TABLA DE CONTENIDO
1. GEOQUÍMICA...4 1.1 HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA ...4 1.2 GEOQUÍMICA GENERAL ... 7 1.2.1 EL CICLO GEOQUÍMICO... 9 1.2.2 GEOQUÍMICA DE PROSPECCIÓN ... 10 1.2.3 GEOQUÍMICA ORGÁNICA... 172. ESCALA DE LAS INVESTIGACIONES ...18
2.1 MÉTODO DE LAS APROXIMACIONES SUCESIVAS... 18
2.2 MODELOS GENERALIZADOS DE RESPUESTA ... 26
2.3 PROVINCIAS GEOQUÍMICAS ... 33
2.4 PROVINCIAS METALOGÉNICAS ... 35
3 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS...36
3.1 HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA ... 36
3.2 TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA ... 37
3.3 NÚMEROS CUÁNTICOS Y PERIODICIDAD... 38
3.4 RADIO IÓNICO & CARGA IÓNICA... 40
3.5 CLASIFICACIÓN GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMITH... 43
4 LEYES DE MIGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS ...46
4.1 FACTORES INTERNOS ... 47
4.2 FACTORES EXTERNOS ... 49
4.3 PRECISIÓN Y EXACTITUD ... 53
4.4 FORMA DE OCURRENCIA DE LOS ELEMENTOS EN LOS SÓLIDOS . 55 5 PREPARACION DE LAS MUESTRAS ...58
5.1 DESCOMPOSICIÓN DE LAS MUESTRAS ... 59
5.2 MÉTODOS APLICABLES A LAS MUESTRAS ... 60
6. PRINCIPALES MÉTODOS DE ANÁLISIS GEOQUÍMICOS ...63
6.1 ELEMENTOS MAYORES Y ELEMENTOS TRAZA ... 63
6.2 MÉTODOS ANALÍTICOS. ... 64
6.2.1 COLORIMETRÍA ... 64
6.2.2 GRAVIMETRÍA ... 66
6.2.3 ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN Y ABSORCIÓN ATÓMICA ... 66
6.2.4 FLUORESCENCIA DE RAYOS X ... 73
6.2.5 ESPECTROMETRÍA DE RADIACIÓN GAMMA... 74
6.2.6 ESPECTROMETRÍA DE PLASMA... 75
6.2.7 CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS ANALÍTICOS ... 79
7. APROXIMACIÓN ESTADÍSTICA A LAS DEFINICIONES DE CLARK ..81
7.1 FONDO NORMAL ... 81
7.2 ANOMALÍA GEOQUÍMICA... 81
8. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN
GEOQUÍMICA... 88
8.1 INTRODUCCIÓN A LA PROSPECCIÓN CON BATEA... 88
8.1.1 TOMA DE MUESTRA Y PLANIFICACIÓN DE LA PROSPECCIÓN 89 8.2 OBTENCIÓN DEL CONCENTRADO EN EL LABORATORIO Y DIAGNÓSTICO ... 91
9. EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIÓN ...93
9.1 EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIÓN ... 93
9.2 DISPERSIONES PRIMARIAS... 94
9.2.1 DISPERSIONES MINERALÓGICAS... 95
9.2.2. DISPERSIONES QUÍMICAS... 95
9.3 ZONALIDAD DE LAS DISPERSIONES ... 96
9.4 ELEMENTOS PRESENTES EN LAS AUREOLAS PRIMARIAS... 97
9.5 DISPERSIONES Y ANOMALÍAS GEOQUÍMICAS SECUNDARIAS... 98
9.5.1 METEORIZACIÓN DEL YACIMIENTO ... 98
9.6 ANOMALÍAS NO RELACIONADAS CON DEPÓSITOS MINERALES... 98
10. INTEMPERISMO Y SUELO...99
10.1 EL SUELO... 99
10.1.1 FORMACIÓN Y NATURALEZA DE LOS SUELOS... 100
10.1.2 TEXTURA Y CLASES DE SUELO... 101
10.1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS ... 102
10.1.4 ESTRUCTURA DEL SUELO... 104
10.1.5 CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS DE LOS SUELOS ... 105
10.1.6 FACTORES DE FORMACIÓN... 106
11. PROSPECCIÓN POR SEDIMENTOS DE ARROYOS...110
11.1 PLANIFICACIÓN DE TOMA DE MUESTRAS ... 110
11.2 TRATAMIENTO Y PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS... 111
12. BIOGEOQUÍMICA ...112
13. ECOLOGÍA GEOQUÍMICA...114
13.1 DEFINICIONES... 114
13.2 MODELO GENERAL DE COMPARTIMENTACIÓN EN UN ECOSISTEMA. ... 116
13.3 DIVERSIDAD GEOQUÍMICA EN LA ZONA ANTROPOGENIA Y SU INFLUENCIA EN LOS SISTEMAS ECOLÓGICOS... 116
13.4 TIPOS DE CONTAMINACIÓN... 118
14. GEOQUÍMICA DE AEROSOLES Y SUS PROPIEDADES COMO INDICADORES DE LA CONTAMINACIÓN... 120
14.1 LOS AEROSOLES... 120
14.2 CONTAMINACIÓN DE LOS SUELOS ... 124
15. LA MEDICIÓN DE CONTAMINANTES...130
15.1 CONTAMINACIÓN DE FANGOS, FERTILIZANTES, PLANTAS... 131
15.2 LLUVIA ÁCIDA... 133
Origen de la Contaminación Atmosférica con Azufre ... 134
16. MÉTODOS GEOQUÍMICOS Y HERRAMIENTAS EN LA EXPLORACIÓN PETROLERA... 137
16.1 ESTIMACIÓN DE LA ROCA FUENTE... 138
16.2 VALORACIÓN DE LA MADUREZ... 140
16.3 APRECIACIÓN GLOBAL DE LOS "SCREENING METHODS" ... 141
16.4 OTROS MÉTODOS GEOQUÍMICOS ... 141
16.5 EXPLORACIÓN GEOQUÍMICA DE SUPERFICIE PARA PETRÓLEO Y GAS: NUEVA VIDA PARA UNA TECNOLOGÍA ANTIGUA ... 144
17. PROSPECCIÓN GEOQUÍMICA DEL ORO ...147
17.1 DEPÓSITOS DE PLACERES... 147
17.2 TIPOS DE PLACERES AURíFEROS ... 150
1. GEOQUÍMICA
1.1 HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA
Algunos resúmenes de la historia de la geoquímica (Hawkes, 1957; Boyle, 1967 y Garret, 1970han publicado que los principios de la prospección geoquímica fueron originados en la antigüedad.
El gambusino buscando oro estaría, visto por la exploración geoquímica moderna, siguiendo los patrones de dispersión. Similarmente, los antiguos quienes estudiaban las manchas para el hierro (gossan) estuvieron de hecho, observando los indicios de depósitos sepultados.
La principal diferencia entre el prospector antiguo y el explorador geoquímico moderno es que el primero usaba observaciones mineralógicas, mientras que el segundo usa análisis químicos.
Boyle (1967) enfatiza sobre los métodos geoquímicos escritos a mediados del siglo XVI. Otra referencia podría ser lo citado por Agricola (1556) para mostrar que el hombre medieval tenía los conocimientos sobre lo que nosotros actualmente llamamos efectos térmicos causados por la oxidación de sulfuros sobre las vetas, y el uso de los métodos biogeoquímicos en la exploración. Ellos también conocían el significado de las plantas como indicadores, particularmente la decoloración y cambios físicos en la vegetación, resultado de los efectos tóxicos de los elementos traza en suelos asociados con zonas mineralizadas.
Las asociaciones botánicas con la mineralización aparentemente han sido bien conocidas por un largo tiempo, esto es desde los siglos VIII o IX, según la fuente citada por Boyle (1967). Los chinos han observado que ciertas especies de plantas ocurren cerca de los depósitos de plata, oro, cobre y estaño y ellos conocían que este hecho podría ser usado en exploración.
Los reportes sobre el uso de métodos de prospección geoquímica y bioquímicos se incrementaron en la literatura desde el siglo XVII y posteriores, haciéndose particularmente abundantes a principios del siglo XX.
Se entiende claramente que en la actualidad, los métodos de exploración geoquímica no están basados enteramente sobre nuevos conceptos, pero si lo son los métodos sensibles capaces de extraer mas información de alta calidad de los materiales los cuales, en algunos casos, han sido usados por los prospectores durante más de 500 años.
