Introduccion Al Estudio de Inclusiones Fluidas

INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LAS INCLUSIONES FLUIDAS

Francisco Velasco

Departamento de Mineraloga y Petrologa

Universidad del Pas Vasco (Espaa)

XXIII CURSO LATINOAMERICANO DE METALOGENIA

17-28 Agosto de 2004, Mendoza (Argentina)

Auspiciado por UNESCO y SEG (Society of Economic Geologists)

Introduccin al Estudio de las Inclusiones Fluidas / F.Velasco (2004) XXIII Curso Latinoamericano de Metalogenia. 17 al 28 Agosto de 2004, Mendoza (Argentina)

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Contenido:

1 NATURALEZA Y SIGNIFICADO DE LAS INCLUSIONES FLUIDAS 1.1 Principio de Sorby 1.2 Aparicin y distribucin de las inclusiones fluidas 1.3 Morfologas 1.4 Contenidos de las inclusiones fluidas 1.5 Clasificacin gentica 1.6 Cambios despus de la formacin de las inclusiones fluidas 1.7 Aplicaciones de los estudios de inclusiones

2 PREPARACION DE LAS MUESTRAS Y METODOLOGIA DE ESTUDIO 2.1 Lminas de exfoliacin 2.2 Lminas doblemente pulidas 2.3 Almacenamiento 2.4 Metodologa de estudio: 2.4.1 Examen ptico preliminar 2.4.2 Estimacin de la densidad 2.4.3 Identificacin de las fases presentes 2.5 Tcnicas microscpicas de trabajo

3 SISTEMAS DE INTERES EN EL ESTUDIO DE LAS INCLUSIONES FLUIDAS 3.1 Introduccin 3.2 Sistema H2O 3.2.1 Fenmenos debidos a enfriamiento 3.2.2 Fenmenos debidos a calentamiento 3.3 Sistema H2O-NaCl 3.4 Sistemas polisalinos: sistema H2O-sales 3.4.1 Correcciones de presin y salinidad 3.4.2 Calentamiento y disolucin de minerales huspedes 3.4.3 Fluidos salinos con un contenido superior al 26.3% NaCl 3.4.4 Determinacin de las isocoras de una inclusin 3.4.5 Procesos relacionados con la ebullicin de los fluidos 3.5 Sistema H2O-CO2 3.5.1 Fenmenos en sistemas acuosos salinos ricos en CO2 3.5.2 Temperatura de homogenizacin en el sistema H2O-CO2 3.5.3 Efecto de la presencia de NaCl en el sistema H2O-CO2 3.5.4 Clculo del % de CO2 3.5.5 Efecto de la presin en el sistema H2O-CO2-NaCl 3.5.6 Determinacin de la presin 3.6 Sistemas con hidrocarburos (HC)

4 PRESENTACION DE LOS RESULTADOS 4.1 Procedimientos de rutina y presentacin de los resultados 5. BIBLIOGRAFIA 6. ANEXO Tablas para el clculo de la salinidad 7. Ejercicios: N 1 Ejemplo de inclusiones de un prfido cuprfero (e.g., indicio de Tintic, Utah, USA) N 2 Ejemplo de inclusiones de un yacimiento filoniano mesotermal aurfero


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1 NATURALEZA Y SIGNIFICADO DE LAS INCLUSIONES FLUIDAS

1.1. Principio de Sorby 1.2. Aparicin y distribucin de las inclusiones fluidas 1.3. Morfologas 1.4. Contenidos de las inclusiones fluidas 1.5. Clasificacin gentica 1.6. Cambios despus de la formacin de las inclusiones fluidas 1.7. Aplicaciones de los estudios de inclusiones

1. NATURALEZA Y SIGNIFICADO DE LAS INCLUSIONES FLUIDAS

La mayora de los minerales se forman en un medio acuoso, por lo que partes mnimas de estos lquidos pueden quedar atrapadas en su interior durante las etapas de crecimiento cristalino. Es normal y frecuente que esto ocurra, sabiendo lo imperfecta y defectuosa que resulta la mecnica de crecimiento de los cristales, una vez conseguida la nucleacin. De esta manera, podemos usar las inclusiones fluidas, que no son ms que diminutas vacuolas rellenas de las soluciones en las que se formaron o evolucionaron los minerales, para investigar las condiciones de gnesis y la posterior historia de los minerales. Las inclusiones, por tanto, pueden proporcionar una informacin muy valiosa sobre las condiciones de temperatura, presin y composicin de los fluidos que han formado los minerales.

