13ª Processos diagenéticos Cu em sed

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Depósitos de Óxidos e Sulfetos em Ambientes Sedimentares clásticos
Diagênese: Depósitos de sulfetos de Cu, Pb, Zn estratiformes de filiação sedimentar (Kupferschieffer, Zambian Copperbelt, White Pine).
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Introdução: definições
Depósito strata-bound ou estratóide: depósito mineral confinado em uma unidade estratigráfica única, pode ser ou não concordante com a estratificação.
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Introdução: definições
Depósito estratiforme: é um tipo especial de depósito strata-bound no qual a rocha mineralizada ou constituintes de minério, constitui ou é estritamente contínua com, uma ou mais camadas sedimentares, ígneas ou metamórficas, e.g. camadas de sal ou óxidos de ferro, ou camadas ricas em cromita ou platina em complexos ígneos acamadados.
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Introdução: definições
Depósito singenético: Minerais depositados ou formados simultaneamente com as rochas encaixantes
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Introdução: definições
Depósito diagenético: formação pós-deposicional de novos minerais por reações de equilíbrio entre os constituintes originais da rocha, tanto detríticos como químicos, e gases e fluidos intersticiais provenientes da mesma seqüência sedimentar. 
Isto implica em que os elementos constituintes dos novos minerais estavam presentes na seqüência sedimentar geral na época da deposição.
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Introdução: definições
Depósitos epigenéticos: formação pós-deposicional de novos minerais, especialmente minerais de minério, por reações químicas entre os constituintes da rocha sedimentar original e soluções provenientes de uma fonte externa. 
Associado à circulação de soluções hidrotermais de origens diversas.
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Importância Econômica desses depósitos em Ambientes Sedimentares clásticos
Embora sejam poucos depósitos, seus teores consistentes e continuidade lateral tornam esses depósitos alvos muito atraentes.
Principais depósitos: Cobre , prata (USA, Polônia), chumbo (Polônia) e cobalto (África Central), ouro, urânio, platinóides e terras raras como sub-produtos.
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Importância Econômica
Contribuem com 20-25% da produção ocidental de cobre, 80% do cobalto e quantidades crescentes de prata.
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Localização dos principais depósitos
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Idade
As idades dos depósitos de sulfetos de cobre em sedimentos clásticos variam de 2000 M.a. até o presente, com concentrações maiores em torno de 2000, 1000 e 500 Ma. 2=Supercontinente do Proterozóico. 
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Idade
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos clásticos (Brown, 1993)
1.Presença de uma zona cuprífera proeminente, em que Pb e Zn podem ser abundantes, Ag e Co também podem ser economicamente importantes.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
2. Ocorrência em rochas sedimentares sem necessidade aparente de atividade ígnea contemporânea ou metamorfismo
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
3. Configuração estratiforme peneconcordante da zona cuprífera (incluindo as zonas de minério e as não – econômicas).
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
4. Notável e uniforme continuidade lateral da mineralização ao longo do acamamento sugerindo origem sedimentar.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
5. Predominância como minerais de minério de sulfetos disseminados em grãos finos, tipicamente distribuídos em concentrações bem acamadadas ao longo da rocha encaixante.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)-
6.ZONAÇÂO 
Distribuição zonada dos metais e de seus minerais de minério correspondentes.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
7. Sedimentos encaixantes ricos em M.O. ou pirita e enxofre abundante.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
8. Grande espessura de sedimentos clásticos, grossos, permeáveis imediatamente subjacentes á zona cuprífera.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
9. Associação temporal e espacial das rochas encaixantes com estratos formados em clima árido e quente (red beds e unidades evaporíticas)
Sediment-hosted stratiform copper deposits require oxidized metal source beds (red beds),
 reduced facies to serve as metal traps,
 and saline brines capable of leaching and carrying metals.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
10. Época de deposição do cobre pós-sedimentar e diagenética.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
11. Deposição do cobre a partir de soluções aquosas ricas em cloretos após cruzar o limite redox line entre as camadas red beds subjacentes e as camadas encaixantes cinza reduzidas ricas em sulfetos.
