Fallas y Zonas de Cizalla (Parte 2): Aplicaciones al
Estudio de Sistemas Mineralizados y
Roberto Oyarzun y Miguel Doblas
Distrito de Rodalquilar (Au),
zona de falla extensional en unidad ignimbrítica.
Generalidades
En
Fig. 1: Zonas favorables y
desfavorables para la exploración en un sistema de fallas.
Fig. 2: Variación en la
potencia de una veta con los cambios en el rumbo en una falla dextral. La masa
Discovery estaría asociada a una estructura tipo duplex extensional. Tomada de
McKinstry (1948).
Fluidos en zonas de falla
Sibson (1990) ha descrito de una manera muy completa los
condicionantes que llevan a la precipitación de mineralizaciones hidrotermales
en zonas profundas (mesotermales) y someras (epitermales). Mientras que en el
ambiente somero epitermal se encuentra caracterizado por condiciones de presión
hidrostática (P = columna de agua) los sectores profundos (varios kilómetros)
presentan condiciones de presión litostática (P = columna de roca). Entre un
ambiente y otro existe toda una zona transicional que se denomina de presión
suprahidrostática. En el caso de los yacimientos auríferos, los epitermales,
formados a profundidades de
Fig. 3: Esquema teórico para
la relación entre la variación entre la presión de fluidos en el tiempo en
función de eventos rupturales causados por sismos (EQ). Pl: presión
litostática, Ph: presión hidrostática. Sibson (1990).
El caso de la bomba de
succión es aplicable a las mineralizaciones epitermales, donde las
condiciones son básicamente hidrostáticas y activadas por rupturas sísmicas.
Las estructuras a rellenar son típicamente extensionales y presentan
morfologías variadas tales como en escalera, lazo sigmoide, y cola de caballo.
En la nomenclatura de Sibson éstas se denominan "jogs"
y corresponden básicamente a las inflexiones, saltos, abanicos imbricados, y
por supuesto, duplexs extensionales que vimos previamente en otras secciones (Fig.
4). A profundidades someras las estructuras en extensión se caracterizan por la
presencia de texturas tipo crustificaciones y brechificaciones. Estas últimas
consisten en brechas de implosión, caracterizadas por un arreglo en puzzle de
fragmentos angulares de la roca encajante, los que se encuentran cementados por
una matriz hidrotermal. La apertura forzada (sísmicamente) de la malla de
fracturas extensionales (Fig. 5) a velocidades más rápidas a la que migran los
fluidos genera un desequilibrio de presión que genera una fuerza de succión
(Fig. 5). Dependiendo de las condiciones del sistema el proceso puede ocasionar
el colapso interior (implosión) de las paredes de la fractura en expansión, lo
que resulta en el desarrollo de una brecha de implosión cementada por la carga
mineral de los fluidos que han sido "succionados"
hacia ese entorno.
Fig. 4: Estructura interna
de sistemas mineralizados filonianos en jogs extensionales generados por
saltos de fallas transcurrentes sinestrales. Sibson (1990).
Fig. 5: Sistema tipo bomba
de succión. Apertura forzada (sísmicamente) de una falla con movimiento
dextral. A: Pre-ruptura, presiones de fluido uniformes; B: Post-ruptura,
inyección de fluidos a los jogs extensionales, colapso de paredes ®
implosión, formación de brechas. Sibson (1990).
El modelo de la válvula
activada (Fig. 3) es básicamente aplicable a las grandes zonas de
cizalla en régimen dúctil-frágil. Para que el modelo se cumpla la zona de
cizalla debe cortar a través de un gradiente de presión que excede las
condiciones puramente hidrostáticas. Los gradientes suprahidrostáticos pueden
desarrollarse en vastas zonas o concentrarse en las vecindades de una falla,
cuando por ejemplo esta corta una barrera impermeable (evaporitas, lutitas,
rocas cristalinas). La acción de la válvula se inicia cuando se produce una
rotura sísmica en el sistema, que permite a los fluidos superar la barrera
(Fig. 6). La descarga hacia arriba se mantiene hasta que el gradiente de
presión pasa a hidrostático en la barrera (equilibrio). El proceso se ve
favorecido en fallas de gran ángulo, en particular, en aquellas de tipo
inverso.
Fig. 6: Sistema tipo válvula
activada. A) Barrera impermeable separando regímenes de presión litostática e
hidrostática. B) Ruptura de la barrera e inyección de fluidos. Nótese el paso
de condiciones suprahidrostáticas en la zona de la barrera (A) a condiciones
hidrostáticas (B). Sibson (1990).
Nótese que en ambos modelos (bomba
de succión y válvula activada)
el proceso mineralizador es repetitivo, lo cual originará sucesivas etapas de
ruptura-mineralización. La presión (hidrostática o suprahidrostática) cae
durante el proceso y vuelve a acumularse durante los períodos de quietud en el
sistema (Fig. 3).