Los métodos modernos de exploración geoquímica fueron usados primeramente en la URSS a principios de 1930, posteriormente en los países escandinavos, particularmente en Suecia.
Los primeros programas de exploración a gran escala fueron iniciados en 1932 por geólogos soviéticos quienes perfeccionaron el método analítico de emisión espectrográfica, así como los procedimientos de muestreo para un estudio
Los primeros trabajos fueron enfocados a la búsqueda de estaño, pero estos fueron rápidamente seguidos por otros estudios "metalométricos" (suelos y rocas intemperizadas) por cobre, plomo, zinc, níquel y otros metales.
Muchos de los trabajos analíticos fueron realizados en el campo o en laboratorios portátiles utilizados en campo, usando datos semicuantitativos de emisión espectrográfica. Aproximadamente al mismo tiempo (mediados y finales de los treinta), los estudios fueron seguidos en Suecia y Finlandia, en el uso de la vegetación para propósitos de prospección, incluyendo los análisis de plantas y el reconocimiento de las plantas como indicadores.
La prospección geoquímica iniciada en la URSS (y Escandinavia) estuvo basada en más que los escritos antiguos y medievales mencionados anteriormente.
A principios del siglo XX, fuertes escuelas de geoquímica fundamental fueron establecidas sobre las bases de los países pioneros por famosos geoquímicos soviéticos como V.I. Vernadsky quien realiza el primer trabajo en biogeoquímica, y su estudiante A.E. Fersman, quien fue el primero en dar énfasis a la importancia de los halos primarios y secundarios asociados con depósitos minerales.
Otros notables geoquímicos soviéticos que contribuyeron en varias partes de la geoquímica son I.I. Ginzburg, A.P. Vinogradov y D.P. Malyuga. En noruega y al mismo tiempo, el trabajo clásico de V.M. Goldschmidt sobre la distribución de los elementos obtendría la atención de muchos.
Inicialmente, no solo los geoquímicos hacían estimaciones cuantitativas de la abundancia de muchos elementos trazas importantes en todos los tipos de rocas, pero Goldschmidt formularía los principios que rigen a los datos observados, los cuales subsecuentemente podrían ser utilizados para propósitos de exploración.
Otros estudios fueron hechos por T. Vogt en Noruega sobre la dispersión de los productos del intemperismo en suelos, vegetación y agua a partir de los depósitos de sulfuros conocidos.
En Finlandia, K. Rankama estudia el contenido de níquel en la vegetación de algunos depósitos niquelíferos en el área norte de su país.
En la mayor parte del mundo occidental la geoquímica de exploración no logra mucha atención hasta después de la Segunda Guerra Mundial. En 1945, Warren y sus colaboradores en la Universidad de British Columbia, emprendieron un programa de investigación en el uso del contenido de los metales en la vegetación para propósitos de exploración. Este primer ensayo en prospección biogeoquímica en Canadá estableció la existencia de anomalías de Cu y Zn sobre depósitos minerales conocidos (Warren, 1972).
Los estudios posteriores incluyen el uso de dithizone (un reactivo químico colorimétrico) para el análisis rápido y sencillo de ciertos metales, que de acuerdo a Boyle y Smith (1968) "probablemente mas que algún otro factor único, este daría
impulso para el subsecuente desarrollo de los métodos geoquímicos de prospección en Canadá".
Por 1950, las investigaciones de suelos, aguas (y posteriormente sedimentos de arroyo) estuvieron inicialmente excedidas en importancia biogeoquímica.
Boyle y Smith (1968) discutieron otros aspectos históricos del desarrollo del uso de la geoquímica de exploración en Canadá, incluyendo los principales fundamentos y contribuciones prácticas del Geological Survey de Canadá el cual inició a principios de los 50's, y es interesante e importante mencionar que ellos consideraron la introducción, en 1954, de "kits" químicos de campo para el ensayo geoquímico de muestras. El uso de "kits" por personal calificado en el lugar que está siendo analizado es muy ventajoso, ya que se pueden tomar decisiones inmediatamente, sin embargo, su uso por personal inexperto puede y ha resultado en muchos fracasos. En los Estados Unidos la geoquímica de exploración se inició por medio del Geological Survey de ese país aproximadamente por 1947. Los trabajos presentados en los primeros años incluyen a autores como Hawkes, Huff, Ward, Lakin, Lovering, Cannon y Bloom. Los programas consistieron de investigaciones sobre todos los tipos de estudios de muestreo experimental, bajo una variedad de condiciones geológicas y climáticas para determinar los patrones de dispersión característicos de los elementos en rocas, suelos, vegetación y aguas naturales.
A principios de los 50's, los programas de exploración geoquímica habían sido conducidos por las grandes compañías mineras.
Inicialmente, las investigaciones del Geological Survey de los Estados Unidos en las técnicas analíticas de campo, fueron dirigidas principalmente hacia los métodos colorimétricos, en contraste con la confiabilidad de los análisis del espectrógrafo de emisión empleado por los soviéticos. Estas investigaciones de las cuales resultaron algunas publicaciones sobre los métodos colorimétricos aplicables a la detección de metales mena, fueron ampliamente aceptadas por los buenos resultados obtenidos y aplicables a otras áreas en muchas partes del mundo. Además el Geological Survey de Estados Unidos también establece un énfasis en el espectrógrafo de emisión, tanto en laboratorio como en sus modernos laboratorios móviles de campo.
En Inglaterra, el grupo de investigaciones geoquímicas aplicadas, fue establecido en 1954 bajo la dirección del profesor J.S. Webb, quien dirigió muchas investigaciones con sus colegas y estudiantes dentro de los principios básicos y métodos analíticos, siendo su grupo responsable de un gran programa de exploración, particularmente en África y el Lejano Oriente.
En Francia, las investigaciones relacionadas con la geoquímica de exploración se iniciaron en 1955, y las aplicaciones prácticas en ese país y parte de África (Colonias Francesas) fueron iniciadas poco tiempo después.
Los métodos modernos de prospección geoquímica deben su rápido desarrollo en los últimos cincuenta años, a ciertos factores más que a otros. Boyle y Smith (1968) mencionan una relación de ciertos trabajos, que en conjunto con otros más,
consideran los principales contribuidores en el desarrollo de la prospección geoquímica, los cuales se manifiestan a continuación de forma breve:
1. - El reconocimiento de los halos de dispersión primaria y secundaria y su asociación con depósitos minerales. Aunque los halos y sus lineamientos así como su asociación con depósitos de metales, fue conocido por siglos, los trabajos conducidos en la URSS y en Escandinavia en los 30's y principios de los 40's resumen los datos y permiten ser usados de manera más ventajosa.
2. - El desarrollo de métodos analíticos exactos y rápidos usando la espectrografía de emisión en la URSS en los años 30's y el uso de reactivos colorimétricos específicos sensibles (particularmente dithizona) por el Geological Survey de Estados Unidos a finales de los 40's y principios de los 50's.
3. - El desarrollo del equipo de laboratorio de material plástico (polietileno) el cual reduce los problemas de contaminación de elementos y permite gran confiabilidad en los análisis de campo. La introducción de resinas para la producción de agua libre de metales para usarse en los procedimientos químicos, también fue significante.
4. - El desarrollo de la espectrometría de absorción atómica a finales de los 50's permitió realizar análisis rápidos, precisos, sensibles y relativamente libres de interferencia de muchos elementos de interés en la exploración geoquímica.
5. - El desarrollo del cromatógrafo de gas el cual ha tenido su mayor aplicación en el estudio de los hidrocarburos. Este es un método extremadamente sensible y ha reemplazado a los primeros métodos de fraccionación y condensación.
6. - El uso de métodos estadísticos y computarizados ha ayudado a la interpretación de datos analíticos de exploración geoquímica. Estos métodos permiten la evaluación rápida de datos de "backgrounds", auxiliándonos en el reconocimiento de anomalías y en sus representaciones gráficas.
1.2 GEOQUÍMICA GENERAL
La geoquímica general estudia la abundancia relativa de los elementos, su distribución, migración, y las leyes o regularidades que las gobiernan en el Planeta. Este último puede considerarse desde el punto de vista geológico, geofísico y geoquímico, como un sistema dinámico, donde los materiales son transportados de un lugar a otro, cambiando su forma, composición y estructura mineralógica, de acuerdo con las condiciones físicas y físico químicas que se van encontrando.
