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introducción a la exploración geoquímica
Tipo: Apuntes
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INTRODUCCION A LOS METODOS GEOQUIMICOS DE EXPLORACION. T.S.U. José Alexander Márquez P.N.F. Geociencias T3-T
Los métodos geoquímicos de exploración son una herramienta fundamental en la búsqueda de depósitos minerales y recursos naturales. Se basan en el análisis de la distribución y concentración de elementos químicos en diferentes materiales geológicos como rocas, suelos, sedimentos, agua, gases y vegetación. El objetivo principal es identificar anomalías geoquímicas que puedan indicar la presencia de mineralización subyacente. Los métodos geoquímicos aplicados a la exploración minera son una herramienta esencial utilizada en los programas de exploración en todas sus etapas, desde los trabajos iniciales de reconocimiento hasta los de detalle cuando el yacimiento ya ha sido localizado. Los métodos geoquímicos también se utilizan para identificar las prolongaciones de los yacimientos ya conocidos o en explotación y como ayuda en la toma de decisiones en la selección de áreas de interés para llevar a cabo la perforación como etapa final en la localización de yacimientos minerales. El objetivo de estos apuntes es dar a conocer los principios básicos de la geoquímica inorgánica y las técnicas de la geoquímica aplicada a la exploración minera dentro del marco de los programas de exploración, así como proporcionar los principales criterios geológicos para la evaluación de los resultados químicos cuantitativos obtenidos en laboratorio y la interpretación de la información obtenida.
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA Algunos resúmenes de la historia de la geoquímica ( Hawkes, 1957; Boyle, 1967 y Garret, 1970 ) han 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 fierro ( 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.
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA 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. 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 geoquímico rutinario de muestras de suelo. 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. 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,
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA 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.
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA
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 fraccionacion 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.
PLANIFICACION DEL MUESTREO Antes de salir al campo, se requiere una planificación meticulosa: Definición de objetivos: ¿Qué tipo de depósito se busca? ¿A qué escala se va a explorar (reconocimiento o detalle)? Selección del medio de muestreo: ¿Rocas, suelos, sedimentos de arroyo, aguas, gases o vegetación? La elección dependerá de la geología local, la topografía, la cobertura vegetal y el tipo de mineralización esperada. Diseño de la red de muestreo: (^) Espaciamiento: ¿Cada cuántos metros o kilómetros se tomarán las muestras? Para estudios de reconocimiento, el espaciamiento es más amplio; para estudios detallados, es más denso. (^) Patrón: Rectangular, triangular, en líneas paralelas, radial, etc. El patrón se elige para asegurar una cobertura adecuada y la detección de posibles anomalías. (^) Estudios de orientación: A menudo, se realizan estudios piloto en el área para entender cómo se dispersan los elementos desde un depósito mineral conocido (o una zona anómala preexistente). Esto ayuda a optimizar el tipo de muestra, el horizonte de muestreo. Contaminación, Control de calidad (QA/QC) y Logística.
TIPOS DE MUESTREOS Muestreo de Rocas: Muestras de esquirlas (chip sampling): Se toman fragmentos pequeños y representativos a lo largo de una línea o en un área específica. (^) Muestras de canaleta (channel sampling): Se corta una ranura uniforme en la roca expuesta (afloramientosa, trincheras, frentes de mina) para obtener una muestra representativa de una determinada longitud o anchura. (^) Muestras de testigos de perforación (drill core sampling): Se subdividen los cilindros de roca obtenidos de las perforaciones. (^) Muestras "grab" (selectivas): Se toman muestras de roca aparentemente mineralizada para determinar su ley o para caracterización mineralógica, pero no son representativas del volumen total. (^) Muestreo de Suelos: (^) Suelos residuales: Reflejan la composición de la roca subyacente. Se busca el horizonte de suelo más adecuado para el muestreo (generalmente el horizonte B o C) donde los elementos se han acumulado.
RECOLECCION DE MUESTRA DE CAMPO (^) Identificación y registro: Cada muestra debe tener un código único, registrar su ubicación (GPS), fecha, tipo de material, características del sitio y cualquier observación relevante (geología, alteración, mineralización). (^) Herramientas adecuadas: Picos, palas, barrenos, cucharas, bolsas de muestreo resistentes, guantes. (^) Evitar la contaminación: Utilizar herramientas limpias, bolsas de muestreo apropiadas, y evitar mezclar materiales. (^) Cantidad y representatividad: Tomar un volumen de muestra adecuado para el análisis, asegurando que sea representativo del punto de muestreo. (^) Cadena de custodia: Documentar el proceso de recolección, transporte y almacenamiento de las muestras para mantener su integridad y asegurar la confiabilidad de los resultados.
