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Roberto Perez Xavier Departamento de Geologia e Recursos Naturais Instituto de Geociências - UNICAMP UNICAMP Disciplina: Geologia Econômica (GE-803) Graduação.

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1 Roberto Perez Xavier Departamento de Geologia e Recursos Naturais Instituto de Geociências - UNICAMP UNICAMP Disciplina: Geologia Econômica (GE-803) Graduação em Ciências da Terra – Geologia DEPÓSITOS MINERAIS FORMADOS POR PROCESSOS HIDROTERMAIS

2 FLUIDOS HIDROTERMAIS: ORIGEM, MIGRAÇÃO E EVOLUÇÃO NA CROSTA TERRESTRE UNICAMP Geologia Econômica (GE-803)

3 O TERMO FLUIDO FLUIDO = H 2 O + SAIS + VOLÁTEIS (CO 2, CH 4, N 2, H 2 S, etc.) Fase aquosa ou vapor; não – silicática. PRESSÃO TEMPERATURA L V S FLUIDO SUPERCRÍTICO 374°C 218 bar H2O Pc Pt UNICAMP Geologia Econômica (GE-803)

4 PAPEL DOS FLUIDOS NA CROSTA TERRESTRE Se presentes em volumes significativos no interior da crosta terrestre podem: 1. Promover a fusão parcial de rochas. 2. Promover a transferência de calor/energia. 3. Exercer controle na natureza e extensão da deformação. 4. Atuar como solvente para a dissolução de metais das rochas. 5. Transportar e concentrar metais depósitos minerais. Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

5 PONTOS A SEREM ABORDADOS Quais os principais atributos das soluções hidrotermais? Quais as fontes das soluções hidrotermais? Como circulam em larga escala na crosta terrestre? Como transportam e depositam metais? Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

6 FLUIDO HIDROTERMAL: ASPECTOS HISTÓRICOS Início do sec. XIX à metade do séc. XX : fluido aquoso diluído e quente Depósito HidrotermalTemperatura (°C)Profundidade (m) hipotermal – mesotermal – epitermal < teletermal< 100Próximo à superfície Distância de depósitos minerais com corpos ígneos intrusivos origem magmática: Waldemar Lindgren (1860 – 1939) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

7 FLUIDO HIDROTERMAL: ASPECTOS HISTÓRICOS Questões em aberto: Estado físico? Redox? pH? Transporte de metais? Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

8 SISTEMAS GEOTERMAIS ATIVOS NEPR, SEPR = East Pacific RiseMAR = Mar Crest RR = IslândiaSWIR e SEIR = Southwest e Southeast Indian Ridge Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

9 FLUIDOS HIDROTERMAIS: EVIDÊNCIAS inclusões fluidas sistemas geotermais ativos em crosta continental e oceânica Fumarolas ou black smokers geiseres V L S1 S3 S2 S4 Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

10 Quando a água do mar penetra na crosta oceânica, sua temperatura aumenta, reage com as rochas e retorna ao assoalho oceânico. A composição da água do mar modifica-se nesse processo alguns componentes são removidos (e.g. Mg, SO 4 ) e outros são adicionados (e.g. Fe, Mn, H 2, CO 2 ). COMO FORMA-SE UM FLUIDO HIDROTERMAL? UNICAMP

11 FLUIDOS EM SISTEMAS HIDROTERMAIS OCEÂNICOS ATIVOS Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

12 COMO FORMA-SE UM FLUIDO HIDROTERMAL? Água do Mar 2°C Alcalino (pH 8) Caráter oxidante SO 4 2+ >> S 2- Rico em Mg 2+ Pobre em metais 3,2% NaCl = salinidade da água do mar Fluido Hidrotermal 350°C Ácido (pH 4,6) Caráter redutor S 2- >>SO 4 2- Pobre em Mg 2+ Enriquecido em metais 3,2% NaCl Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