La Geoquímica tiene muchas divisiones las cuales gradúan imperceptiblemente de una a otra. La Exploración Geoquímica es una de las grandes divisiones; otras incluye a la Geocronología, Geoquímica de Isótopos estables, Geoquímica
son necesarios en la nutrición de plantas y animales, la Geoquímica Marina como la química de las aguas y sedimentos oceánicos, así como los nuevos campos reconocidos tales como la Geoquímica Lunar y Ambiental, ésta ultima relacionada con la contaminación del ambiente superficial por desechos industriales incluyendo metales y productos radioactivos de reactores nucleares.
En años recientes se han realizado más estudios geoquímicos los cuales tienen un punto en común, a saber, un ensayo para solucionar algunos problemas geológicos por vía de la química. Por lo tanto, en el sentido moderno, el objetivo de todas las divisiones de la geoquímica es solucionar problemas geológicos (incluyendo ambiental y lunar).
Los procesos generales que actúan sobre los materiales de la corteza terrestre pueden numerarse como: 1- Fusión 2- Cristalización 3- Intemperismo – erosión 4- Disolución 5- Precipitación 6- Evaporación 7- Desintegración Radioactiva.
El conjunto de condiciones físicas, químicas y físico químicas definen el Ambiente Geoquímico en que transcurren todos los procesos naturales del Planeta. Atendiendo a las diferencias de estas condiciones, puede establecerse una gran división en dos zonas principales de ambiente geoquímico:
1- Profundo o Primario (presión y temperatura elevadas) 2- Superficial o Secundario (presión y temperatura bajas).
Zona de Ambiente Superficial o Secundario: Se extiende desde la superficie hasta la profundidad que alcanza la circulación de las aguas superficiales. Los procesos que actúan aquí son la meteorización (intemperismo), erosión, disolución, precipitación, cristalización, evaporación y la sedimentación.
Sus características son presión y temperatura bajas y casi constantes, movimiento libre de soluciones acuosas, abundante oxígeno, agua y CO2.
Zona de Ambiente Profundo o Primario. Comienza a la profundidad en que termina la zona de Ambiente Secundario, extendiéndose hasta las profundidades en que se originan las rocas magmáticas “primarias”. Aquí predominan los procesos
A continuación se muestra un esquema del Ciclo Geoquímico General de los dos Ambientes mencionados según H. Hawkes y Otros.
1.2.2 GEOQUÍMICA DE PROSPECCIÓN
Comprende un conjunto de métodos y procedimientos en que se estudian los contenidos de algunos elementos y compuestos químicos en distintos materiales naturales, con el fin de descubrir la presencia de depósitos minerales de interés económico.
Atendiendo al tipo de material estudiado los métodos geoquímicos pueden dividirse en:
• Litogeoquímicos o de aureolas primarias: estudian el contenido en muestras de rocas.
• “Metalométría” o geoquímica de suelos: estudian la composición de suelos residuales o redepositados. Las características de los suelos difieren en función de los aspectos geológicos, fisiográficos, y climáticos de una región. Estas condicionan sus perfiles típicos en cuanto al desarrollo (o ausencia) y extensión de los diferentes horizontes (A-C). Bajo el punto de vista de la geoquímica el horizonte B (de acumulación) presenta un gran interés, ya que es ahí donde suelen concentrase de preferencia los elementos químicos.
Horizontes del suelo
La toma de muestras y estudio del perfil del suelo permite conocer la evolución del contenido metálico en profundidad, y de esta manera posibilita el seleccionar el horizonte más adecuado. Otro problema de interés es el de la distribución de los elementos en las diferentes fracciones granulométricas de
de arcilla, materia orgánica, óxidos hidratados de Fe y Mn, y por lo tanto es la más rica en metales, conviene estudiar también cual es la que mejor concentra el elemento investigado. Generalmente se emplea la fracción menor a 80 mallas, lo que no significa que sea necesariamente la mejor en cada caso. El muestreo y análisis de suelos residuales es el método más empleado en prospección geoquímica. Este método de prospección es especialmente útil en las regiones con suelos profundos.
Elemento Suelo y (rango) (ppm) Plantas (peso en seco) (ppm)
S 700 (30-900) 3400 Cr 100 (5-3000) 0.23 Co 8 (1-40) 0.5 Ni 40 (10-1000) 3 Cu 20 (2-100) 14 Zn 50 (10-300) 100 As 6 (0.1-40) 0.2 Se 0.2 (0.01-2) 0.2 Mo 2 (0.2-5) 0.9 Cd 0.06 (0.01-0.7) 0.6 Sn 10 (2-200) 0.3 Cs 50 0.2 Hg 0.03 (0.01-0.3) 0.015 Pb 10 (2-200) 2.7
Valores y rangos medios de algunos elementos químicos de interés en temas ambientales. Datos para suelos y plantas.
El diseño de la red de toma de muestras tiene que tomar en cuenta las características del problema que queremos tratar (tipo de anomalías buscadas, probable extensión de estas) y el presupuesto con que se cuenta, lo que condicionará el número de muestras que vamos a tomar. El método clásico de muestreo es a lo largo de perfiles, y las características de éstos dependerán entre otras consideraciones de la escala a que estamos trabajando.
Escala
Intervalos entre perfiles
Intervalos entre puntos de muestreo 1: 1.000.000 12-8 km 100 m 1: 500.000 6-4 km 100 m 1: 200.000 2 km 100-50 m 1: 100.000 1 km 100-50 m 1: 50.000 0.5 km 50-40 m 1: 25.000 250-200 m 40-20 m 1: 10.000 100 m 20-10 m 1: 5.000 50 m 20-10 m 1: 2.000 20 m 10-5 m 1: 1.000 10 m 5 m
Características de los perfiles para toma de muestras de suelo dependiendo de la escala de trabajo.
Para el diseño propiamente dicho se determina la dirección que deben tener los perfiles, normalmente perpendicular a la dirección principal que tenga el foco de emisión, si bien se pueden considerar otros factores como el topográfico: perpendicularmente a la pendiente del terreno, si ésta es aproximadamente constante, de forma que podemos verificar que los contaminantes sigan este patrón de migración descendente.
Trazado de perfiles (escala de detalle) para la toma de muestras en función de los focos de contaminación y la topografía (izquierda). A la derecha se muestra el mapa final que muestra las
Una vez establecida la dirección que deben seguir los perfiles, hay que determinar el espaciado entre éstos y entre muestras sucesivas a lo largo de cada perfil. Una vez establecidos estos parámetros, se pasa al trabajo de campo, cuyo primer paso es la localización de los puntos de muestreo
previstos en la malla diseñada. Estos puntos se localizan adecuadamente mediante taquimetría (o brújula) y cinta métrica, señalizándose mediante estacas de madera o metal, y se procede a la toma de muestras, mediante métodos “artesanales” (azada, pico, pala) o mediante herramientas diseñadas al efecto.
• De sedimentos activos: estudian la composición de los sedimentos activos en las redes fluviales.
Los sedimentos clásticos están compuestos principalmente por los productos menos solubles de la meteorización. También pueden incluir elementos móviles como parte de los materiales clásticos y del material removido de las aguas y adsorbido en los sedimentos (metales adsorbidos en minerales de arcillas u oxihidróxidos de Fe o Mn). Una medida del material removido de las aguas viene dado por la razón: metal de fácil extracción química/metal total. Esta razón puede llegar hasta el 50 % en áreas de de rápida precipitación del metal en solución, generalmente cerca de las fuentes de emisión.
A su vez, la persistencia del contenido metálico de los sedimentos al alejarnos de la fuente de emisión depende de:
1) del aporte de metal a lo largo del río desde otras posibles fuentes 2) de la mezcla con sedimentos de bajo contenido metálico.
Estas dos a su vez se relacionan con períodos estacionales y fisiográficos; en épocas de lluvias hay mayor capacidad de transporte y mayor aporte desde las zonas más fácilmente erosionables.
Al contrario de las aguas de un río, cuyo contenido en elementos es más bien homogéneo (sujeto eso sí a cambios en el caudal), los sedimentos presentan heterogeneidades que dependen de:
1) la distribución de los puntos de entrada del metal en el cauce 2) los fenómenos de especiación del metal
3) la variación en el tipo de sedimento a lo largo del río.