Si buscamos en los cristales transparentes, ayudados por el microscopio, podemos observar la presencia de microcavidades de pocas micras de dimetro, rellenas de lquidos en el que casi siempre destaca una diminuta y oscura esfera gaseosa. Su distribucin en el interior del cristal no suele ser fruto de la casualidad, sino al contrario, suele obedecer a criterios estructurales siempre relacionados con la gnesis (caras de crecimiento) o con la posterior historia de estos cristales (microfracturas).

Atendiendo a la naturaleza de las inclusiones, podemos destacar de una manera sencilla, varios grupos diferentes: inclusiones predominantemente lquidas, gaseosas, slidas o mixtas. Las inclusiones slidas suelen ser parte de la asociacin mineral, pero tambin pueden haberse formado a partir de lquidos sobresaturados. Todas ellas pueden ser utilizadas en el estudio e interpretacin de la fisico-qumica de los procesos geolgicos que han generado los minerales. En este sentido presentamos una breve introduccin al estudio de las inclusiones fluidas, en tanto fueron testigos de las condiciones de formacin y nos proporcionaran claves para el conocimiento de la naturaleza de los fluidos mineralizadores.

Los mtodos de estudio de las inclusiones fluidas deben comenzar siempre con un detallado y cuidadoso trabajo petrogrfico, integrado en otros estudios de campo y con


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investigaciones ms sofisticadas de tipo geoqumico. Bsicamente el estudio microtermomtrico de las inclusiones fluidas proporciona informacin sobre las condiciones de temperatura y presin en el momento de la precipitacin o en etapas posteriores y sobre la composicin y origen de los fluidos involucrados en estos procesos.

Un poco de historia

En la actualidad el estudio de las inclusiones fluidas de los minerales se ha convertido en una tcnica de aplicacin rutinaria en cualquier tipo de trabajo metalognico o petrolgico, encontrndose su mayor desarrollo prcticamente ligado a los ltimos 20-30 aos. El relativo desinters por su estudio y su ausencia en la prctica totalidad de los trabajos mineralgicos antiguos, podra encontrar fcil explicacin si consideramos que siempre se han usado en los trabajos petrogrficos las lminas delgadas (normalmente con espesor de 0.03 mm). Este procedimiento prcticamente determina la destruccin de casi todas las inclusiones (se destruyen las grandes y slo se salvan las ms pequeas). En el inicio de esta moderna etapa de estudio de las inclusiones fluidas, puede considerarse crucial la publicacin de los conocidos manuales de Deicha (1955), Yermakov (1961) y Roedder (1962).

A pesar del carcter reciente de estos estudios, tenemos noticia de la existencia de cavidades rellenas de lquidos en los minerales, desde mucho antes de que Henry Clifton SORBY (1826-1904), observara y publicara en 1858 por primera vez, sobre la estructura y presencia de pequeas inclusiones rellenas de fluidos en el interior de los minerales y cristales crecidos a partir de soluciones. Sorby tradicionalmente es considerado como el primer usuario del microscopio polarizante, inventor de la lmina delgada y pionero en la aplicacin del microscopio a la metalurgia y petrografia. Adems, este autor menciona la existencia de colecciones de minerales conteniendo inclusiones fluidas, algunas de ellas reconocibles "de visu", cuestin que no extraar a algunos coleccionistas de minerales que suelen tener la oportunidad de observar en algunos de sus cristales, grandes inclusiones fluidas que le revalorizan sus ejemplares.

