1. Introducción

Definición \ Abundancia normal de los elementos en la corteza terrestre \ Concepto de la herencia \ Clasificación de los minerales económicos \ Fases en la vida de una mina \ Objetivos de prospección y exploración \ Método geológico \ Método geoquímico \ Métodos geofísicos: Campo de aplicación - Historia \ Remote Sensing \ Prospección geotermal \

Definición: Exploración y Prospección

Según el 'Dictionary of Geological Terms', (BATES & JACKSON, 1984) exploración designa la búsqueda de depósitos de minerales útiles o de combustibles fósiles. En este diccionario no se distingue entre exploración y prospección. El término 'minerales útiles' se refiere a minerales económicamente valiosos. Algunos autores como HARTMAN (1987) diferencian exploración y prospección en lo que concierne su objetivo y a partir de este el principio de trabajo aplicado: el objetivo de la prospección es el reconocimiento general de un yacimiento mineral, la exploración está enfocada en un reconocimiento detallado del depósito mineral.

Modelos de depósitos minerales y de depósitos de combustibles fósiles igualmente se basan en las asociaciones minerales esperadas en distinta profundidad. Los guías a los depósitos minerales, los remanentes alteradas descubiertas en la superficie terrestre pertenecen a un sistema de entropía (grado de desorden o grado de mezcla) mayor en comparación al modelo. El modelo ubicado en cierta profundidad no aparece en la superficie terrestre hasta que recibe un impacto del ambiente superficial reciente. 

 

Abundancia normal de los elementos en la corteza terrestre

A menudo se comparan la búsqueda de un depósito mineral con la búsqueda de una aguja adentro de un montón de heno. En el este de Canadá por ejemplo la probabilidad de descubrir un yacimiento mineral favorable para desarrollarlo es 1:1000 según una revista minera canadiense del año 1980 (The Mine Development Process, Anual Report, Placer Development Ltd., Vancouver, BC Canada, 1980).

En base de la abundancia normal de los elementos en la corteza terrestre se define el factor de enriquecimiento (concentration clarke en inglés) como el factor, conque se debe multiplicar la abundancia normal de un elemento (the clarke) en la corteza terrestre para obtener una concentración económicamente explotable. El cuttoff grade para un elemento (el límite inferior de la gestión económica) designa la concentración mínima de la mineralización, que todavía se puede explotar económicamente. Con el cuttoff grade variándose por la situación económica mundial o por otros factores variaría el factor de enriquecimiento asimismo. La abundancia normal de varios elementos químicos en la corteza terrestre,  se hallan en la tabla: 'Abundancia normal de los elementos químicos en rocas de la corteza terrestre', los cutoff grades y factores de enriquecimiento para algunos elementos químicos se encuentran en la tabla: 'Factores de enriquecimiento de algunos elementos' en el capítulo 'Método geoquímico'.

 

Concepto de la herencia

De vez en cuando durante la historia geológica los componentes de rocas y depósitos minerales entran en ambientes nuevos, donde algunos de sus aspectos se mantienen y donde algunas de sus propiedades mineralógicas cambian debido a las nuevas  condiciones geoquímicas. En este sentido las rocas y los depósitos minerales llevan una herencia. La presencia de una herencia y de una roca de partida es obvia en los depósitos de placeres, en depósitos supergénicos de sulfuros y en depósitos de uranio del tipo 'roll-front'. El término 'roll-front' se refiere a depósitos de forma curvada, no concordantes con respecto a las capas, que los albergan. En el caso de los depósitos de uranio de este tipo las rocas encajantes generalmente son areniscas. El uranio se disuelve debido a procesos de corrosión, es transportado y migra hacia abajo en los estratos de areniscas, donde el uranio se redeposita.

Haga clic en el pictograma siguiente para recibir más informaciones acerca de los depósitos de uranio del tipo 'roll-front'.