Las muestras de sedimentos tienden a ser más homogéneas cuando el metal se encuentra adsorbido a la fracción fina, y las variaciones sedimentológicas se deben a cambios locales de velocidad y caudal de los ríos.
Escala Longitud mínima del cauce a muestrear Número de puntos de muestreo por km2 1: 200.000 0.8 km 1.7-2.1 1: 100.000 0.4 km 4.0-5.0 1: 50.000 0.2 km 8.5-14.0 1: 25.000 0.1 km 18.0-32.0
Características recomendadas del muestreo de sedimentos fluviales en función de la escala de trabajo.
Toma de muestras de sedimentos fluviales a distintas escalas (A-C) para la definición de un blanco (B-C), y su posterior caracterización de detalle (D).
• Hidrogeoquímicos: estudian la composición de las aguas de ríos, arroyos, lagos, manantiales, pozos y otros.
Se denomina anomalías hidrogeoquímicas a los patrones anómalos presentes en las aguas superficiales y subterráneas. La importancia de la migración de los elementos químicos y complejos en el agua está controlada por movilidad geoquímica.
Las anomalías hidrogeoquímicas dependen mucho de las variaciones climáticas (precipitaciones, temperatura) y por lo tanto de los cambios estacionales. De ahí que los resultados que podamos obtener de las aguas de un río en verano e invierno puedan diferir fuertemente. La lluvia genera un aumento del caudal y por ende de la dilución. Sin embargo, si esto sucede después de un período seco las aguas podrán lixiviar materiales ricos y transportar los metales, generando de esta manera una elevación en la concentración de estos.
Las muestras de agua se guardan en botellas o botes de polietileno de un cuarto o medio litro (dependiendo del número de elementos a analizar). Con el objeto de evitar posteriores oxidaciones del Fe2+ disuelto que pudieran originar su precipitación y la consecuente remoción de otros metales, es conveniente llenar el recipiente, y si es posible, acidularlo ligeramente. El
algunas obvias limitaciones. Aunque los métodos de campo son menos precisos y consumen tiempo de trabajo tienen la ventaja de que no hay que transportar las muestras y que se pueden tomar decisiones inmediatas.
• Atmogeoquímicos: estudia la composición del aire del suelo, rocas o de la atmósfera.
• Biogeoquímicos: estudian la composición de las plantas o la presencia de determinadas especies vivientes, fundamentalmente microscópicas. Convencionalmente el estudio de las asociaciones de las especies vegetales con el ambiente geoquímico se ubica en los llamados métodos Geobotánicos. El uso de la vegetación como método de prospección involucra la respuesta de las plantas a su medio, en particular al substrato químico que las soporta. Esta metodología se basa en el análisis químico de las plantas como medio para obtener evidencias acerca de las posibles anomalías geoquímicas que se oculten en profundidad. La biogeoquímica se adapta muy bien a aquellas regiones que presentan una vegetación muy densa y donde la cartografía geológica es difícil de ser llevada a cabo (ausencia de afloramientos).
Aunque esta técnica ha probado ser de indudable ayuda, también presenta sus limitaciones, ejemplificadas en el denominado efecto barrera: con algunas pocas excepciones, las plantas pueden acumular un determinado elemento hasta cierto nivel solamente. De hecho, en el caso del mercurio, las raíces pueden actuar a modo de barrera impidiendo que el elemento ascienda hacia los órganos superiores de la planta. En este sentido la plantas pueden ser clasificadas en cuatro categorías: 1) sin efecto de barrera, las que concentran linealmente elemento químico investigado; 2) semi-barrera, que concentran entre 30 y 300 veces el valor de fondo del elemento en la planta; 3) con barrera, contenidos de hasta 3-30 veces el valor de fondo; y 4) con barreara de fondo, que no superan las concentraciones normales del elemento en una determinada planta.
En otro esquema de clasificación, se habla de plantas hiperacumuladoras cuando determinadas especies toleran 10-100 veces más los valores normales de un determinado elemento.
Elemento Especie Contenido
normal (ppm) Contenido máximo (ppm)
Localidad
Cu Becium homblei 183 2.500 Zambia
Mn Fucus vesiculosus 4.815 90.000 Rusia
Ni Alyssum Bertolonii 65 100.000 Italia
Zn Thlaspi calaminare 1.400 10.000 Alemania
Cd Thlaspi caerulescens 2.130 Europa central Pb Thlaspi caerulescens 2.740 Europa central
Algunas plantas hiperacumuladoras y sus contenidos en metales pesados.
Los factores determinantes de anomalías de origen químico en las plantas son: 1) la disponibilidad de elementos en el suelo; 2) las características nutricionales de la planta; y 3) los factores químicos y biológicos de la incorporación de elementos químicos en la planta.
La disponibilidad de elementos químicos en el suelo depende tanto de la concentración del elemento como de su movilidad respecto de la actividad de la planta. Esto es a su vez función del pH, Eh, la capacidad de cambio de bases, y la presencia de agentes acomplejantes. Las raíces, además de captar las sales disueltas pueden absorber material unido a la superficie de partículas clásticas, en parte debido al efecto de microambientes ácidos generados por la raíces y en parte por fenómenos de cambio de bases.
Nociones básicas.- principio de Le Chartelier
El uso de estos métodos se fundamenta en la siguiente premisa intuitiva: La composición química de los materiales de la corteza terrestre, que se encuentran en el entorno de un depósito mineral, diferirá de la composición de sus especies homólogas en lugares donde no exista un depósito mineral. Lo que se ilustra esquemáticamente a continuación.
Esas diferencias se buscan mediante el estudio sistemático de los contenidos de algunos elementos y/o compuestos químicos y de otras propiedades(físico -químicas, petrofísicas o geofísicas) como el pH, Eh, susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica, composición espectral de la radioactividad Gamma natural, etc., en “muestras” de rocas, suelos, sedimentos activos, aguas, vegetación o aire,
Desde el punto de vista formal, la prospección geoquímica se apoya en el principio de Le Chatelier que plantea: Si aparece un cambio en uno de los factores, que mantienen en equilibrio a un sistema, entonces éste tenderá a reajustarse, tanto como le sea posible, para tratar de anular el efecto producido por el cambio perturbante. La composición de la corteza puede verse como una consecuencia de las condiciones de un cuasi equilibrio dinámico, en el tiempo de formación de los materiales singenéticos, modificada por el intento de alcanzar un estadío nuevo de cuasiequilibrio, condicionado por las condiciones locales actuales.
La acumulación, por ejemplo, de millones de toneladas de sulfuros metálicos, tiene que ir acompañada por una perturbación del “equilibrio” geoquímico del conjunto de rocas de caja, que se reflejará en un comportamiento atípico de las propiedades químicas, físicas, físico-químicas, y mineralógicas en el “entorno” de la acumulación. Conceptualmente, esta perturbación del “equilibrio” debe ser detectable por las diferencias (+ ó -) con relación a las “condiciones normales” de la composición química de los tipos de rocas del ambiente geológico donde aparece el depósito en cuestión. Similarmente, la composición de los materiales, en el “ambiente secundario”, tales como suelos, aguas, sedimentos activos, plantas y aire, también reflejarán la presencia del factor perturbante (depósito mineral) en alguna extensión, respecto a las “condiciones normales”.
En la prospección geoquímica, la “composición normal”, para un conjunto de rocas pertenecientes a un ambiente geológico dado(sistema geoquímico) se denomina, fondo geoquímico(background). Cuando se presentan valores de contenidos de un elemento que difieren “significativamente” de su valor de fondo, se dice que está presente una anomalía para ese elemento o compuesto estudiado. Con posterioridad estudiaremos algunos métodos para estimar el nivel normal y las anomalías en una zona estudiada.
Debe resaltarse que los métodos de prospección geoquímica forman parte del conjunto de métodos de investigación a usar en cada uno de los estadíos de la prospección geológica, desde la regional hasta las más detalladas.