Incluso mucho antes de los trabajos de Sorby, en los comienzos del siglo XIX, algunos cientficos britnicos tales como David Brewster y Hamphrey Davy, y franceses como Elie de Beaumont y Willian Nicol citaron en sus publicaciones la presencia de extraos lquidos atrapados en el interior de los cristales de cuarzo. En concreto fue David Brewster, conocido por sus trabajos sobre la polarizacin de la luz por reflexin, quien en 1823 descubri la presencia de un lquido de bajo ndice de refraccin e inmiscible en agua, dentro de las inclusiones. Posteriormente se supo que se trataba del CO2 lquido, tan frecuente en algunos tipos de inclusiones de minerales realcionados con el metamorfismo. Estos datos fueron utilizados en apoyo de las corrientes de pensamiento neptunista que defendan un origen de los minerales a partir del agua de los mares.

En las ltimas dcadas, asistimos a una verdadera eclosin de las tcnicas de estudio con platinas calentadoras-refrigerantes y cierta "popularizacin" de los anlisis geoqumicos sofisticados (e.g., Raman, ICP-MS), lo que posibilita que se realicen gran cantidad de estudios de muy diversa aplicacin, tanto en el campo cientfico fundamental, como en el de la prospeccin minera.


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1.1. Principio de Sorby

El principal descubrimiento de Sorby en relacin con el estudio de las inclusiones, fue notar que la burbuja de gas que se encuentra en la mayora, es el resultado de un encogimiento o contraccin diferencial del lquido respecto a la materia cristalina que hace de encajante. Este encogimiento se debe al enfriamiento que tiene lugar desde la temperatura de formacin, normalmente mayor que la ambiental, hasta la temperatura de observacin o del laboratorio. La causa principal reside en que el coeficiente de expansin (y por tanto el de contraccin) de los lquidos durante los cambios de temperatura, es uno o dos veces mayor que el de los minerales.

Fig. 1. Secuencia de dibujos mostrando la progresiva desaparicin de la burbuja gaseosa (V) durante un proceso de calentamiento, hasta llegar a la total homogenizacin entre el lquido (L) y el gas (Th = temperatura de homogenizacin).

El conocimiento de este fenmeno explica que Sorby nos propusiera que la temperatura de atrape del lquido por el mineral durante su crecimiento, pueda estimarse calentando la inclusin hasta que desaparezca la burbuja gaseosa (Th o temperatura de homogenizacin). Este sencillo planteamiento se ha revelado como uno de los ms potentes mtodos geotermomtricos.

Otro gran descubrimiento de Sorby fue explicar la presencia de pequeos cristales en el interior de las inclusiones, como fases slidas discretas, resultado de la precipitacin de los fluidos sobresaturados all atrapados. Estos pequeos cristales vienen siendo llamados cristales-hijo (o "daughter minerals") y los debemos distinguir de aquellos formados al mismo tiempo que el mineral encajante, capturados durante las etapas de crecimiento.

1.2. Aparicin y distribucin de las inclusiones fluidas

Teniendo en cuenta lo extraordinariamente diminutas que son la mayora de las inclusiones, casi siempre por debajo de las 50 mm, su reconocimiento debe realizarse con la ayuda de un microscopio petrogrfico, bajo luz transmitida y con fuertes aumentos. En un estudio rutinario es aconsejable comenzar con aumentos medios (x10, x20, x40, que ofrecen aproximadamente 100, 200 y 400 aumentos, respectivamente, usando oculares de 10x) y luz polarizada, retirando las lentes del condensador situadas debajo de la platina, para mejorar el contraste y visualizarlas mejor. Lgicamente, se


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excluyen del estudio aquellas inclusiones que son tan pequeas que no dejen apreciar su naturaleza ni los cambios que ocurren en su interior. Tambin suelen ser desestimadas aquellas demasiado grandes que terminan abrindose y destruyndose durante la manipulacin microtermomtrica o durante los procesos de confeccin de las lminas.

