PRECAMBRIAN MESOTHERMAL LODE-GOLD DEPOSITS IN BRAZIL: AN ASSESSMENT OF POTENTIAL FLUID SOURCES

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DEPÓSITOS MINERAIS FORMADOS POR PROCESSOS
HIDROTERMAIS
UNICAMP
Roberto Perez Xavier Departamento de Geologia e
Recursos Naturais Instituto de Geociências -
UNICAMP
Disciplina Geologia Econômica (GE-803) Graduação
em Ciências da Terra Geologia
2
Geologia Econômica (GE-803)
UNICAMP
FLUIDOS HIDROTERMAIS ORIGEM, MIGRAÇÃO E EVOLUÇÃO
NA CROSTA TERRESTRE
3
Geologia Econômica (GE-803)
O TERMO FLUIDO
FLUIDO H2O SAIS VOLÁTEIS (CO2, CH4, N2,
H2S, etc.) Fase aquosa ou vapor não silicática.
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Geologia Econômica (GE-803)
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.
5
Geologia Econômica (GE-803)
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?
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDO HIDROTERMAL ASPECTOS HISTÓRICOS
? Início do sec. XIX à metade do séc. XX fluido
aquoso diluído e quente
? Distância de depósitos minerais com corpos
ígneos intrusivos origem magmática
Depósito Hidrotermal Temperatura (C) Profundidade (m)
hipotermal 300 - 600 3.000 15.000
mesotermal 150 - 300 1.200 4.500
epitermal 50 - 200 lt 1.500
teletermal lt 100 Próximo à superfície
Waldemar Lindgren (1860 1939)
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDO HIDROTERMAL ASPECTOS HISTÓRICOS
Questões em aberto ? Estado físico? ? Redox? ?
pH? ? Transporte de metais?
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Geologia Econômica (GE-803)
SISTEMAS GEOTERMAIS ATIVOS
NEPR, SEPR East Pacific Rise MAR Mar
Crest RR Islândia SWIR e SEIR Southwest e
Southeast Indian Ridge
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS HIDROTERMAIS EVIDÊNCIAS
S1
?inclusões fluidas
S2
?sistemas geotermais ativos em crosta continental
e oceânica
L
V
S4
S3
geiseres
Fumarolas ou black smokers
10
COMO FORMA-SE UM FLUIDO HIDROTERMAL?
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, SO4) e outros
são adicionados (e.g. Fe, Mn, H2, CO2).
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS EM SISTEMAS HIDROTERMAIS OCEÂNICOS ATIVOS
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Geologia Econômica (GE-803)
COMO FORMA-SE UM FLUIDO HIDROTERMAL?
Água do Mar 2C Alcalino (pH ? 8) Caráter
oxidante ? SO42gtgt S2- Rico em Mg2 Pobre em
metais 3,2 NaCl salinidade da água do mar
Fluido Hidrotermal 350C Ácido (pH ?
4,6) Caráter redutor ? S2- gtgtSO42- Pobre em
Mg2 Enriquecido em metais ? 3,2 NaCl
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Geologia Econômica (GE-803)
COMO FORMA-SE UM FLUIDO HIDROTERMAL?
1. pH ácido do fluido 2Ca2 Fe3 2Al3
3SiO2 7H2O Ca2FeAl2Si3O12(OH)
13H Silicatos em rochas fluido epidoto máficas
2. Caráter oxidado ? reduzido 11Fe2SiO4 2SO42-
4H FeS2 7Fe3O4 11SiO2 2H2O máfico
fluido pirita magnetita
3. Metassomatismo perda de Mg2 2NaAlSi3O8
5Mg2 8H2O Mg5Al2Si3O10(OH)8 2Na 8H
3SiO2 Albita fluido clorita quartzo
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS NA CROSTA TERRESTRE
águas meteóricas
águas de formação
águas conatas
água do mar