1.2.3 GEOQUÍMICA ORGÁNICA
Con el término de geoquímica orgánica o biogeoquímica, se definen todos los aspectos geoquímicos referidos a las condiciones en las que se originó la vida, como es la evolución de la atmósfera e hidrosfera a partir de la aparición de los organismos aerobios; y los presentes en la incorporación de los organismos durante la génesis de ciertos depósitos sedimentarios. Hay que tener en cuenta que los organismos vivos concentran determinados compuestos químicos, como por ejemplo los carbonatos que constituyen las conchas de moluscos y partes esqueléticas de organismos superiores; o los azúcares y proteínas que acumulan las plantas; cuya concentración lleva como consecuencia la formación de un tipo de depósito denominado biogénico. Algunos de ellos presentan un gran interés económico, y la geoquímica estudia todos los aspectos relacionados con su formación, enriquecimiento y explotación; tal es el caso de los depósitos de fosforita, caliza, dolomía, carbón y petróleo.
2. ESCALA DE LAS INVESTIGACIONES
2.1 MÉTODO DE LAS APROXIMACIONES SUCESIVAS Precisión de las observaciones y red de las medicionesLa metodología de los trabajos de campo está condicionada por la precisión requerida y la red de las observaciones con una tecnología dada. Estos temas están interrelacionado entre si. Por ejemplo, la elevación de la precisión de las mediciones aisladas para una red de observaciones relativamente poco densa por lo general no tiene sentido. Así la planificación de la precisión de las medias y el calculo de la red están intensamente asociados con los conceptos de anomalías y los ruidos, esto es con el modelo (los) generalizados de respuesta de los objetos estudiados.
Planificación de la precisión de las observaciones.
Al planificarse la precisión es necesario tomar en consideración los planteamientos generales siguientes:
1. Mediciones con una precisión injustificablemente elevada conducen a una elevación improductiva de los gastos, de los recursos y de tiempo, mientras que precisión insuficiente puede llevar a la omisión de los objetos buscados.
2. La precisión de un levantamiento se define por el nivel de los ruidos. En el caso de ruidos intensos, una elevación de la precisión provoca un incremento de gastos, recursos y tiempo y no ofrece los resultados esperados. Por esta razón se incrementa solo una precisión ficticia, pero la real permanece invariable.
La planificación de la precisión óptima debe basarse en el conocimiento y la consideración de los datos siguientes:
1. Intensidad mínima de la anomalía sujeta a la detección A min.
2. Precisión técnico (instrumental) – metodológica del levantamiento del levantamiento, estimada por los resultados de observaciones reiteradas, de la magnitud cuadrático media del error σ c del levantamiento.
3. Variaciones de la magnitud medida en los límites considerados como “normales” o de fondo del campo estudiado, condicionadas por la influencia de distintos tipos de ruidos, esto es, del nivel de aquellos ruidos que no pueden eliminarse por procedimientos instrumentales o de procesamiento matemático. Esta variabilidad define la dispersión de los ruidos geológicos, ya que, debido a esta, ingresan al campo ruidos de naturaleza geológica (influencia de las heterogeneidades superficiales, efectos residuales después de la separación de la componente regional y de la introducción de las correcciones por la influencia del relieve). Sin embargo en esta dispersión entran también las partes no consideradas de las variaciones temporales en aquellos casos en que estas existan.
La intensidad mínima de la anomalía se define, ya sea por medio de la solución del problema directo (simulación) para el modelo seleccionado para las condiciones más desfavorables (profundidad máxima, contraste mínimo del atributo asociado al
trabajos realizados en territorios, que se encuentran en ambientes geológicos similares al que se desea estudiar.
El error cuadrático medio del levantamiento σ c se estima por medio de mediciones
de control, cuyo volúmen N usualmente, no independientes, no debe ser inferior al 3 – 5 % del número total de las mediciones ordinarias.
σc = ±
(
)
1 2 1 1 2 2 1 n i fi fi n −∑
= −donde: f i1 y f i2 son las mediciones ordinarias y de control respectivamente en un
mismo punto i.
Las observaciones de control generalmente se efectúan en puntos que se encuentran en zonas de campo normal. La magnitud σ c define la precisión instrumental –
metodológica del levantamiento.
Las variaciones de los valores en los límites del campo normal depende de la dispersión de los ruidos geológicos σ c . Para su definición es necesario estimar la
dispersión general del campo normal σ2
g = σ2c + σ2º
En este momento σ g puede estimarse por medio de la expresión:
σg = 1 1 1 2 N i fi f N n −
∑
= − ( )donde en un sistema geoquímico simple, en que no exista tendencia en el campo normal fn = f = 1 1 N i fi N =
∑
En caso contrario fn = fni ≠ const., y puede ser descrito por medio de un polinomio
de grado bajo en x, y
fni (xi,yi)
Generalmente la precisión de las observaciones proyectadas se selecciona tomando en consideración solo 2 magnitudes, A min y σc. Para esto, basándonos en la regla de
las “3 sigmas”, se escogen un instrumento y una metodología de lostrabajos cuyo uso asegure la condición:
A min ≥ 3 σ c
A min ≥ 3 σ g
Para la estimación de σc y σo es necesario tener una muestra de valores del campo
normal, obtenida del resultado de trabajos experimentales en condiciones geológicas concretas.
La disminución de σ2
c se consigue por medio del uso de instrumentos más precisos y
la aplicación de procedimientos más elaborados de las mediciones originales (correcciones).
• σ2
c>>σ2o . Esto indica que el nivel de ruido geológico en los límites del campo
normal no es muy importante en relación al error instrumental metodológico, así que capacidad resolutiva del método se define por las posibilidades instrumentales puras y la metodología de las mediciones y de procesamiento de estas. En estos casos se justifica una elevación de la precisión (disminución de σc) con el fin de poder detectar anomalías débiles de amplitud Amin.
• σ2
o>>σ 2c. En este caso la dispersión de los ruidos geológicos es
considerablemente mayor que la de los errores instrumentales metodológicos del levantamiento y la posibilidad de detección de anomalías débiles decae bruscamente. En estas condiciones no tiene sentido el uso de equipos de alta precisión y de procedimientos especiales para conseguir observaciones de precisión elevada.
La experiencia demuestra que esta es una situación muy común en las mediciones de geoquímica y geofísica aplicadas a la prospección de yacimientos minerales de distintos tipos en distintas condiciones (ambientes geológicos) ya que la dispersión de los ruidos geológicos es algunas veces mayor que la del levantamiento.
Cuando la capacidad resolutiva del levantamiento esta controlada por la dispersión de los ruidos geológicos, no vale la pena el incremento de las precisión instrumental – metodológico para tratar de detectar la presencia de anomalías débiles. En estos casos, la capacidad resolutiva de las mediciones se puede incrementar usando las diferencias del comportamiento estadístico espacial y/o temporal de las anomalías buscadas y los diferentes tipos de ruidos geológicos presentes. Cuando las características correlacionales o espectrales de las anomalías y los ruidos difieren, es posible elevar la capacidad de detección considerablemente usando los procedimientos adecuados de procesamiento de las mediciones.
Selección y cálculo de la red de las observaciones
Después de la argumentación de la precisión racional de las observaciones, y de la metodología de las observaciones, se resuelve la cuestión sobre la forma y dimensiones de la red del levantamiento. La escala de la red se define por la distancia entre los perfiles. El paso a lo largo del perfil depende del método de registrar en el campo estudiado (discreto o continuo), de la escala del levantamiento y de las dimensiones del objeto de investigación.
Sólo estudiaremos el caso de mediciones discretas. En la práctica la relación de la distancia entre perfiles (∆y) y la distancia entre puntos consecutivos en un perfil (∆x) varia entre 10 : 1 – 1 : 1 y depende de la escala del levantamiento y del carácter del objeto de las mediciones.
En los levantamientos de reconocimiento la distancia entre los itinerarios ∆y se escoge de forma tal que la zona anómala de cada unidad geológica (complejo) estructuro facial (intrusiones, bloque estructural, formación litológica o facial, etc.) sea interceptado por dos o más de ellos. El paso de la medición ∆x, usualmente es considerablemente menor que la distancia entre itinerarios ∆y.
En los trabajos a escalas 1:200000 – 1: 100000 la distancia entre perfiles itinerarios pueden estar dispuestos en el mapa desde los 5 cm (10 km – 5 km) para condiciones geológicas simples hasta 1 cm ( 2 km – 1 km) para condiciones geológicas complejas.
En los trabajos de detalle a escalas 1:10000 y mayores, la densidad de la red, se hace muy sensible tanto a las dimensiones como a la orientación y forma de los objetos de búsqueda (depósitos minerales).