Debido a los varios procesos geológicos, que pueden afectar una asociación de minerales generalmente la presencia de una herencia no es tan obvia como en este ejemplo arriba presentado. El depósito de plomo de Midbladen en Marocco da un ejemplo para una herencia menos evidente. Se constituye de zonas de galenita diseminada, de galenita diseminada y barita densa ubicada en cuerpos estratiformes de margas y pelitas del jurásico, de galenitas en vetas y de un conglomerado cretácico con 'pebbles' de barita. Las fases sucesivas de mineralización fueron confirmadas claramente por medio de estudios de los isótopos de plomo. En base de los estudios estratigráficos y estructurales los científicos pensaron, que la mineralización la más antigua proviene del Lias, pero estudios isotópicos indican, que probablemente se deriva de una mineralización aun más antigua (fig. en prep.).

 

Clasificación de los minerales económicos

La clasificación siguiente de los minerales económicos se basa en su componente esencial y en su aplicación:

  1. Menas metálicas
  2. Depósitos no metálicos
  3. Material energético

1. Menas metálicas incluyen

2. Depósitos no metálicos son:

3. Material energético incluye

 

La prospección y la exploración como fases en la vida de una mina

 Se puede comparar las etapas de trabajo en una mina con las fases en la vida de una mina. Se distingue cuatro fases:

  1. Prospección
  2. Exploración
  3. Desarrollo
  4. Explotación

La exploración y la prospección son fases estrechamente ligadas y a veces se las combinan, a menudo los geólogos se ocupan de ellas. El desarrollo y la explotación son las fases, que en general los ingenieros de minas realizan. Las fases están descritas en la tabla siguiente.

Tabla: Fases en la vida de una mina según HARTMAN (1987)

Fase Procedimiento

Intervalo de tiempo en años

Costos por tonelada

1. Prospección Búsqueda de menas

Métodos de prospección: Directo - física, geología. Indirecto - geofísica, geoquímica.

Localización de lugares favorables: Mapas, publicaciones, minas antiguas y presentes.

Aire: Fotos aéreas, imágenes de satélite, métodos geofísicos.

Superficie: Métodos geofísicos y geológicos.

Anomalía - Análisis - Evaluación.

1-3

2-50¢US

2. Exploración Dimensión y valor del depósito mineral

Muestreo: Excavación, roza, sondeo.

Assay test - cálculo de grado.

Evaluación: Hoskold formula, discount method, estudio de factibilidad.

Valor actual = rendimiento - costos.

2-5

1¢-1¢US

3. Desarrollo Depósito mineral abierto para la producción
  1. Derechos de minería
  2. Estudio del impacto de minería al medio ambiente
  3. Infraestructura
  4. Planta
  5. Explotación

2-5

25¢-5$US

4. Explotación Producción de las menas

Factores, que influyen la selección del método aplicado son geología, geografía, economía, medio ambiente, aspecto social, seguridad.

Métodos mineros son entre otros explotación a cielo abierto, open pit, open cast; explotación a grandes cortes, a cortes con hundimiento.

Monitor costs y reserva económica para 3 a 10 años.

10-30

2-100$US

En la primera fase, en la prospección se quiere lograr un reconocimiento general del área de interés, localizar una anomalía con las propiedades de un depósito mineral y reducir su tamaño. La prospección está enfocada en la búsqueda de las menas ubicadas relativamente cerca con respecto a la superficie aplicando los métodos directos e indirectos de prospección. Para la localización de un depósito mineral se aplica las fotos aéreas y las imágenes de satélite del área en cuestión, la topografía y los mapas estructurales correspondientes. Directamente se levanta y analiza los afloramientos de un depósito mineral y/o las rocas meteorizadas y/o alteradas, que pueden originar de un yacimiento mineral. En casos más complejos se lleva a cabo un levantamiento de la geología del área de interés como de las formaciones geológicas, de sus dimensiones y de su estructura. Se toma distintos tipos de muestras (método indirecto) como del agua de río, del suelo, de plantas o de rocas y se aplica en ellas los análisis del laboratorio adecuados como los análisis químicos en muestras de agua, los análisis petrográficos (por un micropolariscopio) y geoquímico (por ejemplo el análisis de fluorescencia de rayos X o el análisis por la espectrometría de absorción atómica) en muestras de rocas por ejemplo para obtener informaciones acerca de la calidad, la cantidad y la distribución de los elementos y/o los minerales de interés y acerca de la génesis de la mineralización. Estos métodos también pueden dar resultados en el caso de depósitos minerales descubiertos por ejemplo por una capa de aluviones.

