51 0.54 0.57 0.62 0.64 0.67 0.74 0.75 0.83 1.10 1.36
P2O5 0.19 0.18 0.23 0.22 0.20 0.25 0.25 0.27 0.32 0.33 0.37 0.38 0.40 0.41 0.59 0.77
Total 99.86 99.73 99.96 99.91 100.16 99.89 100.00 100.00 100.03 99.93 99.66 100.03 99.94 100.02 99.82 99.92
Mg' = Molar Mg/(Mg+Fe2+
) 0.75 0.74 0.72 0.71 0.66 0.64 0.60 0.58 0.54 0.53 0.51 0.49 0.48 0.45 0.40 0.33
A 7 7 8 9 12 12 13 14 15 16 17 18 18 18 24 29
F 34 35 38 38 43 44 47 48 51 52 53 53 54 56 56 55
M 59 57 55 53 46 44 40 37 34 32 31 29 28 26 21 15
% líquido remanente (K2O) 100% 103% 82% 82% 71% 71% 67% 63% 58% 56% 54% 49% 48% 43% 33% 26%
% líquido remanente (P2O5) 100% 106% 83% 86% 95% 76% 76% 70% 59% 58% 51% 50% 48% 46% 32% 25%
Norma CIPW y valores calculados
Cuarzo 0 0 0 0 0 0 0 1.3 2.8 2.4 2.6 3.2 3.9 4.9 7.6 10.7
Plagioclasa 39.3 40.7 40.9 43.1 49.4 47.9 50.8 51.0 51.9 52.7 52.1 53.3 52.8 52.0 53.3 54.1
Ortoclasa 2.6 2.5 3.2 3.2 3.6 3.7 3.8 4.0 4.4 4.5 4.7 5.2 5.3 5.8 7.6 9.3
Diopsida 14.9 16.4 19.0 19.6 20.8 21.1 22.8 22.0 17.7 18.2 18.0 16.5 16.0 15.0 11.3 8.1
Hiperstena 19.8 19.7 13.8 14.8 13.3 16.9 15.1 16.2 17.2 16.0 16.5 15.2 15.1 15.2 13.2 11.2
Olivino 19.2 16.8 19.0 14.8 8.5 5.4 2.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ilmenita 2.6 2.5 2.7 2.8 2.8 3.2 3.3 3.3 3.8 3.9 4.1 4.1 4.4 4.6 4.0 3.5
Magnetita 1.2 1.0 0.9 1.3 1.1 1.3 1.0 1.6 1.6 1.5 1.2 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
Apatita 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 0.9 0.9 1.3 1.6
Mg/(Mg+Fetotal) en la roca 73.1 72.3 70.3 68.3 63.0 61.0 57.6 54.0 50.6 48.9 48.1 45.5 44.0 41.5 36.4 29.5
Mg/(Mg+Fe2+
) en silicatos norm. 79.6 78.5 76.6 76.4 72.0 71.1 67.9 67.3 64.5 62.7 60.4 60.0 58.8 56.0 50.9 42.8
Ca/(Ca+Na) en la roca 73.0 73.7 74.2 74.0 73.7 73.7 73.9 73.8 71.0 68.4 67.1 66.0 65.1 64.0 56.2 48.4
Ca/(Ca+Na) en plagioclasa norm. 56.9 57.2 55.4 55.6 56.6 55.6 55.7 56.1 55.1 51.0 48.8 48.7 47.6 46.6 39.1 31.9
Índice de diferenciación (norma) 42.0 43.2 44.1 46.3 53.0 51.6 54.6 56.3 59.1 59.7 59.5 61.7 62.0 62.7 68.5 74.0
Densidad calculada, g/cm3
3.14 3.13 3.14 3.12 3.08 3.09 3.07 3.07 3.06 3.05 3.05 3.04 3.05 3.05 3.00 2.95
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 37
Composición de fenocristales
% en peso de los óxidos mayores
Olivino Plagioclasa Augita Enstatita Magnetita
SiO2 40.01 51.50 51.20 54.10 0.10
TiO2 0.04 0.12 1.11 0.27 22.70
Al2O3 1.13 29.50 2.62 1.66 1.44
Fe2O3 0.30 0.06 0.81 0.89 24.37
FeO 12.33 0.84 9.19 10.80 46.37
MnO 0.17 0.00 0.19 0.19 0.76
MgO 44.77 0.09 17.10 29.40 3.18
CaO 1.21 13.70 17.80 1.98 0.00
Na2O 0.00 3.46 0.08 0.00 0.00
K2O 0.00 0.13 0.00 0.00 0.00
P2O5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Total 99.96 99.40 100.10 99.29 98.92