Aspectos morfológicos de las masas minerales en zonas de
falla
Los aspectos morfológicos más conocidos en
mineralizaciones hidrotermales asociados a fallas son aquellos relacionados con
los sistemas que han operado en régimen frágil. Entre ellos cabe destacar las
morfologías tipo en escalera (échelon), lazo sigmoide, y cola de caballo, así
como las mallas complejas (Fig. 4). Hemos destacado así mismo la decisiva
importancia de que estos sistemas se encuentren bajo condiciones extensionales.
Una morfología tipo lazo sigmoide no es importante bajo el punto de vista
económico "per se" sino si
y solo si, ese lazo sigmoide se originó bajo condiciones extensionales. De ahí
que resulte vital no solo entender la geometría general de un sistema si no que
además debemos conocer la cinemática del mismo.
Si bien la relación de zonas de cizalla con
mineralizaciones auríferas es ampliamente conocida en países como Canada y
Australia, donde estas grandes estructuras son relativamente comunes, en el
ámbito andino aun dista mucho por establecerse el potencial real de las grandes
estructuras de este tipo, por ejemplo, la zona
de falla de Atacama y sus
ramales. Es más, la zona de falla de Atacama podría considerarse en muchos
aspectos (estructurales y litológicos) como un "análogo
moderno, de nivel estructural alto"
de las grandes zonas de cizalla del escudo canadiense, eso si, con su propias
peculiaridades. Además debemos tener en cuenta que en el caso del escudo
canadiense se produjo una intensa erosión, que permite la observación hoy en
día de las zonas de cizalla en sus niveles dúctiles profundos. Dentro estas
analogías cabría destacar la presencia de formaciones volcanosedimentarias del
Jurásico y Neocomiense, que podrían ser consideradas, con restricciones, como
un análogo a los cinturones de rocas verdes (greenstone
belts) del Arqueozoico. El potencial real de exploración de la zona
de falla de Atacama aun falta por ser establecido.
Como ya hemos mencionado, la mayor parte de las
mineralizaciones asociadas a zonas de cizalla se encuentran asociadas a la zona
dúctil-frágil de las mismas, donde pueden generarse un mayor numero de estructuras
de apertura discreta para albergar las mineralizaciones. Aunque el objetivo de
este manual no es el de entrar en "disquisiciones
filosóficas" sobre el origen último de los metales, bien vale
la pena aquí no obstante referirnos a ello brevemente. La razón para esta
pequeña "desviación" de la
línea principal de este trabajo radica en que de alguna manera, podemos
relacionar la presencia de mineralizaciones en la transición dúctil-frágil, con
la migración de fluidos en una gran zona de cizalla. Una explicación muy
satisfactoria ha sido propuesta por Cameron (1989) quien propone que los
fluidos durante su migración hacia niveles estructurales superiores precipitan
su carga metalífera en la transición de dúctil a frágil. La razón básica sería
la siguiente: las grandes zonas de cizalla presentan un fuerte estrechamiento
hacia arriba (imaginemos un embudo invertido en sección), lo cual permite que
los fluidos mineralizados (provenientes de vastas zonas de la corteza inferior)
se "concentren" en
corredores progresivamente más angostos, ya en la zona transicional dúctil a
frágil. Razones que avalan esta idea (Cameron, 1989) son entre otras el hecho
de que la zona dúctil de las zonas de cizalla (ahí donde se han podido
observar) se encuentren notablemente empobrecidas en oro con respecto a su
entorno, y que las mineralizaciones auríferas solo se encuentren desde la
transición frágil dúctil hacia arriba. A estas observaciones habría que agregar
el rol de las intrusiones graníticas contemporáneas, las cuales tambien pueden
jugar un papel importante en los procesos mineralizadores (e.g., Oyarzun et
al., 2000). A estos razonamientos nos gustaría agregar el siguiente, es
justamente a partir de la transición que se generan una serie de estructuras
tipo espacios abiertos (e.g., grietas de tensión) donde la carga metalífera
puede ser descargada. No queremos decir con esto que no se puedan depositar
importantes masas minerales en un fábrica dúctil (de hecho sí ocurre) sino que
las mejores perspectivas se dan en la concurrencia de condiciones frágiles y
dúctiles.
Las morfologías más comunes en zonas de cizalla
(transición dúctil-frágil) son las siguientes (Hodgson, 1989):
1) Fracturas de cizalla:
venas centrales (por dilatación de cizallas C) y oblicuas (por dilatación de cizallas
P) (Fig. 7).
2) Fracturas de extensión:
grandes venas extensionales; grietas de tensión en échelon (Fig. 8).
3) Fracturas de extensión
y cizalla: venas tipo "leather
jacket" (venas centrales con envoltura de grietas de tensión);
venas ciempiés ("centipede veins")
(combinación venas de extensión-cizalla oblicua) (Fig. 8).
