El área de Geología del Centro de Investigaciones Minero Metalúrgica (CIMM), de la Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL), realiza estudios de fenómenos geológicos hidrotermales, magmáticos y metafóricos para recoger fluidos que se encuentran atrapados dentro del mineral.
El director del CIMM, Ing. Teófilo Meneces, señala que la Geología es una rama de la ciencia enfocada en el estudio de la Tierra, sus materiales, las estructuras que la componen y los procesos que la han moldeado a lo largo del tiempo para extraer fluidos contemporáneos con la formación de rocas. Las muestras de estos fluidos quedan atrapadas en pequeñas cavidades o lagunas mencionadas de cristalización, la mayoría menores de 100 ppm (partes por millón) conocidas como inclusiones fluidas.
Por lo que, con el empleo de nuevas tecnologías, en el campo de la exploración geológica para minería, constituye uno de los objetivos más importantes del Centro de Investigación Minero Metalúrgico, que cuenta con una unidad equipada con instrumentos científicos especializados que permiten analizar y comprender mejor las muestras de roca y minerales.
Entre estos se encuentra el de microtermometria para el estudio de inclusiones fluidas que tiene un rol fundamental en el área de investigación porque permite realizar estudios de inclusiones fluidas que se encuentran atrapados dentro de un mineral con estructura cristalina, estimando la temperatura a la cual fueron atrapadas en minerales transparentes y opacos.
La microtermometría de inclusiones fluidas es la base de la aplicación de técnicas analíticas “avanzadas” o trazadoras del origen de los fluidos, es una técnica analítica que permite determinar ciertas variables fisicoquímicas básicas, con aplicación tanto para el campo académico acerca de los fluidos mineralizantes de numerosas tipologías de yacimientos mineros.
Inclusiones fluidas
Cuando queda en un mineral atrapado un fluido a alta temperatura y se enfría, se produce una contracción mayor en el líquido que en el mineral encajante, por lo que se crea un vacío que es ocupado por el vapor saturante de la solución aprisionada. La burbuja va evolucionando desde la temperatura de atrapamiento hasta la temperatura ambiental. En consecuencia, Sorby (1858) propuso que se podría calcular la temperatura de atrapamiento calentando la inclusión y viendo cuándo desaparece la burbuja.
En este sentido es digno de destacar la labor de recopilación de artículos sobre inclusiones en minerales y rocas llevadas a cabo por Roedder (USA) y Kozlowski (Polonia), desde 1968 hasta la actualidad.
Microtermometría
El equipo que forma parte del área de Geología del CIMM permite determinar la temperatura a la cual fueron atrapadas las inclusiones fluidas en minerales transparentes y opacos. Dichas inclusiones contienen pequeños volúmenes de “paleo-fluido” desaparecidos entre miles a millones de años y que preservan el estado físico-químico de éstos en un instante determinado de la evolución del sistema.
En Bolivia existe un número muy limitado de equipos de microtermometría que permiten realizar estudios de inclusiones fluidas, pero ninguno con capacidades técnicas para calentamiento a altas temperaturas (~1400ºC) como el que se tiene en el Centro de Investigación Minero Metalúrgico.
Microtermometría
Para la obtención de datos microtermometricos de fluidos mineralizantes de muestras geológicas, el CIMM tiene un equipo con los siguientes componentes.
a. Microscopio de luz reflejada (ZEIZZ Imager.Z2m).
b. Platina Linkam con control de temperatura y ambiente de -195 °C a 600 °C.
c. Platina Linkam con control de temperatura y ambiente de hasta 1500 °C.
d. Controlador Linkam.de temperatura LNP95.
e. Controlador Linkam de platinas T95-LinkPad.
Microscopio de luz reflejada y transmitida ZEISS IMAGER Z2m.
El microscopio de luz reflejada y transmitida zeizz Imager.Z2m se utiliza para la investigación de materiales que corresponde a un sistema de microscopio abierto para el análisis automatizado de materiales que nos brinda resultados reproducibles con estabilidad en captura de imágenes o estudios dependientes del tiempo como las inclusiones fluidas, de alto rendimiento óptico en campo claro y oscuro conectado a componentes de aplicación específicas.
Con el software ZEN core y las platinas de calentamiento LINKAM se define calentamientos o refrigeración, obteniendo un registro de información relativa a la temperatura.
La platina de calentamiento y congelación THMS600 de Linkam Scientific, es una incorporación excepcional a la categoría de platinas de calentamiento, porque realiza un control preciso de la temperatura, lo que permite calentar y congelar muestras de manera eficiente.
Con su construcción robusta y tecnología avanzada, el THMS600 ofrece confiabilidad y un buen rendimiento.
Su interconexión y su software fácil de usar hacen que la programación y el monitoreo de los cambios de temperatura en tiempo real sean muy sencillos, garantizando precisión y consistencia, constituyéndose por lo tanto en una herramienta excelente para investigadores y científicos geólogos.
Asimismo, con un rango de temperatura desde el ambiente hasta los 1500 °C, la platina TS 1500 es ideal para el estudio de rocas de alta temperatura tanto a altas como a bajas velocidades de calentamiento.
En tanto que el sistema de refrigeración LNP95, es un diseño patentado totalmente único. El control preciso del flujo de nitrógeno líquido permite controlar etapas específicas a velocidades de refrigeración lineales tan rápidas como 100 °C/min o tan lentas como 0,01 °C/min. El LNP95 tiene dos bombas patentadas en el interior que se controlan automáticamente mediante el controlador T95. Un sistema de refrigeración consta de la unidad de control que alberga las bombas y un enfriador de dos litros.
