Modelització geoquímica de dissolució de carbonats per mescles de fluids hidrotermals aplicada als dipòsits minerals
La porositat i les cavitats presents en roques carbonàtiques han actuat al llarg del temps com a trampa per a l'acumulació d'hidrocarburs o per a la precipitació de minerals de metalls de base (Cu, Pb, Zn...). La dissolució d'aquestes roques que ha donat lloc a la creació de la porosi...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2002 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | catalán |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:37192 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/37192 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Carbonats Roques carbonatades Dipòsits minerals |
| Sumario: | La porositat i les cavitats presents en roques carbonàtiques han actuat al llarg del temps com a trampa per a l'acumulació d'hidrocarburs o per a la precipitació de minerals de metalls de base (Cu, Pb, Zn...). La dissolució d'aquestes roques que ha donat lloc a la creació de la porositat es pensa que s'ha produït en profunditat, i això és una paradoxa: un sol fluid no pot generar la porositat observada ja que, a causa de la seva cinètica, se satura ràpidament en carbonats. Es proposa que la dissolució en profunditat de roques carbonàtiques pot ser provocada per la mescla de solucions hidrotermals. En barrejar-se en una roca carbonatada dues solucions en ambients hidrotermals es produeixen els mateixos efectes que a baixa temperatura. Les aigües que circulen per carbonats s'hi equilibren al cap de pocs metres i, malgrat això, la barreja de solucions equilibrades en carbonat resulta estar sobresaturada o subsaturada en aquests minerals. Per una banda, la diferència en la concentració de calci entre els dos fluids provoca que la mescla estigui sobresaturada en carbonat (efecte algebraic). Per l'altra, el contrast entre les salinitats de les solucions inicials causa subsaturació de la barreja respecte el carbonat (efecte salinitat o de força iònica). La diferència de pH dels fluids inicials, si és que no són tots dos bàsics, el qual és causat per la pressió de CO2 a la que se saturen o per la concentració total de carboni que contenen, també produeix subsaturació de la barreja respecte el carbonat (efecte pH-pCO2 o pH-_C). Els tres efectes se sumen o es compensen en la mescla, però com que algunes de les variables que hi intervenen no són lineals, l'efecte dominant per cada cas concret no és fàcilment previsible. Per tant, és complicat saber a priori si la barreja de dues solucions específiques, saturades en carbonat, resultarà en la dissolució o en la precipitació del carbonat. Per tal d'avaluar i comparar l'efecte de la mescla d'aigües amb altres models es realitzen càlculs geoquímics emprant mètodes numèrics. El programa utilitzat és RETRASO, que permet treballar des de 0 fins a 300 ºC, tant amb termodinàmica com amb cinètica per la precipitació/dissolució de minerals. La dissolució de carbonats en ambients hidrotermals s'havia explicat fins ara amb l'oxidació d'àcid sulfhídric i amb la precipitació de sulfurs de Pb i Zn. Tots dos són models geoquímics en què la reacció química principal produeix acidesa (H+), que és compensada per la reacció secundària de dissolució de carbonats. En els dos, es dissol un mol de carbonat per cada mol de sulfhídric que s'oxida o bé de sulfur que precipita. L'oxidació d'àcid sulfhídric no succeiria a una certa profunditat, ja que les aigües es redueixen ràpidament en els primers metres d'infiltració per pèrdua de la majoria dels seus oxidants. Es comprova que la precipitació de sulfurs metàl·lics genera porositat en el carbonat encaixant, però en general el volum dissolt és menor que el produït per l'efecte de la barreja de solucions. La mescla de solucions calentes i saturades en minerals carbonatats s'ha aplicat a dos tipus de jaciments minerals encaixats en roques carbonatades, els de tipus Mississippi Valley (MVT) i els de tipus sòcol-corbertora. Els jaciments MVT són encara ara una de les reserves més grans de metalls