Si bien casi todos los minerales presentan numerosas inclusiones fluidas, slo podemos observarlas con facilidad en aquellos minerales suficientemente transparentes. Recientemente se han desarrollado tcnicas de infrarrojo que permiten estudiar las inclusiones fluidas en minerales opacos (e.g., en sulfuros).

Los minerales ms frecuentes en los que es fcil encontrar inclusiones fluidas son los siguientes:

Cuarzo Fluorita Carbonatos (Calcita, Dolomita, Ankerita, Siderita) Barita Celestita Esfalerita Halita Apatito Topacio Casiterita

De todos ellos, la inmensa mayora de los estudios se han centrado en el cuarzo. Esto se explica por la enorme ubicuidad del cuarzo en la mayora de los depsitos y por sus caractersticas de completa transparencia y gran estanqueidad. La presencia de sistemas exfoliacin en carbonatos, fluorita, barita, etc., acta por lo general negativamente sobre la posibilidad de preservar inclusiones, ya que estos planos permiten los escapes, la entrada de otros lquidos secundarios o simplemente facilitan su destruccin, abriendo las inclusiones o generando fenmenos de "necking-down" que mas adelante describiremos. En estos casos, cuando realizamos la bsqueda de las inclusiones bajo el microscopio, es relativamente fcil observar la presencia de cientos e incluso miles de diminutas cavidades secundarias rellenas de lquidos. Algunos autores han estimado su abundancia en millones por centmetro cbico, lo que viene a suponer ms del 0.1% del volumen total.

Por lo general suelen aparecer agrupadas, frecuentemente en planos, superficies ligeramente alabeadas o en zonas delimitadas por el crecimiento, en cualquier caso con fuerte control cristalogrfico y/o gentico. La cuestin de como aparecen distribuidas las inclusiones en el interior de los cristales juega un papel muy importante, ya que como veremos, supone uno de los criterios de clasificacin gentica ms fiables.

1.3. Morfologas

Si observamos un conjunto de inclusiones y nos fijamos en su aspecto, notaremos la existencia de una gran variedad de formas, gradando desde las completamente irregulares, hasta las totalmente automorfas, controladas por la estructura cristalina del mineral. No obstante podemos ensayar una clasificacin morfolgica, atendiendo exclusivamente a la regularidad de las paredes de las inclusiones (Fig. 2):

a) irregulares. Esta categora recoge a todas las inclusiones de formas aplastadas


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con bordes lobulados, esquelticas, etc., cuyos planos externos no parecen reflejar los rasgos estructurales del mineral encajante. Suelen encontrarse alojadas en las superficies de exfoliacin y en las microfisuras que cruzan los cristales.

b) regulares. Cuando los bordes de la inclusin muestran superficies planas que pueden estar relacionadas con la estructura del cristal o bien son paralelas a las caras cristalinas o direcciones de exfoliacin. Este mimetismo puede llegar a copiar tan perfectamente la forma del encajante que la inclusin adopta la forma de un diminuto cristal negativo. Entre este extremo y las formas totalmente irregulares podemos encontrar todos los grados.

c) ovoides. Presentan tendencia a formas esferoidales u ovoides, con bordes siempre redondeados y en algunos casos con extremos de gancho o de huso.

d) tabulares/prismticas. En ellas domina el carcter elongado con los extremos ms o menos redondeados. Suelen encontrarse en los minerales de desarrollo prismtico y pueden considerarse como una variante extrema del tipo ovoide, previamente considerado, o bien una morfologa regular prxima a los cristales negativos.

Fig. 2. Esquema mostrando los diferentes tipos de inclusiones desde un punto de vista exclusivamente morfolgico.