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Principais feições dos depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos (Brown, 1993)
12. Localização comum ou em geral associada a bacias rift preenchidas por estratos continentais do tipo red beds com ou sem vulcânicas bimodais.
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Características principais
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Ambiente de formação desses folhelhos negros
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Depósitos de folhelhos grafitosos no Ceará
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Seção hipotética representando a zona de mar raso onde sedimentou a subunidade Aracoiába e a zona de mar profundo com a sedimentação das subunidades Baturité I e II. Segundo Paulo Roberto Pizarro Fragomeni (2011)
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Kupferschiefer
Sedimentos do Permiano 
da Europa Central e Ocidental
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Depósito Cu-Pb-Zn tipo Kupferschiefer
=Folhelho cuprífero)
Associado a folhelho dolomítico betuminoso, preto, de origem marinha que ocorre em uma camada com menos de 1m de espessura distribuindo-se por toda a regiao norte da Europa. Ele tem sido minerado em Mansfeld, Alemanha por quase 1000 anos.
A camada Kupferschiefer engloba aproximadamente 600 000 km2 na Alemanha, Polônia, Holanda e Inglaterra.
 Embora o nome seja folhelho cuprífero, ele tem altas concentrações de Pb+Zn 
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Extensão da transgressão marinha Zechstein que depositou as camadas Kupfershiefer
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Kupferschiefer: Extensão da transgressão marinha Zechstein que depositou as camadas Kupfershiefer
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Kupferschiefer-Ambiente de deposição
Os folhelhos cupríferos depositaram-se discordantentemente sobre arenitos de cores claras e vermelhas, representando uma unidade marinha transgressiva que recobre uma seqüência de arenitos vermelhos não marinhos denominada Rotliegendes (Permiano Inferior).
 Acima do Kupferschiefer existe o Calcário-dolomito Zechstein que por sua vez é recoberto por uma camada de evaporitos anídricos e gipsíticos, o que sugere um ambiente provavelmente Sabkha desenvolvido quando o mar transgrediu sobre areia de deserto (supramaré em condições áridas a semi-áridas).
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Perfil dos corpos de minério no Zechstein basal com a fácies de alteração Rote Fäule
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ZONAÇÃO
Os metais se distribuem segundo uma zonalidade que se repete na horizontal e na vertical:
Do topo para base, do continente para o mar aberto ou dos paleoaltos para o fundo das bacias ou das zonas oxidantes para as reduzidas tem-se:
Hematita→idaita-covelita →calcocita-digenita/tetraedrita →bornita →calcopirita →(galena+esfarelita+pirita+tenantita) →pirita
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Kupferschiefer – História da evolução da mineralização
Areias de deserto ao serem depositadas são de cor cinza a branca com seu conteúdo de Fe em minerais detríticos (magnetita-ilmenita ou minerais Fe-Mgnesianos). 
A oxidação destes grãos libera o Fe que é depositado cobrindo os demais grãos detríticos (iron coating). 
Desidratação subseqüente transforma esta cobertura dos grãos
em hematita.
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Kupferschiefer (cont.)
A destruição dos grãos detríticos Fe-magnesianos libera Cu, Co, Pb, Zn, U que não permanecem em solução, mas são adsorvidos pela cobertura de óxido de Fe. Ca e Mg vão embora.
Os metais ficam disponíveis para serem remobilizados por salmouras cloretadas passando através do arenito (red bed).
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Kupferschiefer: modelo diagenético tardio
Rifteamento que permitiu a formação da bacia sedimentar também forneceria calor para movimentar os fluidos.
Deposição dos sedimentos clásticos grossos que se tornam vermelhos no início da diagênese.
Deposição da cobertura impermeável e redutora
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Kupferschiefer: modelo diagenético tardio
Renovação do rifteamento, circulação de salmouras na pilha sedimentar lixiviando os metais da red bed e 
redeposição dos metais nos folhelhos negros sobrejacentes.
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Modelos Gerais:
Singenético e
Diagenético
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Modelo Geral: singenético
Modelo proposto para explicar a zonação no Copperbelt. Os metais base seriam provenientes do continente e difundidos em solução no oceano, com o Cu precipitando em águas anóxicas profundas.