fluidos magmáticos



fluidos metamórficos
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS HIDROTERMAIS COMPOSIÇÃO
Fonte Barnes (1997) Lydon (1988)
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS BACINAIS
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Geologia Econômica (GE-803)
COMPOSIÇÃO DE FLUIDOS MAGMÁTICOS
Vulcões Augustine (Grécia) Etna (Itália) St. Helens (USA)
Magma andesítico basáltico Dacítico
T(C) 870 928 710
H2O 83,9 91,9 98,6
CO2 2,4 1,4 0,8
SO2 5,72 2,8 6,7x10-2
H2S 1,00 - 9,0x10-2
HCl 6,0 0,1 7,6x10-2
HF 8,6x10-2 0,5 0,03
NaCl 1,4x10-3 1,3x10-3 4,1x10-4
Análises em moles/100 moles de gás
Symonds (1992)
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS MAGMÁTICOS LIBERADOS POR ERUPÇÕES
VULCÂNICAS
Hedenquist Lowenster (1994)
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS MAGMÁTICOS SALINIDADE
Variação da salinidade de fluido magmático, em
função da pressão e temperatura, na cristalização
de um magma granítico (Bodnar, 1992).
60
40
2.0 kb
0.5 kb
salinidade ()
20
1.3 kb
0
40 50 60 70 80 90 100
de cristalização
20
Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS MAGMÁTICOS VARIAÇÃO DA COMPOSIÇÃO COM A
PROFUNDIDADE
Baker (2002)
? Solubilidade do CO2 é 10 X menor do que a da
H2O em fundidos silicáticos ? predomina em
ambientes mais profundos.
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Geologia Econômica (GE-803)
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 ?
gt depósitos de Cu-Au/Mo-W. 2. Fase fluida tardia
? lt depósitos de Cu-Au/Mo-W.
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Geologia Econômica (GE-803)
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.
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Geologia Econômica (GE-803)
GERAÇÃO DE FLUIDOS EM REAÇÕES METAMÓRFICAS
ROCHAS PELÍTICAS - PSAMOPELÍTICAS
argilo-minerais (15-20 H2O) clorita (10-12
H2O)
biotita muscovita (3-4 H2O)
estaurolita cordierita (2 H2O)
H2O (CO2 CH4 N2 H2S), 5-6 NaCl
Cartwright Oliver (2000)
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Geologia Econômica (GE-803)
GERAÇÃO DE FLUIDOS EM REAÇÕES METAMÓRFICAS
ROCHAS CÁLCIO-SILICATADAS
Fluidos podem variar de dominantemente aquosos a
ricos em CO2, a depender de soluções
intergranulares.
Cartwright Oliver (2000)
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Geologia Econômica (GE-803)
GERAÇÃO DE FLUIDOS EM REAÇÕES METAMÓRFICAS
ROCHAS MÁFICAS-ULTRAMÁFICAS

• Volume de fluidos depende da história
  pré-metamórfica
• Minerais anidros olivina, piroxênios,
  plagioclásio ou pobres em água anfibólio ?
  reações de desidratação gt 600C ? geram pouco
  fluido no metamorfismo.
• 2. Interação prévia com fluidos hidrotermais ?
  basaltos de fundo oceânico ? geram silicatos
  hidratados (clorita, serpentina, talco, etc.)