13 COMO FORMA-SE UM FLUIDO HIDROTERMAL? 1. pH ácido do fluido 2Ca 2+ + Fe Al SiO 2 + 7H 2 O = Ca 2 FeAl 2 Si 3 O 12 (OH) + 13H + Silicatos em rochasfluidoepidoto máficas 2. Caráter oxidado reduzido 11Fe 2 SiO 4 + 2SO H + = FeS 2 + 7Fe 3 O SiO 2 + 2H 2 O máfico fluido pirita magnetita 3. Metassomatismo = perda de Mg 2+ 2NaAlSi 3 O 8 + 5Mg H 2 O = Mg 5 Al 2 Si 3 O 10 (OH) 8 + 2Na + + 8H + + 3SiO 2 Albitafluidoclorita quartzo Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

14 + + + fluidos metamórficos águas meteóricas fluidos magmáticos águas de formação água do mar águas conatas FLUIDOS NA CROSTA TERRESTRE Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

15 FLUIDOS HIDROTERMAIS: COMPOSIÇÃO Fonte: Barnes (1997); Lydon (1988) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

16 FLUIDOS BACINAIS Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

17 COMPOSIÇÃO DE FLUIDOS MAGMÁTICOS VulcõesAugustine (Grécia) Etna (Itália)St. Helens (USA) MagmaandesíticobasálticoDacítico T(°C) H2OH2O83,991,998,6 CO 2 2,41,40,8 SO 2 5,722,86,7x10 -2 H2SH2S1,00-9,0x10 -2 HCl6,00,17,6x10 -2 HF8,6x ,50,03 NaCl1,4x ,3x ,1x10 -4 Análises em moles/100 moles de gás Symonds (1992) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

18 FLUIDOS MAGMÁTICOS LIBERADOS POR ERUPÇÕES VULCÂNICAS Hedenquist & Lowenster (1994) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

19 2.0 kb 1.3 kb 0.5 kb % de cristalização salinidade (%) Variação da salinidade de fluido magmático, em função da pressão e temperatura, na cristalização de um magma granítico (Bodnar, 1992). FLUIDOS MAGMÁTICOS: SALINIDADE Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

20 FLUIDOS MAGMÁTICOS: VARIAÇÃO DA COMPOSIÇÃO COM A PROFUNDIDADE Baker (2002) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP Solubilidade do CO 2 é 10 X menor do que a da H 2 O em fundidos silicáticos predomina em ambientes mais profundos.

21 FLUIDOS MAGMÁTICOS E A CONCENTRAÇÃO DE METAIS Fatores que controlam a concentração de metais em uma fase fluida magmática: Coeficiente de partição mineral-fundido e fundido-fluido 1. Mo, W e Zn minerais acessórios com Ti = ilmenita, magnetita, esfeno, biotita. 2. Cu e Au sulfetos Momento de saturação do fundido silicático em uma fase fluida 1. Fase fluida aquosa precoce > depósitos de Cu-Au/Mo-W. 2. Fase fluida tardia < depósitos de Cu-Au/Mo-W. Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

22 FLUIDOS METAMÓRFICOS Rochas metamórficas hospedam vários tipos de depósitos minerais: 1. Depósitos metamorfogênicos epigenéticos e formados pela ação de fluidos no ambiente metamórfico. 2. Depósitos formados antes do evento metamórfico. Difícil distinção entre ambos em vários casos: deformação e recristalização. Vários estágios de mineralização remobilização. Fluidos no ambiente metamórfico: 1. Derivados de reações metamórficas silicatos hidratados, carbonatos e sulfetos. 2. Fluidos exóticos magmatismo sin-tectônico, manto, meteórica, formação, etc. Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

23 GERAÇÃO DE FLUIDOS EM REAÇÕES METAMÓRFICAS ROCHAS PELÍTICAS - PSAMOPELÍTICAS argilo-minerais (15-20 % H 2 O) + clorita (10-12 % H 2 O) biotita + muscovita (3-4 % H 2 O) estaurolita + cordierita (2 % H 2 O) H 2 O + (CO 2 + CH 4 + N 2 + H 2 S), 5-6 % NaCl Cartwright & Oliver (2000) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

24 GERAÇÃO DE FLUIDOS EM REAÇÕES METAMÓRFICAS ROCHAS CÁLCIO-SILICATADAS Fluidos podem variar de dominantemente aquosos a ricos em CO 2, a depender de soluções intergranulares. Cartwright & Oliver (2000) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