Molar Mg/(Mg+Fe2+) 0.87 0.16 0.77 0.83 0.11
A 0 79 0 0 0
F 22 19 35 27 94
M 78 2 65 73 6
Volcán Kilauea, Hawaii
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 38
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
45 50 55 60
SiO2 % peso
K2O
%
peso
Serie Calcilalcalina
Serie
Calcilalcalina
de alto K
Serie Calcilalcalina
de bajo K (Tholeítica)
Serie Shoshonítica
0
2
4
6
8
10
37 42 47 52 57 62
SiO2 % en peso
Na
2O
+ K
2O
%
en
pe
so
Basalto Andesita Basáltica
Norma CIPW: Muestras 1-7 Normativas en olivino, diópsida e hiperstena Saturadas en sílice Tholeiitas de olivino Muestras 8-16 Normativas en cuarzo, diópsida e hiperstena Sobresaturadas en sílice Tholeiitas de cuarzo
Volcán Kilauea, Hawaii
Clasificación
F
MAUNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 39
Comportamiento de elementos traza en los magmas
• 1.- E. T q´precipitan con El mayores, Ge con Si, Ga con Al, Sc con Al y Mg, Rb, Cs, Ba con K en micas, Sr, Mn con Ca, Li con Mg y Fe en micas, Ni, Co y Pt como calcofilos parc en estr. Ol.
• 2.- El. T parcialmente camuflados en parte en silicatos: Be con Si y Al; Li con Mg, Fe, Al; B en parte con Si formando borosilicatos
• 3.- El T que se enriquecen en soluciones residuales: W, Mo, Sn, As, Bi forman minerales despues del enriquecimiento.
• Los elementos calcofilos: Cu, Ag, Zn, Pt, Hg, Sb; Co, Ni, Cd; Se, Te, S, Au.
• 4.- El T q´forman minerales no silicatados y apenas se pres la crist. primaria: Pt, sulf Fe,Ni,Co, Cr en espinelas Ti en Illmenita.
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 40
• El comportamiento de algunos metales de la t.p (I al VIIIB), se combinan preferentemente con el S si este existe en el magma(calcof) y precipitan en forma de sulfuros formando enlaces + covalentes (aniones).
• Cobre.- Cu+ (0,96 -0,99ª) --- > Na (0.97 -0,98 A) en las Pgls, ni el Cu 2+ (0,72 A), x el Fe2+ (0,74 A) en los ferromagnesianos debido a la mayor electronegatividad del Cu (1,77) -- -> Na (1.18) y del Cu2+ (2.35) --- > Fe2+ (1.85), xlt se combinan con S en las 1ras estadios de la consolidación del magma básico o se concentran en el magma residual hasta q´ S alcance la concentración suficiente p/f CuFeS2
• Manganeso, Mn2+ (0,80ª) --- > Fe2+ (0,74 A) debido a su menor electr (1,4 --- > Fe2+ (1,65).
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 41
ET en procesos magmáticos
• HFSE: High Field Strenght Elements; son llamados x su alta carga de ionización: Zr, Hf, Th, (+4), Ta, Nb (+5), U+6 +4 , C.I. (a) y RI (p), a exepcion de U yTh. Debido a su C.I alta requieren uno o mas sustituciones dobles para mantener su balance de cargas. Hf y Zr son moderadamente incompatibles, Nb yTa son altamente incompatibles y menos electro+ q´alcalinos, alcalinotérreos y TR.