IMPORTANCIA DE LA PREPARACION MUESTRA DE CAMPO La preparación de muestras es vital por varias razones:
ETAPAS COMUNES EN LA PREPARACION MUESTRAS
(^) Propósito: Reducir el volumen de la muestra a una porción representativa para el análisis de laboratorio. Las muestras de campo suelen ser demasiado grandes para ser analizadas en su totalidad. (^) Proceso: (^) Cuarteo manual: Se forma un cono con la muestra,. (^) Divisores de rifle (riffle splitters): Son equipos que dividen la muestra en dos porciones iguales. (^) Divisores rotatorios: Proporcionan la forma más precisa de obtener submuestras representativas
. Propósito: Reducir la muestra a un polvo muy fino y homogéneo (generalmente a menos de 75 μm o 200 mallas). Este polvo es ideal para la digestión química o el análisis directo. Proceso: Se utilizan molinos de discos, molinos de bolas, molinos de anillo y píldora (ring-and-puck mills) o molinos de vibración. Al igual que con la trituración, la limpieza rigurosa del equipo entre muestras es fundamental para evitar la contaminación.
ETAPAS COMUNES EN LA PREPARACION MUESTRAS
(^) Propósito: Separar la muestra en diferentes fracciones de tamaño de partícula. Para geoquímica de suelos y sedimentos, a menudo se analiza la fracción fina (por ejemplo, menos de 80 o 150 mallas) porque tiende a concentrar mejor los elementos de interés. (^) Proceso: Se utilizan tamices estándar de laboratorio.
Propósito: Proteger la muestra preparada de la contaminación o alteración antes del análisis. Proceso: Las muestras se guardan en bolsas de plástico o sobres de papel robustos, etiquetadas claramente y almacenadas en un lugar seco y seguro
TECNICAS ANALITICAS COMUNES EN GEOQUIMICA DE EXPLORACION Existen diversas técnicas analíticas, cada una con sus ventajas y aplicaciones. Las más utilizadas en exploración geoquímica incluyen: (^) 1. Espectrometría de Emisión Atómica con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-AES o ICP-OES) (^) Principio: Una muestra líquida se introduce en un plasma de argón a alta temperatura, que excita los átomos de los elementos presentes. Al regresar a su estado fundamental, estos átomos emiten luz en longitudes de onda características que son detectadas y cuantificadas. (^) Ventajas: Multielemental (puede analizar más de 60 elementos simultáneamente), buenos límites de detección para muchos elementos, amplio rango dinámico, relativamente rápida. Limitaciones: Requiere digestión ácida completa o parcial de la muestra, algunos elementos refractarios o volátiles pueden no digerirse o detectarse bien. 6. Almacenamiento
TECNICAS ANALITICAS COMUNES EN GEOQUIMICA DE EXPLORACION (^) 2. Espectrometría de Masa con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS) (^) Principio: Similar al ICP-AES, pero el plasma ioniza los átomos, que luego son dirigi dos a través de un espectrómetro de masas para separar y cuantificar los iones según su relación masa/carga. (^) Ventajas: Mucho mejores límites de detección que ICP-AES (especialmente para elementos traza y tierras raras), multielemental, alta sensibili dad. (^) Limitaciones: Más costosa que ICP-AES, suscepti ble a interferencias espectrales e isoóricas (aunque se util izan técnicas de corrección). También requiere digestión. (^) 3. Fluorescencia de Rayos X (XRF) (^) Principio: Una muestra sólida se irradia con rayos X de alta energía, lo que provoca la emisión de rayos X secundarios (fluorescencia) con energías características de los elementos presentes. (^) Ventajas: No destructiva, no requiere digestión, útil para elementos mayores y algunos traza, se puede usar en campo (XRF portátil). (^) Limitaciones: Límites de detección más altos que ICP, menos sensible para elementos ligeros (como el oro), la preparación de la muestra (pastillas de polvo prensado o perlas fundidas) es crucial para la precisi ón.