Los métodos indirectos abarcan los métodos geofísicos y los métodos ya mencionados como el 'remote sensing', el muestreo y los métodos geoquímicos. Los métodos geofísicos sirven para detectar anomalías geofísicas, que pueden ser originadas por depósitos minerales. Los métodos geofísicos en parte son adecuados para el uso aéreo, superficial y subterráneo, como el método magnético, y se puede aplicarlos a partir de la superficie terrestre, a partir del mar o en una mina como el método sísmico.

La segunda fase, la exploración está enfocada en un reconocimiento detallado del depósito mineral descubierto en la fase de prospección. Ahora se delinean las dimensiones exactas y el enriquecimiento del depósito mineral principalmente por medio de los mismos métodos aplicados en la prospección, pero en un área reducida y claramente definida. Se realizan sondeos y mediciones geológicas y geofísicas en los pozos generados (borehole-logs). Se toman muestras representativas (esquirlas de la superficie, a lo largo de excavaciones, túneles o de perforaciones, rocas compactas) a través de una red de muestreo con espaciamiento mucho más angosta como aquel establecido en la prospección y se las analizan. Los métodos de exploración se aplican en la superficie y en el subterráneo. La fase de exploración se termina con un estudio de factibilidad ('feasibility study') en base del conjunto de datos obtenidos en las dos fases. A partir del estudie de factibilidad se puede decidir si se continuará con el desarrollo y la explotación del depósito mineral o si se abandonará este proyecto.

En efecto no existe un limite claramente definido entre la prospección y la exploración, y muchos autores utilizan los dos términos como sinónimos. Las fases del desarrollo y de la explotación son caracterizadas detalladamente en otras asignaturas.

El siguiente diagrama corriente ilustra las vías de decisión posibles durante una campaña de prospección y exploración.

En este diagrama se aprecia, que la prospección apunta a un reconocimiento general de una región y que en la exploración se enfoca una investigación encauzada de un área claramente definida y más reducida con respecto al área cubierta en la prospección. En la prospección se desarrolla una estrategia (fases estratégicas), la exploración está caracterizada por las fases tácticas. Cada fase resulta en una evaluación del proyecto y con la decisión de continuar o terminarlo (de la evaluación regional a la evaluación del depósito mineral). Los varios tipos de decisiones se puede clasificar como sigue en decisiones:

En un proyecto complejo se toman las decisiones por computadores y por métodos especiales como 'the critical path method' (CPM).

Diagrama corriente en preparación.

 

Objetivos de prospección y exploración

El primero objetivo de la prospección es la localización de una anomalía geológica con propiedades de un depósito mineral, un objetivo común de la prospección y de la exploración es la reducción del área de investigación. Comúnmente las áreas en consideración se disminuyen de 2500 - 250.000km2 en la primera fase a 2,5 - 125km2 en la segunda fase y la tercera fase a 0,25 - 50km2 en la ultima fase (BAILLY, 1966). Un otro objetivo común consta en aumentar las ventajas del área prometedora con respecto a su explotación rentable, como por ejemplo ocuparse de un camino de acceso transitable y de un peritaje del medio ambiente. La exploración se finaliza con el estudio de factibilidad.

En lo siguiente se caracterizará los métodos de prospección/exploración como el método geológico, los métodos geofísicos y geoquímicos y el 'remote sensing'.

 

Método geológico

El método geológico es un método directo de prospección o exploración respectivamente (levantamiento geológico y estructural en el terreno) y la base para todos los demás métodos. Se constituye del levantamiento geológico y estructural de la superficie, de los afloramientos y como posible del subsuelo (sondeos, minas) en el área de interés. El levantamiento geológico en el terreno está apoyado por los análisis petrográficos, mineralógicos y geoquímicos en el laboratorio y por estudios estadísticos de los datos estructurales obtenidos en terreno. Por medio del método geológico se logra un reconocimiento de un depósito mineral en lo que concierne su estructura, su petrografía y mineralogía y los procesos de formación del mismo.

En la prospección geológica una clasificación de los depósitos minerales es indispensable. La clasificación siguiente (Fig. LEWIS & CLARK, 1964) se basa en aspectos genéticos y económicos. En esta clasificación se supone un origen magmático de los minerales. Se distingue los depósitos minerales primarios, generados directamente por el magma, los depósitos minerales secundarios formados por procesos de alteración, meteorización química y mecánica y los depósitos minerales metamórficos, que se deben a un proceso de metamorfismo.