Asimismo, los controladores T95 son de sistema Linkam completos capaces no solo de controlar con precisión la temperatura, sino también de mover motores paso a paso, mostrar datos de transductores de fuerza de alta resolución, sensores de humedad, sensores de gas y transmitir datos a una señal de video en vivo.
Se puede acceder al sistema operativo a través del software LINK o del’LinkPad’ (una pantalla táctil ergonómica) que permite al operador ingresar rápidamente parámetros experimentales para la etapa caliente.
Inclusiones fluidas
El estudio de las inclusiones fluidas (IF) proporciona una técnica valiosa, muy versátil, para determinar temperatura, presión, densidad y composición de los fluidos en los procesos geológicos involucrados.
Las inclusiones fluidas son usadas para estimar la temperatura de formación del mineral con diferentes niveles de precisión dependiendo del tipo de IF presentes en la muestra.
Los datos obtenidos proveen información con respecto a la mínima temperatura de formación del mineral. Esta aplicación consiste en apreciar la contracción diferencial por enfriamiento natural del mineral hospedante y del fluido desde la temperatura de entrampamiento (Te) hasta aquella temperatura de observación (temperatura ambiente).
Durante este proceso el fluido se contrae mucho más que el mineral hospedante generándose una burbuja en el fluido. Entonces es necesario revertir el proceso por calentamiento de la muestra hasta que la burbuja desaparece (el fluido homogeniza).
Esta temperatura se denomina temperatura de homogenizacion (Th). En este punto se obtiene la temperatura a la cual la burbuja apareció por primera vez en su historia geológica. Las temperaturas medidas pueden variar entre aquellas mayores a 1000ºC (obtenidas para muchas de las inclusiones silicáticas) y la temperatura ambiente o aún más bajas.
El estudio de las inclusiones fluidas brinda información sobre la presión del sistema en el momento de entrampamiento. Se utilizan vanos procedimientos basados en datos experimentales de las propiedades termodinámicas de fluidos similares, y en general proveen información sobre la presión mínima de formación de la inclusión.
Las presiones determinadas a partir de las IF se interpretan como representativas de la presión litostática o hidrostática del sistema. La presión local en el momento del entrampamiento se considera hidrostática ya que es una presión de fluidos.
Densidad y Composición
Una de las aplicaciones comunes del estudio de IF es la determinación de la salinidad de los fluidos acuosos responsables de la precipitación mineral, se tienen varias técnicas para la obtención de información cualitativa, semicuantitativa y aún cuantitativa sobre la composición de las inclusiones que incluyen la identificación y determinación de la concentración de los principales iones presentes en la solución.
En general en las IF se encuentran líquidos de baja viscosidad y una burbuja de gas o vapor. En la mayoría de los casos el líquido es una solución acuosa con menos del 10% en peso de solutos, estas concentraciones varían entre 50% y prácticamente 0%.
Los solutos consisten en Na, Cl, K, Ca, Mg, y S04 y en menor proporción otros iones. La presencia de C02 y C líquidos o gaseosos es común y en algunos ambientes pueden ser los más abundantes. Si el fluido entrampado es una solución acuosa, la burbuja generada por contracción diferencial será vapor de agua, si el fluido era originalmente homogéneo en el momento del entrampamiento con gases altamente comprimidos y disueltos en el líquido, la burbuja será probablemente de gas.
También puede ocurrir que fluidos homogéneos en el momento de entrampamiento se separen en dos fluidos inmiscibles durante el enfriamiento, generando IF con la burbuja de contracción y dos fluidos inmiscibles.
Algunos autores denominan a estas inclusiones trifásicas, aunque el término designa en sentido estricto inclusiones formadas por tres fases (líquido, vapor y sólido).
Si el fluido entrampado estaba sobresaturado en una sal soluble (NaCl o KCl), al enfriarse desde la temperatura de entrampamiento hasta la temperatura ambiente, la sal cristalizará formando uno o varios cristales de silvita, que se denominan cristales hijos.
Inclusiones fluidas
El estudio de inclusiones fluidas es aplicado a:
- La exploración minera y en estudios metalogenéticos.
- En gemología, en la exploración de los depósitos de gemas, en la identificación de ellas y en el reconocimiento entre piedras preciosas naturales y sintéticas.
- En estratigrafía y sedimentología se utiliza para reconocer sistemas diagenéticos, analizar la evolución de la porosidad (reducción y/u oclusión).
- En la búsqueda de petróleo. Ayuda a mejorar la interpretación de la migración de los hidrocarburos. Las inclusiones conteniendo hidrocarburos y/o agua proveen información sobre la tectónica y la evolución de la temperatura y presión de las cuencas petrolíferas antes, durante y después de la migración de los hidrocarburos.
- En los sistemas geotermales activos pueden guiar las perforaciones facilitando datos sobre temperatura en profundidad. Estos datos son útiles tanto en las etapas de exploración como durante el desarrollo de un campo geotermal.
Muestras de estudio
El mineral más utilizado para el estudio de IF es el cuarzo, debido a que está presente en la mayoría de los depósitos minerales.
En depósitos hidrotemales además del cuarzo se estudia también en fluorita, calcita y baritina, como en minerales no translucidos como esfalerita, scheelita, pirita y casiterita; pueden servir para determinar la composición y la temperatura de los fluidos responsables de la mineralización de mena. Otros minerales empleados en los estudios de IF son apatita y dolomita.
Platina Linkam con control de temperatura y ambiente de 195 oC a 600 oC.
Platina Linkam con controles temperatura y ambiente de hasta 1500 oC.