1.4. Contenidos de las inclusiones fluidas

Si atendemos a la naturaleza de los contenidos de las inclusiones, encontraremos gases, lquidos y slidos en diferentes proporciones. Desde este punto de vista podemos clasificarlas en:

a) Monofsicas b) Bifsicas c) Trifsicas c) Polifsicas

a) Monofsicas. Existen las formadas completamente por lquido (L), gas (V) o slidos (S o inclusiones minerales). Entre las fluidas las ms frecuentes son las rellenas de lquidos acuosos, en general formadas a muy baja temperatura. Las completamente rellenas de gas son mucho ms raras (e.g., las que aparecen en ambientes en los que se


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ha producido la ebullicin de las soluciones acuosas), aunque pueden aparecer en ambientes volcnicos, sedimentarios y metamrficos en los que han circulado soluciones extremadamente ricas en CO2, CH4, etc. Los fluidos suelen contener como solutos otras sustancias entre las que encontramos Na+, SO4=, Cl-, CO3=, PO4=, HCO3-, H4SiO4, y otros cationes (K+, C2+, Mg2+, Li+, Al3+, etc).

b) Bifsicas. Presentan slo dos fases, siendo ms frecuentes las que tienen vapor y lquido. No obstante, tendramos que considerar varios subtipos:

- ricas en lquido (L + V). En estas podemos encontrar volmenes variables de gas segn la temperatura de formacin. En ocasiones las diminutas esferas de gas, al ser activadas por el paso de la luz, se mueven en el interior del lquido de la inclusin, chocando con las paredes y rebotando en una agitacin "browniana".

- ricas en gases (V + L). Presentan un volumen de vapor superior al del lquido que queda restringido a menos de la mitad del volumen. Son frecuentes en ambientes de ebullicin.

c) Trifsicas. Cuando aparecen ms de dos fases el esquema de clasificacin se complica, ya que unas veces son predominantemente lquidas, otras gaseosas con lquidos inmiscibles o baja proporcin de slidos (L + L' +V) o (L + V + S), mientras que en otras son muy abundantes los slidos (S + L V). Las ms tpicas son las carbnicas, con dos fase lquidas LH2O y LCO2) u una vapor (V CO2).

d) Poli- o multifsicas. Las inclusiones ms complejas las tenemos cuando aparecen varios tipos de slidos ("daughter minerals") junto con el lquido o lquidos inmiscibles y la burbuja de gas. Entre los slidos ms frecuentes tenemos halita, silvita, anhidrita, hematites, cuarzo, sulfuros de hierro, dawsonita (NaAlCO3(OH)2), etc., mientras que los lquidos inmiscibles que aparecen con mayor frecuencia son: fase acuosa junto con lquido CO2 con presencia de CH4, N2, y/o H2S.

Fig. 3 Clasificacin de Nash (1976) mostrando los cuatro tipos ms importantes de inclusiones fluidas. (L=lquido; V=vapor; S=slido; C=carbnicas).


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Segn estos criterios que atienden a la composicin se han propuesto varios tipos de clasificaciones. De todas ellas la ms conocida es la de Nash (1976) que se reproduce en la Fig. 3 y que distingue cuatro tipos de inclusiones:

Tipo L de moderada salinidad, con dos fases: una lquida (agua) y otra gaseosa (vapor de agua) con diferente volumen segn la temperatura de atrape.

Tipo V ricas en gas (normalmente vapor de agua representando ms del 60% de la inclusin); como se ha comentado previamente suelen interpretarse como buenos indicadores de la existencia de ebullicin, especialmente cuando se encuentran coexistiendo con las de tipo L. Aunque sean dominantemente acuosas, pueden contener algo de CO2.

Tipo S muy salinas, conteniendo pequeos cristales de halita de hbito cbico y en ocasiones de silvita, anhidrita, hematites, etc.

Tipo C ricas en CO2, con una relacin CO2/H2O variable pero casi siempre comprendida entre 3 y 30% del volumen, segn se acerquen a los tipos anteriores.

En la bibliografa podemos encontrar otras clasificaciones similares, como p.ej., la de Shepherd et al., (1985) que tiene en cuenta las fases dominantes, presenta una serie de dibujos tpicos con las morfologas ms frecuentes y las fases presentes a temperatura ambiente y propone unas abreviaturas para simplificar su descripcin: (L= lquido; V = vapor; S = salinas; GL = vtreas).