25 GERAÇÃO DE FLUIDOS EM REAÇÕES METAMÓRFICAS ROCHAS MÁFICAS-ULTRAMÁFICAS As reações de devolatilização geram fluidos aquosos aumento em CO 2 com a temperatura. Volume de fluidos depende da história pré-metamórfica: 1.Minerais anidros – olivina, piroxênios, plagioclásio – ou pobres em água – anfibólio reações de desidratação > 600°C geram pouco fluido no metamorfismo. 2. Interação prévia com fluidos hidrotermais basaltos de fundo oceânico geram silicatos hidratados (clorita, serpentina, talco, etc.) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

26 COMPOSIÇÃO DE FLUIDOS METAMÓRFICOS Durante o metamorfismo progressivo, fluidos são gerados: por reações de devolatilização; na cristalização de fundidos silicáticos. Fluidos aquosos, de salinidade baixa (5-6 % NaCl), quantidades variáveis de CO 2 e muito subordinadas de CH 4, N 2 e H 2 S sistema C - O - H - S - N - sais. Eficientes no transporte de Au-Ag Baixa eficiência no transporte de Cu-Pb-Zn. Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

27 Soluções aquosas Soluções diluídas ( % solutos) a altamente concentradas (25% solutos) predominância de Na + e Cl -. Salinidade: muito baixa= 0,2-0,5%; baixa= 50% metais complexos iônicos (e.g. Au(HS) - 2 ; AuCl - 2 ) Temperatura variada: 50°C a >600°C pH variado (ácido, neutro a levemente alcalino) voláteis (CO 2, CH 4, N 2, H 2 S, etc.) controlam o estado redox dos fluidos NÃO TEM IMPLICAÇÃO GENÉTICA FLUIDOS HIDROTERMAIS: O QUE SÃO AFINAL? Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

28 Dissolução química de elementos traço (metais) a partir de um grande volume de rocha ( km 3 ) Migração do fluido e sua canalização ao longo de estruturas na crosta (e.g. falhas, zonas de cisalhamento) Precipitação química de minerais de minério formando um depósito mineral (< 1 km 3 ) POUCO FLUIDO, MUITA ROCHA VERSUS MUITO FLUIDO, POUCA ROCHA Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

29 Regimes Tectônicos, Fluxo de Fluidos Hidrotermais e Depósitos Minerais na Crosta Terrestre SubducçãoExtensãoExpansãoColisão Au mesotermal ou orogenético Cu-Pb-Zn vulcanogênico Cu-Pb-Zn em rochas sedimentares Au epitermal Cu-Mo-Au pórfiro ±skarns, Sn greisens Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

30 TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE METAIS POR FLUIDOS HIDROTERMAIS UNICAMP Geologia Econômica (GE-803)

31 FLUIDOS HIDROTERMAIS: TRANSPORTE DE METAIS Metais não são transportados como íons simples complexos iônicos Quais os c omplexos mais importantes no transporte de metais? log = constante de equílibrio de formação Estabilidade de ligantes Disponibilidade de ligantes Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

32 FLUIDOS HIDROTERMAIS: TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE METAIS Estabilidade de ligantes T, P, pH, salinidade e composição TEMPERATURA °C pH=4, 1m NaCl, aH 2 S= 10 -3, SO 4 /H 2 S= ZnCl 2 - Au(HS) 2 - AuCl 2 - Cu(HS) 2 - CuCl 2 - SOLUBILIDADE (log ppm) pH T= 300°C, aH 2 S= 10 -3, 1m NaCl, SO 4 /H 2 S= Zn Au(HS) 2 - CuCl - Cu(HS) 2 - Cu&Zn Au Cu&ZnAu Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