de base; tenen edats diverses i es troben a tots els continents, si bé s'encaixen majoritàriament en bretxes de dissolució en roques carbonatades. Algunes bretxes contenen quasi bé només sulfurs, però d'altres dels mateixos districtes estan també o només reblertes per halurs, sulfats i fins i tot carbonats, per tant el model clàssic de precipitació de sulfurs no pot explicar la generació de tota la cavitat associada a aquests dipòsits. S'han realitzat simulacions en dues dimensions de fluxos de calor i fluids, amb el programa CODE-BRIGHT, en un districte tipus de MVT per tal d'obtenir el règim de temperatures i de velocitats a l'entorn dels dipòsits minerals. A la part inferior de la secció s'ha situat una salmorra que puja per petites falles espaiades en tot el districte; a la resta de secció hi circula una aigua regional. Els resultats assenyalen que la temperatura al costat de les fractures és pràcticament la de la salmorra, ja que al cap d'uns quants milers d'anys s'estableix un règim de circulació convectiva. En aquestes zones és on s'agafa una segona secció amb més detall per realitzar els estudis de transport reactiu. S'hi incorpora un flux estacionari de fluids i una temperatura constant de 150 ºC, juntament amb unes composicions d'aigua subterrània regional diluïda i de salmorra rica en metalls extretes de dades d'anàlisis d'inclusions fluides de mineralitzacions MVT o que s'adiuen amb les de la literatura referent a aquests jaciments. La mescla de les dues solucions saturades en calcita produeix una zona de dissolució de l'encaixant carbonàtic en forma de V, i també precipitació de calcita en la porositat de la roca enfora de la V de dissolució. En comparació, el model de precipitació de sulfurs no produeix tanta porositat com la suma dels efectes de mescla. Les simulacions de barreja generen cavitats comparables, i de formes similars, a les observades en els grans dipòsits MVT. A més, aquest model de mescla, explica l'existència de bretxes estèrils i la diversitat de minerals reblint la porositat generada. Els jaciments de baixa temperatura sòcol-cobertora apareixen en tot el domini hercinià europeu. Són jaciments minerals de metalls de base i sulfats que apareixen en forma de filons o bossades, tant en roques pelítiques, com granítiques, com carbonàtiques, que es localitzen prop del contacte entre les roques que constitueixen el sòcol (Paleozoic) i les que formen la cobertora (Mesozoic). El model clàssic que explica la formació d'aquests tipus de mineralitzacions és la mescla d'un fluid calent, ric en metalls, que ha circulat per fractures del sòcol, amb un de ric en sulfat que prové de la cobertora, que es barregen en cavitats preexistents desencadenant el procés de precipitació de sulfurs i sulfats. L'aplicació del model de mescla en aquest cas es realitza sobre els dipòsits de Rocabruna, als Pirineus Orientals, que estan constituïts per cavitats en dolomies reblertes majoritàriament de barita, acompanyada per sulfurs i dolomita en petita proporció. Les simulacions geoquímiques de mescla d'una aigua regional diluïda amb una salmorra rica en metalls i bari, totes dues en equilibri amb dolomita, il·lustren la generació de les cavitats. Quan la salmorra és reduïda (predomini d'hidrocarburs), la dissolució de la dolomia encaixant va acompanyada de la precipitació de sulfurs, de manera que es reforça encara més la dissolució de dolomia. Quan la salmorra és menys reduïda (predomini de carbonat) la dissolució d'encaixant és simultània a la precipitació de sulfat de bari. Amb el model de mescla, doncs, s'expliquen els tres processos observats a Rocabruna: dissolució de l'encaixant dolomític, precipitació de sulfurs i rebliment de la cavitat amb sulfats. Les simulacions realitzades confirmen que la mescla de solucions hidrotermals saturades en minerals carbonàtics pot dissoldre més volum d'encaixant carbonàtic que no la reactivitat dels fluids. Això tant és cert per calcita com per dolomita, ja sigui en els ambients de formació dels jaciments minerals MVT com en els de sòcol-cobertora. |
|---|