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Modelo Geral: diagenético
1. Uma camada de sedimentos de cor cinza, geralmente carbonácea e pirítica, quimicamente redutora é inicialmente enriquecida em S (sulfeto de Fe e/ou gipsita/anidrita).
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Modelo Geral: diagenético
2. Cobre + metais associados são impressos de maneira zonada sobre a encaixante rica em enxofre durante um influxo pós-sedimentar de metais básicos dissolvidos dos sedimentos tipo red bed continental, altamente porosos e permeáveis, e de granulação grossa.
Cu2O + 6Cl + 2H+ = 2CuCl3 + H2O
SO4 2- + CH4 = S2- + CO2 + 2H2O
2CuCl32 + S2- = Cu2S + Cl-
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Modelo Geral para Depósitos estratiformes de cobre encaixados em sedimentos
Linha pontilhada mais forte indica o limite até onde foi depositado o cobre
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Modelo Geral (requisitos básicos)
Ambiente tectônico: rift continental.
Disponibilidade de rochas vulcânicas básicas ou clásticas derivadas.
Formação de red beds.
Deposição de encaixante rica em pirita.
Deposição das camadas superiores (e.g. evaporit.).
Movimentação de salmouras profundas talvez provocada por renovação do processo de rifteamento, lixiviando os metais do red bed e depositando-os na camada rica em pirita.
i.e. 2 componentes: 1) singenético 2) epigenético.
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Modelo Geral (superposição diagenética)
A fonte imediata do Cu são os complexos cloretados metálicos dissolvidos em fluidos salinos oxidantes dos red beds.
O influxo de metais ocorre por infiltração (encaixante precisa ser permeável) e/ou difusão (criada por gradientes de potencial químico).
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Modelo Geral (superposição diagenética)
A zonação parte do redox line: calcocita e digenita - os sulfetos de cobre menos solúveis mais próximo e bornita e calcopirita são precipitados progressivamente mais longe em direção da zona com pirita.
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Modelo Geral (superposição diagenética)
A superposição da mineralização pode ter ocorrido imediatamente após a sedimentação, em sedimentos fracamente consolidados.
Em outros casos existem evidências de uma focalização inicial das soluções mineralizantes ao longo de grandes estruturas discordantes, com o influxo metálico localmente controlado, na escala do depósito, pela permeabilidade do acamamento.
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Metalotectos
Guias para exploração
Brown, 1993
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Guias geológicos podem ser em escala global ou local.
A questão a ser respondida é: 
Quais as feições geológicas que poderiam guiar um geólogo na exploração de novos depósitos de cobre encaixados em sedimentos clásticos?
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Metalotectos: Depósitos de Cu encaixados em sedimentos
Baseado em sua associação comum com bacias tipo rift, o ambiente tectônico deveria ser extensional, especialmente rifts intra-cratônicos ou margens passivas de blocos continentais.
O reconhecimento de uma forte relação entre estes depósitos e evaporitos e red beds formados em baixas paleolatitudes (20-30º em relação ao paleoequador) fornece um segundo guia em escala global. Deve-se dar especial atenção a rifteamento continental que ocorreu nestas paleolatitudes.
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Metalotectos: Depósitos de Cu encaixados em sedimentos
Mais localmente, as bacias rift deveriam ser feições crustais bem desenvolvidas com espessas seqüências de red beds e possivelmente com evidências de atividade ígnea bimodal extrusiva (ou mesmo intrusiva).
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Metalotectos: Depósitos de Cu encaixados em sedimentos
As red beds precisam estar intercaladas com sedimentos cinzas de espessura mínima explotável e ampla extensão lateral. A mineralização situa-se tipicamente no redox line (transição red bed - camada cinza)
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Metalotectos: Depósitos de Cu encaixados em sedimentos
As camadas cinza precisam ser abundantes em sulfetos originais (e/ou constituintes orgânicos que permitam a redução dos sulfatos) assegurando a precipitação dos metais.