En estos casos una red de prospección se denomina óptima si ella segura, para una probabilidad (confiabilidad) dada, la solución del problema planteado a costos relativamente bajos.
Por lo general, la red se calcula para cada método básico de búsqueda que se aplica en el área del levantamiento.
Para el cálculo de una red óptima se usan algunos enfoques o criterios. Veamos un par de estos, el primero de estos es que la anomalía de una geometría dada como objeto de búsqueda sea cortada. Para esto la red de búsqueda se escoge de forma tal que para una probabilidad prefijada, se detecta a toda anomalía de dimensiones:
1. a según su extensión
2. b según su ancho con un número definido de puntos.
Los valores de a y b se escogen del modelo que producen la respuesta de menor dimensión de interés. El uso de una red 0.9 a x 0.5 b asegura con una probabilidad cercana al 100% que el contorno de la anomalía sea cortada al menos por 2 puntos, si la dirección de los perfiles es ortogonal al lado mayor b de la anomalía.
Se han confeccionado distintas vías para estimar una red que permita cortar a una anomalía (de una dimensión y orientación en el plano) en un número mínimo de puntos con un nivel dado de confiabilidad. En su mayoría los investigadores parten de un resultado de la teoría de las probabilidades conocido como el “problema de Buffon”, que consiste en evaluar la probabilidad de que una aguja, de longitud 2l, lanzada libremente intercepte a un sistema de rectas paralelas equiespaciadas una distancia 2d, que se expresa como,
P= 2 2 1 1 2 2 l d l d d l d l π π − − π ⎛ ⎝⎜ ⎞⎠⎟ ⎛ ⎝ ⎜ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ⎟ + ⎛⎝⎜ ⎞⎠⎟ ⎧ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ arccos
La primera condición es válida para 2d > 2l, la segunda para 2d<=2l.
De esta fórmula puede verse que la detección de un cuerpo ubicado arbitrariamente en el plano para la condición 2l=2d se realiza con una confiabilidad (probabilidad de detección) de 0.636, mientras que la detección de objetos de longitud 2l=100 m, al usar una distancia entre perfiles 2d= 20 m, se consigue con una confiabilidad P= 0.974.
El investigador G. Vajramieyev, preparó un juego de nomogramas para evaluar la probabilidad de intercepción de un cuerpo de forma elíptica cuyo eje mayor forma un ángulo θ, con la dirección de los perfiles, al menos en 2 puntos, según se muestra esquemáticamente a continuación.
Para usarlos:
1) Se calculan los índices adimensionales, La= a Y ∆ y mb= b X ∆
Donde: a es la longitud del cuerpo o anomalía a detectar, θ
∆ Y
b su ancho,
∆ Y es la separación entre los perfiles,
∆ X es la distancia entre 2 puntos consecutivos en un perfil.
2) Se selecciona uno de los tres casos posibles, a) 61°<= θ <=90°
b) 31°<= θ <=60° c) 0°<= θ <=30°.
3) Se representa el punto (La, mb) en el nomograma adecuado, y se estima la
confiabilidad a partir de la línea de isovalores de probabilidad P>=2 , más cercana al
punto correspondiente.
Veamos un ejemplo; se quiere detectar una anomalía de longitud 100 m y ancho 20 m, cuya orientación en el plano se conoce con bastante certeza por ser su fuente concordante con el rumbo de un sistema de fallas dado de orientación conocida. En este caso los perfiles pueden orientarse casi ortogonalmente a la dirección principal de la anomalía objeto, así que usaremos el primer nomograma (31°<= θ <=90°).
Evaluaremos la efectividad de detección de una red 100*10 m*m. En este caso, La= a Y ∆ = 100 100=1, mb= 20 10=2
La probabilidad de cortar a esta anomalía, al menos con 2 puntos, con esta red es 0.95(95%).
Si usamos una red 100*20 m*m se tendría, La=
100
100=1, mb= 20 20 = 1
y la confiabilidad de detección(P>=2) sería sólo del 5%, lo que implica que esta red
perdería el 95% de las anomalías presentes en la zona de estudio.
Este método de calcula de la red de las observaciones puede usarse siempre que el nivel de los ruidos geológicos no sea tan alto que logre enmascarar las respuestas geológicas de interés. En estos casos hay que determinar el paso ∆X, tomando en consideración las propiedades espectro – correlacionales de la anomalía y del ruido respectivamente, lo que no será estudiado en este curso.
2.2 MODELOS GENERALIZADOS DE RESPUESTA
Un modelo generalizado de respuesta, está conformado por un sistema de cuerpos idealizados (elementos), que representan a un tipo de objeto de interés, que se encuentra entre otros que simularán al conjunto de elementos que conforman al ambiente geológico en que se encuentra el objeto de interés.
Este conjunto de elementos deben reflejar de forma generalizada, las formas, dimensiones, profundidades y elementos de yacencia (ubicación espacial),
propiedades químicas y físicas, así como la distribución volumétrica de los campos físico-químicos, geoquímicos y geofísicos respectivos asociados a los objetos reales (modelados) que pueden aparecer (esperarse) durante la solución de un problema geológico en particular.
La modelación de los “objetos geológicos”, mediante sus equivalentes generalizados permite:
1) Evaluar la posibilidad de los distintos métodos de investigación aislados y/o en conjunto, así como seleccionar de forma “racional” el grupo de métodos que puede resolver el conjunto de problemas geológicos a resolver.
2) Argumentar la metodología de los trabajos de campo, la escala y la red de las observaciones, valorando la influencia de los distintos tipos de “ruidos” que puedan estar presentes.
3) Seleccionar la metodología del procesamiento (incluyendo el procedimiento de separación de las anomalías) y de la interpretación geológica y cuantitativa de los materiales.
A cada etapa del conocimiento sobre el objeto de interés respectivo, le corresponde una clase de modelo generalizado de respuesta, por ejemplo provincia, franja, región, campo mineral, depósito y cuerpo mineral, para el caso de la prospección minera. Cada clase de modelo generalizado de respuesta debe asegurar:
1) Una reflexión de aquellos atributos fundamentales de tipo geológicos, geoquímicos, geofísicos y de otra naturaleza, que definen su designación como clase, que pueden producir un efecto observable(detectable) en la superficie terrestre u otro nivel de observación(pozos, por ejemplo). La caracterización de los elementos de un modelo generalizado de respuesta, estará condicionada por el nivel de información disponible en el momento de su concepción, y por lo tanto debe tenerse en cuenta que es un sistema dinámico, susceptible a ser modificado o ampliado, a medida que aumenta nuestro conocimiento sobre el ambiente geológico bajo estudio.
2) Una optimización en la selección de los elementos imprescindibles y una restricción del número de atributos que deben ser incluidos, en el modelo de la clase definida.
la complejidad de los problemas geológicos, en general el modelo generalizado de respuesta debe tener un número de atributos más amplio.
4) Una herencia o sucesión, que se expresa en la clase del modelo siguiente, en los elementos fundamentales del modelo precedente.
5) Una reflexión de las condiciones de ubicación relativa del objeto de interés, por ejemplo nivel del corte de erosión, espesor, composición y variabilidad geométrica y de los atributos de la corteza de interperismo y de la cobertura sedimentaria.
6) Una realizabilidad práctica y utilidad económica. La realizabilidad está condicionada por el desarrollo tecnológico en un momento dado, y por las posibilidades económicas del país y de los investigadores que realizan el estudio. La utilidad económica, está vinculada, a que el problema geológico debe resolverse con los menores gastos posibles para las condiciones económicas – tecnológicas concretas asociadas a los investigadores.
En la conformación de un modelo generalizado de respuesta, de cualquier clase, debe transitarse secuencialmente por las etapas siguientes:
1) Definición precisa de los problemas geológicos a resolver, en la etapa de investigación concreta.
2) Definir los elementos (objetos) a modelar, correspondientes a la clase, de acuerdo a la etapa de la investigación, y al grado de información disponible, por ejemplo de una estructura favorable para un tipo dado de trampa petrolífera para métodos de investigación desde la superficie o desde el espacio; de un depósito de tipo cobre porfídico, de un depósito de zinc - plomo de tipo vulcanógeno sedimentario, etc.