33 O CASO DO OURO FLUIDOS HIDROTERMAIS: TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE METAIS COMPLEXOS DE Au EM SOLUÇÕES HIDROTERMAIS Cl - Br - I - HS - S -2 Sn -2 S 2 O 3 S n O 6 As 3 S 6 -3 Sb 3 S 6 -3 Te -2 NH 3 OH - CN - SCN - OXIDAÇÃOCOMPLEXOS +1Au(CN) 2 - ; Au(HS) 2 - ; AuCl Au(R 2 (NCS 2 )) 2, onde R= C 2 H 5 ou C 3 H 7 +3AuCl (NO) 2 AuF 6 +5AuF 5 ; CsAuF 6 +6AuF 7 Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

34 O CASO DO OURO Estabilidade de ligantes Disponibilidade de ligantes COMPLEXOSCONSTANTE DE EQUILÍBRIO DE FORMAÇÃO AuI AuBr AuCl Au(HS) AuHS o 24.5 Au(NH 3 ) Au(CN) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

35 4 Au(HS) H 2 O + 4 H + = 4 Au H 2 S + O 2 temperatura pH O 2 aH 2 S Seward (1982) e Brown (1986) O CASO DO OURO pirita pirrotita hematita magnetita 300°C O 2 pH AuCl 2 - Au(HS) 2 - : S= 0,5x10 -2 : S= 1,0x10 -3 AuCl 2 - : S= 0,5x10 -2 Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

36 MECANISMOS DE DEPOSIÇÃO 1. REAÇÃO FLUIDO - ROCHA: CLORITA (OU MAGNETITA) + Au - S + O 2 =Au o + FeS 2 + QUARTZO + H 2 O LITOLOGIAS CARBONÁCEAS - f O 2 CONSUMO DE K + E CO 2 - pH 2. SEPARAÇÃO DE FASES FLUIDAS: IMISCIBILIDADE/EBULIÇÃO - f O 2 pH H 2 S 3. MISTURA DE FLUIDOS -aCl - f O 2 pH O CASO DO OURO Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

37 F61/253,35 DEPÓSITO DE Cu-Au-(Mo-W-Bi) do BREVES - CARAJÁS AC 15 m AC UNICAMP

38 Bubble Boy Que bela separação de fases

39 Bubble Boy

40 4 AuCl H 2 O = 4 Au H Cl - + O 2 O CASO DO OURO temperatura pH O 2 aCl - pirita pirrotita hematita magnetita 300°C O 2 pH AuCl 2 - Au(HS) 2 - : S= 0,5x10 -2 : S= 1,0x10 -3 AuCl 2 - : S= 0,5x10 -2 Seward (1982) e Brown (1986) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

41 MECANISMOS DE DEPOSIÇÃO 1. REAÇÃO FLUIDO - ROCHA: CLORITA (OU MAGNETITA) + Au - S + O 2 =Au o + FeS 2 + QUARTZO + H 2 O LITOLOGIAS CARBONÁCEAS - f O 2 CONSUMO DE K + E CO 2 - pH 2. SEPARAÇÃO DE FASES FLUIDAS: IMISCIBILIDADE/EBULIÇÃO - f O 2 pH H 2 S 3. MISTURA DE FLUIDOS -aCl - f O 2 pH O CASO DO OURO Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

42 O caso do Cu, Pb e Zn Cu (s) + 1/2 O 2 + H Cl - = CuCl 2 + 1/2 H 2 O temperatura pH O 2 aCl temperatura (°C) Pb (cloreto) Zn (cloreto) Cu (cloreto) Ag (cloreto) Ag (bisulfeto) : 10 3 mg/kg cloreto 5: 10 5 mg/kg cloreto log solubilidade (mg/kg) Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP

43 FLUIDOS HIDROTERMAIS: CONSIDERAÇÕES FINAIS Soluções hidrotermais evoluem química e isotopicamente na crosta terrestre reações com as rochas encaixantes, separação de fases, mistura de fluidos..... Constituintes das soluções hidrotermais podem ser provenientes de fontes distintas Para formar um depósito mineral (1) circular por grandes volumes de rochas a uma razão fluido/rocha adequada; (2) fluir para ambientes confinados; (3) mecanismos de precipitação de metais Tipo de depósito mineral depende da composição da solução, onde e como a precipitação ocorre Implicacões no modelo genético Geologia Econômica (GE-803) UNICAMP


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