Carbonatos tipo Sabkha e de bacia marginal e camadas de folhelhos negros ricos em pirita são as encaixantes mais comuns.
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Metalotectos: Depósitos de Cu encaixados em sedimentos
Os rifts podem ser delineados por geofísica (sísmica, gravimetria).
Em seguida procurar trends estruturais e geometria de estratos que poderiam ser favoráveis à focalização do fluxo de fluidos.
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Zambian Copperbelt
Estratos Proterozóicos
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Zambian Copperbelt
Um dos maiores depósitos de Cu do mundo, também contém Co, que possui um comportamento geoquímico similar ao do Cu durante a diagênese de sedimentos desérticos.
Maior parte do minério em Zâmbia está encaixado em uma mesma camada (Ore Formation - Siltitos dolomíticos) do Grupo Lower Roan que está em contado discordante sobre o embasamento de granito - xisto - quartzito, preenchendo a paleotopografia.
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Zambian Copperbelt
Mapa de localização para o Zambian Copperbelt mostrando a geologia regional.
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Zambian Copperbelt
Perfil do corpo de minério de Mufulira
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Zambian Copperbelt
Todas as rochas e os minerais de Cu foram metamorfisadas em fácies xisto-verde. Localmente podem apresentar dobramentos apertados.
Os limites superiores e inferiores da mineralização são bem marcados. 
Zonação: parte de sedimentos (near shore) estéreis, mas vai de calcocita (águas rasas), bornita com carrolita e calcopirita, depois calcopirita e finalmente pirita (localmente com esfalerita) nas partes mais profundas de lagoas e bacias marinhas. (Modelo singenético)
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Zambian Copperbelt
Mapa e perfis esquemáticos do depósito de Luanshya
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White Pine, USA
Sedimentos do Proterozóico Superior 
não-metamorfizados
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White Pine
Depósito encaixado na porção exposta do Rift Meso-continental nos EUA, que possui 1.400km de comp.
Ocorre um horst de basalto ladeado por bacias sedimentares.
Existem 2 tipos de mineralização:
O estratigraficamente inferior somente com Cu nativo encaixado nos basaltos
O superior (White Pine propriamente dito) inclui sulfetos e Cu nativo encaixado em siltitos lacustres ricos em matéria orgânica (até 2,5%) e pirita.
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White Pine
Unidades Estratigráficas e mineralização de Cu no Folhelho Basal Nonesuch em White Pine, Michigan, Estados Unidos
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White Pine
Os basaltos (Gr. Powder Mill) são recobertos por red beds grossos do conglomerado Copper Harbor (Gr. Oronto), onde predominam seixos de vulcânicas básicas.
A parte superior do conglomerado (1-6m) está cloritizada e contém um pouco de cobre nativo.
A Formação Nonesuch possui uma fácies de argilito-arenito depositados em ambiente sub-aéreo próximos à praia e outra com folhelhos de águas mais profundas.
Esta Fm Nonesuch grada para o arenito Fluvial Freda superior (Gr. Jacobsville).
Esta sucessão sedimentar é ligada geneticamente à rifts.
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White Pine
A seqüência sedimentar em White Pine é bastante similar à observada no Kupferschiefer exceto pela inexistência
de evaporitos na parte superior.
Seqüência: basalto - clásticos grosseiros vermelhos - clásticos grosseiros não-vermelhos - clásticos ricos em MO com mineralização de Cu.
Mineralização pós-data a seqüência superior.
Zonação de baixo para cima: Cu nativo (base), - calcocita (principal mineral de minério) - zona menor de bornita e calcopirita - franja superior fina (poucos cm) de pirita.
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White Pine
Perfil esquemático do Rift Meso-continental nas vizinhanças do Depósitos de White Pine. O minério está encaixado em siltitos carbonáceos na porção superior do Grupo Oronto. 
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Bibliografia
MURRAY W. HITZMAN, DAVID SELLEY, AND STUART BULL. 2010- Formation of Sedimentary Rock-Hosted Stratiform Copper Deposits through Earth History. Economic Geology, v. 105, pp. 627–639
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