3) Valoración de los atributos geoquímicos, petrofísicos, y de otra naturaleza, del objeto de interés y de su ambiente; posible división en complejos estructurales geoquímicos y petrofísicos que estarán presentes. Se entiende por complejo estructural geoquímico o petrofísico al objeto físico resultante de unificar a todos aquellos objetos geológicos, que posean un comportamiento respecto a un atributo petrofísico o geoquímico no diferenciales entre si, en términos prácticos. 4) Creación del modelo del objeto de interés y de su entorno, procediendo con la
geometrización de sus elementos y la asignación de los atributos correspondientes a los mismos, tomando en cuenta su grado de variabilidad sobre todo, el de los elementos de la cobertura.
5) Definición del conjunto de procedimientos a usar para la caracterización de las respuestas por método y en su conjunto.
modelo propuesto. Esto constituye un proceso de retroalimentación que implica el realizar ajustes paso a paso en el modelo generalizado de respuestas hasta que se consiga una compatibilidad entre las respuestas producidas por éste y el comportamiento general en las zonas patrones usados.
Clasificación de los modelos generalizado de respuesta
Los modelos generalizados de respuesta, pueden clasificarse a partir de distintos criterios, como se examinará a continuación:
• Atendiendo al grado de confiabilidad del conocimiento de las características del modelo, pueden dividirse en completos, incompletos o aproximados.
• Atendiendo al carácter del problema geológico a tratar pueden clasificarse en multiobjetivos o bialternativos.
Un modelo multiobjetivo se usa en los estudios a escalas medias o grandes donde el espectro de los objetos de interés es amplio (distintos tipos de depósitos). Un modelo bialternativo responde a la solución de un problema geológico concreto, asociado a un solo objeto de interés. En estos casos los efectos asociados a cualquier otro objeto presente se consideran “ruido”. Estos modelos están destinados a resolver problemas de tipo “mineral – no mineral”, “perspectivo (para un tipo de materia prima) – no perspectivo”.
• Atendiendo a la ejecución de las mediciones de campo, se dividen a priori (usados en la justificación y selección de los tipos de trabajos de campo, así como el establecimiento de las condiciones técnico – metodológicas de estos trabajos.) y a posteriori correspondiente al resultado de la etapa de investigación, el cual se forma a partir de la actualización del modelo a priori a partir de toda la información aportada por los datos de campo adquiridos durante los trabajos realizados.
El modelo a priori es el fundamento para la planificación del experimento (trabajos de campo e interpretación). Los requerimientos para su confección son:
a) Especificación del problema geológico correspondiente a un estadío concreto de la investigación.
b) Información geológica generalizada sobre el objeto de interés y de su ambiente geológico generalizado.
Las vías para definir un modelo generalizado de respuesta a priori son:
a) Análisis Sistémico y Principio de analogía aplicados a datos ya disponibles de trabajos anteriores en zonas geológicamente similares (modelos a posteriori conseguidos en zonas geológicamente similares a la que investigaremos).
b) Solución del “problema directo” (simulación) para los distintos métodos a emplear.
Los modelos a posteriori se definen a partir de la interpretación integrada de todos los datos disponibles.
En la literatura especializada existen otras clasificaciones que nos serán mencionadas en este curso.
Secuencia generalizada de prospección geológica
Por lo general el proceso de exploración geológica se desarrolla secuencialmente transitando de lo general(escalas menores) a lo particular(escalas mayores), mediante una discriminación progresiva de los territorios de mayor potencialidad o perspectivas para encontrar los objetivos de interés, lo que implica una disminución progresiva del tamaño de los territorios que son estudiados en las etapas posteriores, hasta encontrar al objeto que pueda ser definido, verificado y evaluado como un depósito mineral de interés económico. Todo esto requiere, por lo general de estudios progresivos más detallados y costosos, a medida que se avanza en el programa de prospección.
En aquellas partes del mundo, donde se han desarrollado trabajos de exploración geológica desde hace siglos, en Europa, se suelen usar secuencias exploratorias basadas en las unidades metalogénicas correspondientes a la escala de la investigación. Cada tipo de unidad metalogénica viene caracterizada por una escala dimensional (orden de la superficie que ocupa) y por una especialización metalogénica definida (abundancia de un tipo, o tipos, de yacimiento dado). Así las unidades metalogénicas usualmente usadas son:
1) Provincia, su extensión superficial es del orden n*(100*100) Km2; se investigan a las escalas 1:1000 000 – 1:500 000.
2) Franja, su extensión es del orden n*(100*10) Km2; se investigan a la escala 1:200 000. Estas son zonas de especialización alargadas que se ubican dentro de las provincias.
3) Región, su extensión es del orden n*(10*10) Km2 los trabajos se realizan a las escalas 1:50 000 – 1:25 000.
4) Campo, sus dimensiones son del orden n*(1*1) Km2; se estudian a las escalas 1:50 000 – 1:25 000.
5) Depósito, sus dimensiones pueden llegar a los primeros Km según su parte más extensa y hasta los n*100 m; según su espesor. Se estudian a las escalas 1:10 000 – 1:5 000.
6) Cuerpo, su extensión puede llegar a los n*(10 – 100) m y su espesor n*(1 –10) m. Se estudian a escalas iguales o mayores que 1:1 000.
Mapa de minerales metálicos del Ecuador
Los criterios de prospección basados en estas nociones metalogénicas, son los más aconsejables pues se basan en divisiones y límites espaciales asociados a los propios procesos mineragénicos. Sin embargo su utilidad en territorios donde la identificación de estas unidades no existe o su confiabilidad es dudosa, hace que se usen otros criterios, que aunque menos estrictos, permitan su aplicación.
Estudiaremos un criterio estableciendo una secuencia generalizada de prospección basada en otro concepto de unidades territoriales. Estas se definen como:
Denominación Extensión en Km2 1) Región > 5000. 2) Distrito 500 – 5000. 3) Área 5 – 50. 4) Objetivo < 5
A partir de estas unidades se define una secuencia generalizada de prospección con las etapas o estadíos siguientes:
· Exploración a escala regional. · Exploración de reconocimiento. · Exploración local.
· Exploración detallada (de mina).
Veamos una breve descripción de estas actividades y del papel de la prospección geoquímica en ellas:
• Exploración a escala regional. El primer paso en un programa general de prospección consiste en la definición de la “región”; para esto se toman en consideración las condiciones geológicas favorables, político – económicas y de acceso.
Las fronteras de esta unidad no necesariamente están asociadas a elementos geológicos(geotectónicos) como en las provincias metalogénicas, sino que pueden, y de hecho así ocurre en la mayoría de los casos prácticos, ser impuestas por las condiciones político – económicas y de acceso.
Para la definición de esta unidad en raras ocasiones se realizan estudios geoquímicos. Como materiales básicos se usan imágenes cósmicas (sensores remotos), y los materiales fotogeológicos, y aerogeofísicos.
El objetivo de los trabajos regionales es definir un o algunos distritos en la región de estudio. La distinción entre una región y un distrito es arbitraria en términos de su extensión. Sin embargo, en general un distrito será una entidad más discreta y definida que una región, ya que la identificación y delimitación de los distritos está condicionada por la presencia de un tipo particular de mineralización o de condiciones geológicas favorables para la aparición de un tipo de mineralización de interés.
Un tipo de método utilizado, siempre que sea posible, en los trabajos regionales, será el estudio de los sedimentos activos en las redes fluviales a una densidad de 1 muestra/ [(5-10)Km2]. Esto por lo general es adecuado para la definición de un distrito.
El estudio geoquímico de rocas, especialmente los destinados a discriminar entre plutones mineralizados y los estériles, pueden ser apropiados en esta etapa de la prospección.
• Exploración a escala de reconocimiento. Es la primera exploración orientada en un distrito ya definido, con el fin de detectar sectores más
mineral, sino evaluar el potencial minero de las distintas áreas y seleccionar aquellas más favorables, para proseguir con el estudio ulterior.
Todo estudio de reconocimiento debe ser diseñado para definir, áreas anómalas, en el interior del distrito o región. Esto requiere que la escala y los tipos de estudio sean capaces de identificar a las áreas objetos.
La técnica geoquímica fundamental usada en los estudios de reconocimiento, es el estudio de sedimentos activos y de las aguas en las redes fluviales, con una densidad de 1 muestra/[(3-6)Km2], determinando un conjunto de elementos.