1.5. Clasificacin gentica

Todas las inclusiones formadas durante las etapas de crecimiento de un cristal deben ser consideradas como primarias. Estas contienen informacin relativa a los procesos genticos formadores de minerales, y por tanto son las que suscitan mayor inters en cualquier estudio metalogentico, ya que se trata de fracciones de solucin hidrotermal incorporada o atrapada por el cristal. Por otro lado, todas aquellas inclusiones que se encuentran en el interior de los cristales, pero que se han formado por mecanismos posteriores a la cristalizacin vamos a considerarlas como secundarias. Estas ltimas se forman tras la apertura y circulacin de soluciones por microfisuras desarrolladas por esfuerzo o trmicamente, y ocupadas por fluidos completamente distintos a los originales.

Los mecanismos de atrape de las inclusiones primarias pueden ser muy variados. Roedder (1984) distingue varios tipos de mecanismos que son representados en los esquemas de la Fig. 4: (a) crecimiento dendrtico rpido que permite la aparicin de zonas del cristal en donde puede quedar atrapada la solucin; (b) etapas de redisolucin parcial de los cristales con desarrollo de "caries", caras curvas y microhuecos y crecimiento rpido posterior que los recubre y permite el atrapamiento; (c) atrape de lquidos en las zonas del centro de una espiral de crecimiento; (d) caras cristalinas con crecimiento subparalelo pueden llegar a encerrar la solucin generadora; (e) microfracturas desarrolladas en el cristal durante las etapas de crecimiento originan un crecimiento imperfecto y favorecen que queden alojadas en su interior pequeas porciones de la solucin; (f) el atrapamiento de sustancias ajenas al cristal (pequeas inclusiones slidas) puede tambien favorecer el atrapamiento de fluidos.


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Fig. 4 Diferentes mecanismos de atrape de las inclusiones primarias (segn Roedder, 1984). Para una explicacin ver el texto.

Algunos de estos mecanismos permiten que las inclusiones aparezcan alineadas en microfisuras que se extienden desde el ncleo de los cristales hacia los bordes, pero no llegan a cortar sus lmites. Para ellas Roedder (1984) ha introducido el nombre de inclusiones pseudosecundarias (PS): una nueva categora de inclusiones formadas tambin durante las etapas de crecimiento del cristal. Estas pueden aparecer alineadas en microfisuras sin cortar los bordes de los cristales y/o ocupar huecos entre los cristales durante su crecimiento.

En cualquier caso, uno de los problemas ms importantes durante el estudio de las inclusiones, es la distincin entre las que son contemporneas con la formacin del mineral encajante (primarias y pseudo-secundarias), y las que se han formado con posterioridad (secundarias). La solucin a esta cuestin no es fcil, habindose elaborado una serie de criterios (Roedder, 1984; Shepherd et al., 1985) que ayudan a resolver las ambigedades para decidir la clasificacin. De estos vamos a extractar los que a nuestro parecen ms tiles y fiables.

Criterios para un origen primario:

1. Distribucin de las inclusiones paralelamente a las caras de crecimiento, siguiendo una distribucin zonada o azonada tpica (Fig. 5): Esta zonacin puede ponerse de manifiesto, no slo contemplando las caras finales del cristal, sino por medio de la observacin de variaciones composicionales en el cristal, cambios de coloracin o ayudndose por medio de la catodoluminiscencia.

2. Pequeos grupos de inclusiones con distribucin al azar en las tres direcciones espaciales. Este criterio no es del todo seguro cuando el cristal presenta abundantes inclusiones secundarias entrecruzadas.

3. Presencia de inclusiones aisladas, claramente separadas entre s. Entre inclusin e inclusin debera de haber una distancia mayor de cinco veces el dimetro medio de las


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inclusiones.

4.Tamao relativamente grande respecto a los tamaos que exhiben las inclusiones de claro origen secundario.

Fig. 5 Distribucin de las inclusiones: primarias (P) siguiendo zonas concntricas, paralelas a las caras de crecimiento; pseudosecundarias (PS) que se ordenan oblicuamente a las caras, siguiendo microfisuras que empiezan en el ncleo del cristal y terminan antes de que este se acab; y secundarias que cruzan sin ninguna regla el cristal pasando por sus bordes (S).