 

Para ver los depósitos minerales primarios, secundarios y metamórficos en detalle haga clic en el pictograma correspondiente.

 

Los depósitos minerales singenéticos se forman simultáneamente con las rocas encajantes, los depósitos minerales epigenéticos se forman después de la formación de las rocas de caja.

CALLAHAN (1982) nombra algunos ambientes muy prometedores para el descubrimiento de un depósito mineral como discordancias erosivas, intrusiones, zonas de enriquecimiento y de alteración, zonas de cabalgamiento, donde placas tectónicas chocan, además depósitos estratiformes en vulcanitas y rocas sedimentarias y la superficie límite entre el fondo de mar y el océano (lomos oceánicos).

 

Método geoquímico

El método geoquímico es un método indirecto de prospección y se ocupa de la determinación de la distribución y de la abundancia de ciertos elementos como los elementos indicadores y los elementos exploradores relacionados con un depósito mineral. Una anomalía geoquímica se refiere a una variación en la abundancia de un elemento en comparación a su abundancia normal en un área definida. Una anomalía geoquímica puede ser relacionada o no con un depósito mineral.

Para un reconocimiento geoquímico general se toman las muestras a través de una red de muestreo irregular o de espaciamiento grande y analizan muestras de sedimentos de ríos, de suelos y de rocas, en casos especiales se trabajan con muestras de vapor, vegetación y agua. Según los objetivos (¿De qué muestras se trata? ¿Cuáles son los minerales/elementos de interés?) se elige el método analítico adecuado como por ejemplo la espectrometría de absorción atómica para analizar muestras de agua con respecto a su contenido en Cu, Mo, Zn, Au, Ag, As, F, el análisis de fluorescencia de rayos X para obtener el contenido en óxidos de elementos de la roca entera. Los resultados se presentan en un mapa o un perfil geoquímico por medio de isolíneas o es decir de líneas, que unen los puntos o lugares de la misma concentración de un elemento.

En la prospección geobotánica, que usualmente se considera como una parte de la prospección geoquímica se estudian la distribución y la asociación de plantas y variaciones en el crecimiento vegetal.

También la geozoologia, que se ocupa de la observación y del análisis del muestreo de mamíferos, aves, peces e insectos puede contribuir al reconocimiento de un área mineralizada.

 

Métodos geofísicos

Los métodos geofísicos son métodos indirectos de prospección o exploración respectivamente. Por medio de los métodos geofísicos se puede identificar una anomalía geofísica. El término anomalía geofísica se refiere a una propiedad física de la tierra, que en un volumen definido difiere apreciadamente con respecto a su valor común o normal correspondiente a esta área. En un caso favorable una anomalía geofísica corresponde a un depósito mineral. Una anomalía de gravedad puede ser causada por ejemplo por un depósito mineral de cromita o por un cambio lateral en la litología de una arenisca a una dunita (Fig. en preparación). Si la anomalía geofísica detectada por un método geofísico está relacionada con un depósito mineral o con un otro fenómeno geológico o físico, se comprueba aplicando otros métodos de prospección como otros métodos geofísicos, el método geológico y el método geoquímico.

Un requisito para el uso eficaz de los métodos geofísicos es la presencia de diferencias mensurables entre las propiedades físicas del depósito mineral y las rocas encajantes.

La selección del método y de los métodos más convenientes para un área de interés, donde se presumen la presencia de un depósito mineral, se funda en todos los datos ya disponibles como los datos geológicos y físicos, en el consumo de tiempo y en los costos y depende del avance del proyecto. En la primera fase del proyecto se prefiere los métodos geofísicos, que contribuyen al reconocimiento general de un área de interés, como los métodos aéroportados, en una fase más avanzada se aplica los métodos a partir de la superficie y del subsuelo y aquellos, conque se puede delinear el depósito mineral ya descubierto como por ejemplo el método gravimétrico.

Los resultados de las mediciones geofísicas o es decir las variaciones encontradas de una cierta propiedad geofísica se ilustra por medio de mapas y perfiles. Estableciendo una red de estaciones de observación o trazando varios perfiles paralelos se puede lograr un modelo tridimensional del subsuelo.