• Los HFSE son insolubles, son útiles en el estudio del origen de las rocas ígneas antiguas evidencias ambientes de formación, Ta y Nb estan presentes en concentraciones anómalas bajas en magmas asociados a zonas de subducción, relacionados a vulcanismos.
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 42
Las Tierras Raras y el Y
• Tierras raras: Lantánidos y Actínidos • En geoquímica REE: La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. • Actínidos: U y Th • El Y se comporta de manera similar a las tierras raras medias-pesadas
• El Th tiene +4 y el U puede tener +4 o +6 (en condiciones oxidantes)
– El U+6 forma el ión uranilo (UO2-2) que es soluble en fluidos acuosos en condiciones
oxidantes
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 43
REEs tienen bajas electronegatividades: enlaces iónicos (como los álcalis) Su carga iónica es alta (+3), aunque Ce puede ser +4 (en condiciones oxidantes) y Eu +2 (en condiciones reductoras) Debido a su alto potencial iónico (carga/radio) las REE, el Th y el U+4:
–Tienden a ser insolubles en fluidos acuosos –No se movilizan durante el metamorfismo y/o el intemperismo
TR
• Las TR son elementos qcos ampliamente utilizados en los est. Petrogeneticos, x ser excelentes indicadores de los procesos geológicos que han ocurrido durante la fm de las rocas igneas.
• Las TR se dividen en TRL (La 57 a Sm 62), TRI (Eu 63 a Galidonio 64 y terbio 65), TRP (Itrio, disprosio 66 al lutecio 71).
• Las TRL se enriquecen en rs corticales mas felsicas, debido a la fusión parcial y cristalizacion fracionada dos magmas y Rs igneas.
• TR han sido considerados como inmoviles durante el metamorfismo y son buenos indicadores de materailes pre metamorficos.
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 44
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 45
Comportamiento de las Tierras Raras
• REE configuración electrónica es similar
• Radio iónico decrece de manera sistemática
• Radio iónico define su comportamiento en los materiales geológicos
¿Elementos Incompatibles?
• El grado de incompatibilidad dependerá del radio iónico y de la carga:
• HREE sustituyen al Aluminio en la estructura cristalina del granate
• Eu+2 sustituye al Ca en la plagioclasa
• Comportamiento importante en PETROLOGÍA
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 46
1
10
100
1000
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
sa
mp
le/C
I C
ho
nd
rite Upper Crust
N-MORB
Pm
0.01
0.1
1
10
100
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Co
nce
ntr
ació
n p
pm Upper Crust
N-MORB
Pm
Diagramas de Tierras Raras
• Diagramas que expresan el logaritmo de las abundancias relativas con respecto
al número atómico: Diagramas de “Masuda”, “Masuda-Coryell” o “Coryell”
• Las abundancias relativas:
• concentración en la muestra/concentración en un material de referencia
• Valores de normalización utilizados (ver Rollinson 1993, pag. 134):
• Condritas
• Manto Primitivo
• MORB
• Etc..
Sin normalización Normalizado
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 47
¿Por qué los patrones de tierras raras son distintos?
1
10
100
1000
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
sa
mp
le/C
I C
ho
nd
rite Corteza Oceánica
Corteza Continental
Manto Primitivo
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 48
Diagramas multielementos o de “araña”
• LILE: Rb, Cs Sr y Ba
• HFSE: Nb-Ta y Zr-Hf
• REE: La-Lu
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 49
0.1
1
10
100
1000
Cs
Rb
Ba
Th U
Nb
Ta
K2
O La
Ce
Pb Pr
Sr
Nd Zr
Hf
Sm Eu
TiO
2
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Yb Y
Lu
Mu
estr
a/M
an
to P
rim
itiv
o
Corteza
N-MORB
E-MORB
OIB
Incompatible Compatible
ESTUDIOS DE ORIENTACION
• Consiste en determinar una serie de parámetros físicos como
– distancia de muestreo, fracción granulométrica adecuada, el mejor método analítico para análisis de elementos.