Criterios para un origen secundario:

1. Grupos muy numerosos, con una disposicin planar claramente referible a una microfisura que corta los bordes del cristal o superficies de exfoliacin. Pueden encontrarse varias generaciones superpuestas en el tiempo.

2. Morfologas irregulares con hbitos ovoides de tamaos muy variables, pero en general muy pequeas. Morfologas y distribuciones claramente referibles a "neching down" (grados de relleno muy distintos en inclusiones adyacentes).

Criterios para distinguir las pseudosecundarias:

Formas irregulares alojadas en fracturas que se pierden antes de que termine el crecimiento zonado del cristal (antes de llegar al borde). Aparecen casi siempre como cristales negativos de tamaos similares.

Adems de estos criterios, en la prctica se suelen seguir otras guas, como son la presencia de composiciones caractersticas correspondientes a tipos concretos de inclusiones, aspectos de tipo morfolgico (ovoides y xenomorfas suelen ser secundarias, mientras que las limitadas por caras suelen ser primarias), criterios estadsticos (dos poblaciones suelen indicar la existencia de primarias y secundarias), etc. Una vez que se ha estudiado una extensa poblacin de inclusiones, se pueden procesar los datos y deducir diferentes tipos a los que se les asigna un origen primario o secundario, despus


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de una cuidadosa discusin que tenga en cuenta las temperaturas de homogenizacin, salinidad, morfologa, distribucin, etc.

1.6. Cambios posteriores a la formacin de las inclusiones fluidas

Adems de la aparicin de la pequea esfera de fase gaseosa, causada por la diferente contraccin respecto al encajante, y la precipitacin de pequeas cantidades de productos normalmente salinos, las inclusiones pueden sufrir diferentes evoluciones que llevan a cambios en su composicin y, a veces, en su forma. Las ms importantes son las siguientes:

1. "Stretching" o cambios de volumen en las inclusiones

Las inclusiones y su encajante, cuando se sobrecalientan rebasando ampliamente la Th, tanto de modo natural durante el metamorfismo como en los sucesivos ensayos en el laboratorio, sufren fenmenos de cambio de volumen propiciados por los diferentes coeficientes de dilatacin del fluido y del slido encajante sin que se llegue a la fracturacin. Estos cambios se traducen en dilataciones de las vacuolas rellenas de lquido (Fig. 6) y encogimientos (shrinkage) que han sido estudiados por Bodnar y Bethke (1984). De esta manera se explica ciertos cambios de volumen de inclusiones por la deformacin permanente de algunos minerales encajantes que son poco resistentes, tales como la fluorita, una vez que se ha superado el lmite de deformacin elstica. Esta deformacin conduce exclusivamente a un aumento de la temperatura de homogenizacin que puede ser as errneamente sobreestimada.

Fig. 6 Esquemas ilustrando los efectos de prdida de estanqueidad por deformacin o stretching y apertura con escape de parte del fluido atrapado (leakage).

2. Prdida de parte del fluido por difusin a travs del mineral huesped (leakage)

No todas las inclusiones han mantenido a lo largo de su historia geolgica un completo hermetismo respecto al encajante. Dependiendo de la naturaleza del mineral la estanqueidad de las inclusiones se preservarn mejor o peor en el transcurso de la historia de las rocas. Por tanto, la naturaleza y el comportamiento del mineral huesped frente a la deformacin, juega un papel decisivo respecto a la posible prdida parcial o total de los fluidos contenidos en las inclusiones (Fig. 6), favoreciendo el escape, las mezclas y los reequilibrios con otros fluidos secundarios. Los minerales fcilmente exfoliables y deformables sern susceptibles de perder con facilidad sus inclusiones fluidas cuando son sometidos a deformacin. Desde el punto de vista prctico existe una forma de comprobar si han existido o no escapes ("leakage") durante los ensayos


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microtermomtricos. Consiste en repetir varias veces las medidas y si encontramos que estas no son reproducibles, es prcticamente seguro que se ha producido la abertura de la vacuola y ha ocurrido la prdida de estanqueidad.