As reações de devolatilização geram fluidos
aquosos ? aumento em CO2 com a temperatura.
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Geologia Econômica (GE-803)
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 CO2 e muito
subordinadas de CH4, N2 e H2S ? sistema C - O - H
- S - N - sais.
? Eficientes no transporte de Au-Ag ? Baixa
eficiência no transporte de Cu-Pb-Zn.
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS HIDROTERMAIS O QUE SÃO AFINAL?
? Soluções aquosas
? Soluções diluídas (0.2 - 0.5 solutos) a
altamente concentradas (25 solutos) ?
predominância de Na e Cl-. Salinidade muito
baixa 0,2-0,5 baixa lt5 moderada 10-20
hipersalino gt50
? Temperatura variada 50C a gt600C
? pH variado (ácido, neutro a levemente alcalino)
? voláteis (CO2, CH4, N2, H2S, etc.) ? controlam
o estado redox dos fluidos
? metais ?complexos iônicos (e.g. Au(HS)-2
AuCl-2 )
NÃO TEM IMPLICAÇÃO GENÉTICA
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Geologia Econômica (GE-803)
Dissolução química de elementos traço (metais) a
partir de um grande volume de rocha (10 - 1000
km3)
Migração do fluido e sua canalização ao longo de
estruturas na crosta (e.g. falhas, zonas de
cisalhamento)
POUCO FLUIDO, MUITA ROCHA VERSUS MUITO
FLUIDO, POUCA ROCHA
Precipitação química de minerais de minério
formando um depósito mineral (lt 1 km3)
29
Geologia Econômica (GE-803)
Regimes Tectônicos, Fluxo de Fluidos Hidrotermais
e Depósitos Minerais na Crosta Terrestre
30
Geologia Econômica (GE-803)
UNICAMP
TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE METAIS POR FLUIDOS
HIDROTERMAIS
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS HIDROTERMAIS TRANSPORTE DE METAIS
? Metais não são transportados como íons simples
? complexos iônicos
? Quais os complexos mais importantes no
transporte de metais?
log? constante de equílibrio de formação
? Estabilidade de ligantes
? Disponibilidade de ligantes
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Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS HIDROTERMAIS TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE
METAIS
Au
CuZn
CuZn
Au
Au(HS)2-
ZnCl2-
-2
2
AuCl2-
2
-2
Au(HS)2-
SOLUBILIDADE (log ppm)
Zn
CuCl-
CuCl2-
-4
-4
0
0
Cu(HS)2-
Cu(HS)2-
2 4 6 8
10
150 200 250 300
350
TEMPERATURA C
pH
pH4, 1m NaCl, aH2S 10-3, SO4/H2S 10-1
T 300C, aH2S 10-3, 1m NaCl, SO4/H2S 10-1
?Estabilidade de ligantes ? T, P, pH, salinidade
e composição
33
Geologia Econômica (GE-803)
FLUIDOS HIDROTERMAIS TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE
METAIS
O CASO DO OURO
34
Geologia Econômica (GE-803)
O CASO DO OURO
Estabilidade de ligantes
Disponibilidade de ligantes
35
Geologia Econômica (GE-803)
O CASO DO OURO
4 Au(HS)2- 2 H2O 4 H 4 Au0 8 H2S O2
300C
Au(HS)2- ?S 0,5x10-2 ?S
1,0x10-3 AuCl2- ?S 0,5x10-2
-25
?
temperatura
-3
-4
AuCl2-
-30
?
pH
hematita
?O2
-3
pirita
-2
-4
-35
-1
?
?O2
-3
-5
-4
-40
pirrotita
magnetita
?
aH2S
2 4 6 8
10
Seward (1982) e Brown (1986)
pH
36
Geologia Econômica (GE-803)
O CASO DO OURO
MECANISMOS DE DEPOSIÇÃO
1. REAÇÃO FLUIDO - ROCHA
o
CLORITA (OU MAGNETITA) Au - S O

Au
FeS

2
2
QUARTZO H
O
2
LITOLOGIAS CARBONÁCEAS -
f
O
2

CONSUMO DE K
E CO
- pH
2
2. SEPARAÇÃO DE FASES FLUIDAS
IMISCIBILIDADE/EBULIÇÃO -
f
O
pH H
S
2
2
-
3. MISTURA DE FLUIDOS
-
aCl

O
pH
f
2

37
DEPÓSITO DE Cu-Au-(Mo-W-Bi) do BREVES - CARAJÁS
AC
AC
AC
AC
15?m
F61/253,35
38
Bubble Boy
39
Bubble Boy
40
Geologia Econômica (GE-803)
O CASO DO OURO
4 AuCl2- 2 H2O 4 Au0 4 H 8 Cl- O2
300C
Au(HS)2- ?S 0,5x10-2 ?S
1,0x10-3 AuCl2- ?S 0,5x10-2
-25
-3
?
-4
temperatura
AuCl2-
-30
?
pH
hematita
?O2
-3
pirita
-2
-4
-35
-1
?
?O2
-3
-5
-4
-40
pirrotita
magnetita
?
aCl-
2 4 6 8
10
Seward (1982) e Brown (1986)
pH
41
Geologia Econômica (GE-803)
O CASO DO OURO
MECANISMOS DE DEPOSIÇÃO
1. REAÇÃO FLUIDO - ROCHA
o
CLORITA (OU MAGNETITA) Au - S O

Au
FeS

2
2
QUARTZO H
O
2
LITOLOGIAS CARBONÁCEAS -
O
f
2

CONSUMO DE K
E CO
- pH
2
2. SEPARAÇÃO DE FASES FLUIDAS
IMISCIBILIDADE/EBULIÇÃO -
O
pH H
S
f
2
2
-
3. MISTURA DE FLUIDOS
-
aCl

f
O
pH
2

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Geologia Econômica (GE-803)
O caso do Cu, Pb e Zn
3 103 mg/kg cloreto
Cu(s) 1/2 O2 H 2 Cl- CuCl2 1/2 H2O
5 105 mg/kg cloreto
4
5
5
2
Pb (cloreto)
Zn (cloreto)
0
?
temperatura
Ag (bisulfeto)
log solubilidade (mg/kg)
3
-2
?
Cu (cloreto)
pH
Ag (cloreto)
-4
Zn (cloreto)
?
5
?O2
-6
Pb (cloreto)
3
?
aCl-
3
-8
3
200 250 300
temperatura (C)
43
Geologia Econômica (GE-803)
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