• Los datos resultantes de orientación deben habilitar la selección óptima del campo, laboratorio y procedimientos de la interpretación. Con suerte, estos procedimientos deben permitir la resolución clara de los modelos anómalos significantes, con un pequeño traslape entre anomalías y poblaciones del background.
Fuente: Lloyd, 1998 UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 50
Factores p/ estudios de Orientación (Bloss & Nichol 1989)
• 1.- Comprender claramente el “Blanco” del tipo de depósito. • 2.- Comprender el ambiente superficial del área investigada • 3.- Inv la naturaleza de la dispersión primaria y secundaria de la
mineralización • 4.- Tipo de muestra disponible • 5.- Procedimiento de muestreo • 6.- Tamaño de la muestra • 7.- Intervalo de muestreo, orientación y densidad • 8.- Procedimientos para la preparación de la muestra • 9.- Tamaño y fracción para análisis • 10.- Método analítico requerido • 11.- Elemento a ser analizado • 12.- Formato para la Interpretación de los datos
UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 51
Algunos Factores a ser determinados en
estudios de orientación por geoquímica de rocas
1.- Tipo de muestra. 2.- Tamaño y características de la muestra. 3.- El mejor elemento indicador. 4.-Rangos de background de elementos indicadores asociados con
diferentes tipos de rocas y niveles de threshold anómalos. 5.- La aplicabilidad de separador de minerales. 6.- Efectos de meteorización, tipo de roca, alteración hidrotermal y
otras variables geológicas en el background y contraste de anomalías.
7.-Forma, extensión y homogeneidad de anomalías y reproducción de valores para un solo sitio.
8.- Métodos de descomposición de la muestra y análisis. 9.- Reproducibilidad del muestreo. 10.- Procedimientos para la interpretación de Datos.
Fuente: Lloyd, 1998 UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 52
Algunos factores a ser determinados en estudios de orientación por geoquímica de suelos residuales
1.- Influencia de la topografía, drenaje, vegetación y tipo de roca en el desarrollo del perfil de suelo y geoquímica.
2.- Horizonte(s) óptimo para el muestreo de suelos. 3.- Mejores elementos indicadores (mena y/o pathfinder). 4.- Rangos de Background de elementos indicadores
asociados con diferentes tipos de rocas y niveles de threshold y anómalos).
5.- Fracción óptimo para el análisis (basado en el tamaño y/o magnética, gravedad específica, o las propiedades orgánicas).
Fuente: Lloyd, 1998 UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 53
6.- Método óptimo de la descomposición de la muestra (ácido fuerte, ácido débil, pirólisis, fusión, etc.).
7.- Método(s) óptimo para análisis (límite de detección, precisión, exactitud, interferencias).
8.- Intensidad, forma, extensión y homogeneidad de anomalías como sugerentes para la aplicación de método preferido a lo largo de una o dos secciones transversales de mineralización.
9.- Posibilidad de contaminación. 10.- Reproducibilidad del muestreo. 11.- Procedimientos para la interpretación de Datos.
Fuente: Lloyd, 1998 UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 54
TIPOS DE ANALISIS SEDIMENTOS
AGUAS
Multielementos ICP-MS
Concentrado Cu AAS
Au Ensayo al fuego AAS
Metales disueltos ICP-OES
Digestión con agua regia
Digestión multiácida
Digestión multiácida
Digestión con agua regia
Malla No 80
Malla No 200
Malla No 80
Malla No 200
Malla No 80
Malla No 80
Malla No 200
41
41
41
41
26
41
41
40
Tipos de análisis y número de muestras utilizadas en el estudio de orientación
Fuente: INGEMMET UNSA-MCT 2013 Geoquímica Aplicada 55
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