La tabla siguiente da una compilación de los métodos geofísicos principales de prospección, de sus parámetros importantes, las propiedades físicas mensurables, las causas principales para las anomalías, la eficaz de los métodos, sus costos y los métodos de interpretación correspondientes a cada método.

Tabla en preparación

 

Campo de aplicación

Desde su introducción en los años 1920 los métodos geofísicos y entre ellos los métodos sísmicos jugaron un papel muy importante en la exploración del petróleo y de gas. Con respecto a la minería la aplicación de los métodos geofísicos da resultados exitosos en la localización de dos tipos de depósitos minerales: depósitos minerales de sulfuros, sean macizos o diseminados y depósitos de hierro. Además se exploran otros depósitos por los métodos geofísicos como depósitos de oro y de cromita pero con menos éxito.

Un depósito de sulfuros macizos de cinc, plomo y cobre que se constituye principalmente de calcopirita, pirita, esfalerita y galenita (según EVANS, 1992) está caracterizado por alta conductividad, alta densidad y frecuentemente por alta susceptibilidad magnética debido a la presencia de magnetita como mineral huésped. Los métodos electromagnéticos, de resistividad y de polarización inducida, el método gravimétrico y el método magnético son los métodos geofísicos más aptos para detectar y delinear este tipo de depósito.

La polarización inducida es el método más potente para descubrir los pórfidos cupríferos y de molibdeno con la asociación de minerales metálicos de calcopirita, calcosina, bornita, molibdenita y pirita.


 

Los depósitos de hierro de importancia económica se constituyen de magnetita y hematita. La magnetita tiene la susceptibilidad magnética más alta con respecto a todos los minerales y su presencia en un depósito mineral de hierro favorece la aplicación del método magnético. La hematita es de susceptibilidad magnética mucho menor, pero a menudo esta relacionada genéticamente o estratigráficamente con unidades litológicas con un contenido apreciable de magnetita. En estos casos el método magnético sirve también para detectar la hematita. En los pórfidos cupríferos del tipo diorita magnetita representa un mineral abundante, cuya alta susceptibilidad magnética se puede aprovechar para detectar el depósito mineral aplicando el método magnético.

Estos ejemplos ilustran el principio de la asociación. En el caso que la ganga o un mineral de interés subsidiario de un depósito mineral se puede detectar de manera más clara, primero se localizan la ganga o el mineral subsidiario para luego descubrir el depósito mineral.

El acceso a los depósitos macizos de sulfuros poli metálicos ubicados en chimeneas volcánicas en el fondo del mar todavía es difícil y requiere el desarrollo de nuevos técnicos mineros y del transporte.

 

Historia de los métodos geofísicos de prospección

Alrededor de 1640 la brújula magnética fue usada en la búsqueda de hierro. Como primero instrumento especialmente apto para la exploración aproximadamente 110 años atrás apareció la brújula minera de sueca, cuya aguja magnética está suspendida de tal manera, que puede rotar alrededor de su eje horizontal y de su eje vertical. Entre 1915 y 1920 entre varios instrumentos para la prospección magnética Adolf SCHMIDT desarrolló el variómetro, que lleva su nombre y que todavía ocasionalmente está en uso. La Segunda Guerra Mundial empujó el desarrollo de los magnetómetros aéroportados basándose en el principio electromagnético, puesto que los utilizaron para la detección de submarinos. Después de la guerra los magnetómetros aéroportados estuvieron disponibles para la exploración. El magnetómetro nuclear apareció en 1955, el magnetómetro de absorción atómica (con vapor de cesio y rubidio) en 1961 y entre 1960 y 1970 el gradiómetro magnético aéroportado.

En 1815 Robert Fox descubrió, que algunos minerales exhiben polarización espontánea. Un siglo más tarde en 1913 Carl SCHLUMBERGER podia localizar un depósito de sulfuros aplicando este método. Además introdujo los métodos de resistividad y de la línea equipotencial aptos para aplicaciones en el terreno. Durante la tercera década de este siglo 20 (1920 30) las configuraciones de electrodos múltiples fueron aplicadas en la prospección y Hans Lundberg introdujo los métodos electromagnéticos, que alrededor de 1947 fueron adaptados para ser usados en aviones. Después de la Segunda Guerra Mundial los métodos magnetotelúricos y de la polarización inducida aparecieron, además en este tiempo se registra avances grandes en los métodos de interpretación, en particular con respecto a los métodos magnéticos y electromagnéticos.