Esta escala de muestreo debe asegurar una interpretación geológica de detalle, incluso para permitir la ubicación general de contactos geológicos. En áreas de afloramiento abundante de rocas, el estudio de rocas (de las aureolas primarias) a una densidad de 1 muestra/[5 Km2] es adecuado para la exploración de depósitos de sulfuros vulcanógeno – sedimentarios, de Zn-Pb.
El número de elementos estudiados en un estudio de reconocimiento, puede ser menor que los que fueron requeridos para la selección del distrito durante los estudios regionales.
• Exploración a escala local. En la búsqueda de los objetivos, se tratan de detectar respuestas geoquímicas espacialmente definidas de hasta algunos Km de extensión. Como las técnicas a emplear con posterioridad son detalladas y caras, es esencial que la selección del objetivo se realice tan precisa y su ubicación tan restringida espacialmente como sea posible. Aunque el objetivo de esta etapa no es la localización de un depósito, en condiciones favorables, puede encontrarse alguno.
El objetivo de una exploración a escala local es el definir mineralización asociada a anomalías discretas de elementos individuales o de un conjunto de elementos. La escala de respuesta, por consiguiente la escala del muestreo, varía en función del tipo de mineralización buscada. Por ejemplo, depósitos de sulfuros masivos producen aureolas anómalas de cientos de metros de extensión; mientras que vetas estrechas se asocian a anomalías que solo se extienden algunas decenas de metros de las mismas. Un muestreo detallado de sedimentos activos a intervalos de 30-300 m a lo largo del cauce, normalmente es capaz de definir la ubicación de un objeto anómalo, donde el sistema de drenaje es pobre, pueden usarse estudios de rocas y/o de suelos, siempre que el tipo de mineralización produzca un sistema de dispersión extenso, si la extensión de la anomalía a detallar no es muy grande.
El número de muestras necesarias para un muestreo de rocas o suelos, es generalmente mayor que el correspondiente a un estudio de la red de drenaje, y el costo de estos programas serán por lo tanto superiores.
• Exploración detallada (a escala de mina). Una vez que se ha identificado un objeto, el próximo estado tendrá como objetivo, primero, la ubicación aproximada de una zona mineralizada, segundo, la definición de la extensión
Los estudios de rocas y suelos son las técnicas geoquímicas más usadas en la exploración detallada. Se emplean redes de perfiles espaciados 100-300 m con intervalos de muestreo en los perfiles de 20-80 m.
Una vez que la zona mineralizada se ha ubicado, se usa un muestreo más detallado, del orden de 50-100 m entre perfiles y 10-20m entre puntos del perfil, con el fin de definir la mineralización en el plano.
La identificación de la ocurrencia mineral y su definición progresiva hasta depósito mineral se consigue por medio de perforaciones, que casi siempre son precedidas por trincheras. Todas estas actividades pueden representarse en el diagrama de flujo (adaptado de G. Govett), que se adjunta al final del capítulo.
En el diagrama se evidencia que una vez identificado un objeto, el proceso exploratorio se continúa hasta el final siempre y cuando los resultados de los estudios exploratorios ofrezcan resultados favorables.
2.3 PROVINCIAS GEOQUÍMICAS
Son áreas relativamente grandes y bien definidas de la Corteza Terrestre, que presentan una composición química distintiva. Su tamaño puede ser de decenas, de cientos, e incluso de miles de kilómetros (Bradshaw et al, 1972), siendo las Provincias Geoquímicas los ejemplos más grandes de halos primarios que existen. Las áreas que comprenden las Provincias Geoquímicas generalmente están compuestas de sucesiones de diferentes tipos de roca, pero todas las rocas, o la mayoría de ellas, a veces de diferente edades, presentan características geoquímicas similares de disminución o enriquecimiento de algún (o varios) elemento (s).
Dentro de una Provincia Geoquímica puede haber considerables diferencias en la distribución de elementos individuales, o asociaciones de elementos, para rocas del mismo tipo pero de diferentes edades. Así mismo, el contenido de elementos traza en tipos de roca similares, difieren de provincia en provincia.
Entre los ejemplos mas conocidos de provincias geoquímicas, están las zonas productoras de cobre en Chile y Perú; el cinturón de cobre porfídico que se extiende por el oeste de México y Estados Unidos, a través de Columbia Británica, hasta el Yukon; la zona de carbonatitas (con tierras raras, estroncio, etc.) del este de África; el cinturón de níquel de Australia; etc.
Franja metalogénica de Chile
Otra forma de hablar de Provincias Geoquímicas es incluir la asociación del tipo de roca, la mineralización específica y el área geográfica. Por ejemplo, unas rocas graníticas que tienen mayor contenido de cobre y molibdeno del normal (cobre porfídico en granitos alterados del SW de Estados Unidos), mientras que otras rocas similares tienen mayor contenido de estaño (granitos ricos en estaño de Bolivia); las rocas máficas pueden ocurrir en grupos o racimos con alto contenido de níquel--platino--cromo, como en Sudáfrica, y esas, del mismo modo, constituyen una provincia geoquímica.
Las Provincias Geoquímicas pueden también basarse en la composición de las rocas sedimentarias, como en el caso de las rocas carbonatadas del Valle del Mississipi, con mayor contenido de Pb - Zn del normal, o las lutitas enriquecidas con cobre de Alemania y Zambia.
Las Provincias Geoquímicas son útiles en la exploración, porque delimitan amplias áreas (de dispersiones primarias) en las cuales existen ocurrencias probadas de un metal, por consiguiente, representan lugares ideales para comenzar programas de exploración.
La ocurrencia anormal de cualquier elemento, sugiere que es probable la mineralización general dentro de la provincia. Algunos ejemplos de esto son el descubrimiento de al menos cuatro yacimientos mayores de cobre porfídico dentro de un área, relativamente pequeña en el sur de Columbia Británica (U.S.A.) en la década de los 60's, y el gran número de descubrimientos de níquel en el "Cinturón de níquel", cerca de Kalgoorlie, al suroeste de Australia.
Beus y Grigorian (1977) definen a las Provincias Geoquímicas, como: unidades de corteza a gran escala, caracterizadas por rasgos comunes en su evolución geológica y geoquímica, expresados en la composición geoquímica de sus constituyentes geológicos o formaciones, así como en las concentraciones metalíferas y no
2.4 PROVINCIAS METALOGÉNICAS
El termino Provincia Metalogenética es usualmente utilizado para nombrar a las Provincias Geoquímicas, pero es utilizado para caracterizar exclusivamente una abundancia inusual de un elemento metálico en particular o una asociación de ellos en una área determinada, por lo que Boyle (1967) y otros autores lo consideran incorrecto, ya que argumentan que una provincia no únicamente está indicada por la presencia de un elemento mena, sino por las variaciones características en algunos otros elementos, los que necesariamente deben de ser mena.
Con todo eso, el término Provincia Metalogenética es más común en la literatura geológica que el término Provincia Geoquímica, y se puede definir sencillamente como áreas y regiones que contienen importantes depósitos minerales con suficientes características en común como para sugerir que los depósitos están generalmente relacionados.
Un ejemplo de provincias metalogénicas tenemos:
Las Provincias Metalogenéticas de México (Damon Et Al, 1981)
Damon y Clark (1981) sugieren que las Provincias Metalogenéticas de México (fig. II.6) forman cinturones de gran extensión, con orientaciones norte-noroeste, paralelas a la costa del Océano Pacifico, originadas por el magmatismo ocurrido durante el Cretácico--Terciario, relacionado al margen convergente que existió en esta porción del continente, en el norte de México se observa la siguiente sucesión de provincias, comenzando con el borde occidental de Sinaloa, y en dirección noreste:
1) Pórfidos y yacimientos metasomáticos de Cu (W, Mo) 2) Vetas de Au - Ag.
3) Vetas y brechas de Sn 4) Vetas de Hg-Sb
5) Vetas y Chimeneas (breccia pipes) de Pb – Zn - Ag 6) Vetas de Mn
7) Mantos de Pb – Zn - Ag
8) Depósitos de U (derivados de ignimbritas por alteración hidrotermal) 9) Depósitos estratiformes de Cu-Ba
10) Depósitos vulcanogénicos y metasomáticos de Fe 11) Mantos y Vetas de CaF2
12) Ocurrencia de Mo tipo Climax (continuación en México del cinturón de molibdeno del SW de Estados Unidos)
Además se puede observar la presencia de una provincia costera de cobre - fierro en Baja California y una de fierro en el borde del sur de México.