Fig. 7: Rasgos estructurales de una zona de cizalla y algunos tipos
filonianos asociados, en relación con el elipsoide de deformación. Hodgson
(1989).
Fig. 8: Diversos arreglos de
filones en zonas de cizalla. Hodgson (1989).
Consideraciones finales sobre fallas y yacimientos: la
exploración
La exploración de yacimientos es una de las labores más
arduas y poco reconfortantes en términos de la relación éxito/fracaso. No
obstante, es una actividad que se ha desarrollado, se desarrolla y se
desarrollará en el futuro, por dos razones fundamentales: 1) porque los metales
tienen un valor económico y son necesarios para el desarrollo de los países, y
2) porque a pesar de que los fracasos superan a los éxitos, estos últimos
compensan con creces a los primeros. La exploración de yacimientos requiere de
planteamientos geológicos. Cualquiera puede determinar una anomalía de color
(gossan, zona de alteración) en el campo o en una imagen satelital. Por el
contrario, sólo un geólogo puede entender la geología de una zona y aplicar ese
conocimiento a la prospección de yacimientos minerales. La era de los grandes
descubrimientos de yacimientos aflorantes está finalizando, hoy más que nunca
se requiere de la visión geológica de los problemas para la búsqueda de masas
ocultas de mineral. De alguna manera el factor "suerte" siempre será importante en exploración, sin
embargo, una compañía no puede basar su estrategia en ello.
Nos gustaría terminar este manual resumiendo a manera de
un decálogo lo que creemos son los los puntos esenciales a considerar en un
campaña de exploración:
1) Las
zonas extensionales son las más favorables para el desarrollo de
mineralizaciones. La extensión genera espacios, la compresión los sella. Esto
tiene dos consecuencias, ahí donde se generan espacios los fluidos podrán
circular con mayor facilidad y las masas minerales serán mayores.
2) Las
fallas y estructuras asociadas cumplen dos roles principales en la formación de
yacimientos: actúan como canales de migración de los fluidos hidrotermales y
albergan a las mineralizaciones.
3) La
determinación del sentido de movimiento de una falla
individual o zona de cizalla es vital para predecir la presencia de zonas en
extensión. Por ejemplo, el determinar la presencia de un duplex no es un hecho
significativo si no entendemos las condiciones mecánicas interiores de éste, y
para entender ésto, necesitamos saber cual es el movimiento de la falla
principal y del sistema imbricado.
4) Las
fallas rara vez presentan "un" solo sentido de movimiento. Por ejemplo,
una falla puede haber jugado primero como inversa y luego como falla normal. Un
duplex puede haberse originado como una estructura compresiva y luego haber
pasado a condiciones extensionales. Para ello hay que "leer" en la falla su historia
cinemática. La utilización de software "especializado"
puede llevar a grandes errores si no se conoce previamente, y con precisión,
cual es la historia cinemática de una falla o zona de falla. Al respecto dos
corolarios: a) el software es tan bueno o tan malo como su usuario; b) el
software no substituye a un geólogo de campo.
5) Independientemente de
la escala (desde la microscópica a la regional), las
fallas pueden presentar localmente zonas extensionales y compresionales.
Esas zonas están relacionadas directamente con las curvaturas (inflexiones) o
saltos de las fallas. Las estructuras que nos interesaran serán aquellas tipo
abanicos imbricados (cola de caballo), inflexiones, saltos, duplexes (lazo
sigmoide; flor negativa), de carácter extensional.
6) El
segmento más interesante de una zona de cizalla bajo el punto de vista
económico, se encuentra desde la transición dúctil-frágil hacia superficie. Es
ahí donde se generan los espacios y estructuras discretas donde mejor puede ser
precipitada la carga mineral.
7) Las
zonas de cizalla pueden tener una larga y compleja historia. La
superposición de una fábrica frágil a una fábrica dúctil es un fenómeno
relativamente normal por alzamiento tectónico del bloque en cuestión durante la
evolución del proceso. El encontrar estructuras frágiles (e.g., fallas,
brechas) superpuestas a una fábrica dúctil (e.g., milonitas) es el mejor
indicativo de que ha ocurrido este proceso.
8) La exploración
de yacimientos tiene que estar basada, antes que nada, en el
conocimiento de la geología local o regional de una zona. La determinación de
la estructura es a su vez un requisito esencial para entender la geología. Dado
que las fallas juegan un rol principal en la formación de un gran número de
mineralizaciones hidrotermales, el entender como funcionan éstas resulta vital.
9) No
existen fallas "buenas" o fallas "malas", en general
todas presentan sectores más favorables y menos favorables para el desarrollo
importante de masas minerales.
10) Si la evidencia de
campo contradice los planteamientos teóricos iniciales, substituya
la teoría, lo opuesto garantiza el desastre.
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