El origen de los métodos sísmicos aplicados en la exploración como los métodos de refracción y de reflexión es la sismología o es decir la observación de las ondas sísmicas generadas por un terremoto. Los tiempos de llegada de las primeras ondas sísmicas generadas por un terremoto y detectadas en varios observatorios sismológicos se utilizan para localizar el epicentro del terremoto (proyección del hipocentro ubicado en la corteza terrestre a la superficie terrestre, el epicentro se ubica en la intersección del radio, que pasa por el hipocentro, con la superficie terrestre) y para hallar el tiempo de origen de este terremoto. En base de estas informaciones se puede presentar la distribución de las velocidades de las ondas sísmicas en función de la profundidad de tal manera aclarando la estructura interna de la Tierra. En 1909 el sismólogo MOHOROVIVIC de Yugoslavia descubrió el límite entre la corteza y el manto, la llamativa discontinuidad de Mohorovicic o sólo Moho, que está caracterizada por un aumento apreciable en la velocidad de las ondas sísmicas p en una profundidad entre 5 (corteza oceánica) y 45 km (corteza continental). En 1913 GUTENBERG, nacido 1889 en Darmstadt/Alemania calculó el valor correcto de la profundidad del núcleo de la Tierra (2900km) con base en datos obtenidos por la sísmica de refracción.

Los métodos sísmicos de exploración fueron desarrollados a partir de la exploración petrolífera y de gas desde los años 1920. En 1923 el método de refracción fue introducido en la exploración petrolífera en México. Los métodos de reflexión se emplean rutinariamente desde 1927 en la exploración petrolífera (Maud field, Oklahoma) y ellos reemplazaron rápidamente los métodos de refracción en este campo. Desde los años 70s casi no se emplean los métodos de refracción en la exploración petrolífera.

 

Remote Sensing

'Remote Sensing' se traduzca con percepción o observación desde una distancia larga o como la observación de estructuras ubicadas en larga distancia con respecto al observador o detector respectivamente. La observación se realiza a través de un detector, que no está en contacto directo con el objeto investigado y que es sensible para las longitudes de onda electromagnética desde la parte ultravioleta del espectro electromagnético hasta la región ocupada por ondas cortas de radio.

'Remote Sensing' se ocupa de la producción, del procesamiento y de la interpretación de fotos aéreas y de imágenes de satélite. La interacción entre la energía electromagnética y la materia se determina por las propiedades físicas de la materia y por las longitudes de onda electromagnética incidente y detectada. 'Remote Sensing' se refiere a los métodos, que emplean energía electromagnética como las ondas de luz, las ondas térmicas y las ondas del radio por ejemplo. Además se aplican ondas sonoras (no son ondas electromagnéticas) en investigaciones subacuáticas.

Las fotos aéreas y su interpretación marcan los inicios de 'remote sensing'. Entre los años 1960 y 1970 las imágenes infrarrojas y la parte del espectro electromagnético ocupada por las microondas fueron introducidas. Además en esta década los primeros satélites fueron lanzados en órbitas. Hoy día las imágenes de satélite anteriormente guardadas como secretos militares son disponibles a la comunidad.

'Remote Sensing' se emplean para un reconocimiento general de un área, de las fotos aéreas principalmente se pueden deducir informaciones acerca de las formaciones geológicas, que afloran en la superficie terrestre y acerca de la geología estructural, las imágenes de satélite dan informaciones similares y además informaciones acerca de la composición de la materia de la superficie terrestre.

 

Prospección geotermal

Otro método de prospección aún menos común es la prospección geotermal, donde se miden el gradiente térmico de la corteza terrestre. El método es capaz de detectar una anomalía térmica, que podría ser relacionada por ejemplo con rocas volcánicas jóvenes, con fuentes termales, con magmatitas recién formadas o con zonas de alteración. Preferentemente se emplean la prospección geotermal en la búsqueda de fuentes energéticas termales.

 

Los métodos de exploración y su aplicación están compilados en la tabla siguiente.

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