3. Estrangulamiento o "necking-down"

La evolucin normal de una microfisura rellena de fluido que corta a una serie de cristales es proporcionar una nube de diminutas inclusiones fluidas ms o menos regulares segn el plano de la fisura. Este fenmeno, descrito en todos los manuales dedicados al tema, viene causado por las redisoluciones y recristalizaciones que tienen lugar durante la confinacin del fluido y su enfriamiento. A medida de se enfra la solucin dispuesta en la fisura, se va fragmentando en inclusiones cada vez ms pequeas (Fig. 7), primero xenomorfas, despus redondeadas u ovoides y finalmente hasta cristales negativos, logrndose de esta manera una distribucin planar de pequeas inclusiones con una relacin gas/lquido cada vez menor.

Todas las inclusiones as formadas son, de algn modo, coetneas y representan un nico evento hidrotermal. Sin embargo, sus temperaturas de homogenizacin y en algunos casos sus salinidades, son diferentes. Estos camportamientos inducen a pensar en un caso de prdida de estanqueidad, pero como acabamos de ver se trata de un fenmeno de estrangulamiento.

Fig. 7 Fenmeno de "neking-down" a partir de una inclusin tabular. La inclusin original atrapada a la temperatura T1 y alojada en una microfisura se va escindiendo, a medida que se enfra lentamente (a T2, T3 y Tfinal), produciendo varias inclusiones separadas. Cuando se estudien en el laboratorio, las que se individualizaron en etapas tempranas tendrn una temperatura de homogenizacin mucho ms elevada que las que se separaron en etapas ms tardas: aproximadamente las (A) a T1, las (B) que a T2, y las (C) a T3. (Adaptado de Roedder, 1984).

4. Decrepitacin total o parcial.

Debido a causas naturales, como es la deformacin y el metamorfismo (Touret, 2001), algunas inclusiones con presin interna muy elevada pueden pueden experimentar cambios muy severos de volumen/densidad que conducen al stetching y eventualmente pueden llegar a romperse (Fig. 6) con el consiguiente escape y prdida de solucin. Esto ocurre cuando la presin interna supera a la externa de confinamiento (Van den Kerkhof y Hein, 2001). Cuando la rotura y el escape es total el fenmeno se


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llama decrepitacin. La decrepitacin tiene lugar cuando la diferencia entre la presin interna de la inclusin fluida (ms adelante veremos que viene fijada por la temperatura y la densidad, es decir por la isocora) y la presin externa (impuesta por el medio) supera un valor crtico DPdi que depende del dimetro (i) de la inclusin de acuerdo con la expresin de Bodnar et al., (1989):

DPdi = 426xi(-0.423) i en mm (micras) DPd en MPa (MegaPascal; =Kbar/10)

El fenmeno de la decrepitacin ha sido utilizado en la realizacin de estudios geotermomtricos, sometiendo a calentamiento fragmentos de mineral que contengan inclusiones. El mtodo consiste en escuchar y contar los "ruidos" (decrepitograma) que producen estas roturas o decrepitaciones, cuando se logra la temperatura en la que la presin interna del fluido atrapado sobrepasa a la externa que ejerce el grano de mineral encajante. La naturaleza de la decrepitacin puede producir la prdida total de la muestra que suele saltar hecha aicos (observable en algunas experiencias con platina calentadora).

Ocasionalmente se encuentran pequeos crteres en algunas muestras que proceden de la rotura espontnea de algunas inclusiones. Estas quedan vacas y rellenas de aire, (no de vapor de agua!). En estos casos no existe confusin posible, pero en otros en los que se ha dado decrepitacin parcial resulta una nueva inclusin secundaria que ofrece datos diferentes. Estas inclusiones presentan caractersticas netamente distintas de las adyacentes que no han decrepitado, y habra que esperar que adems de diferente salinidad (normalmente ms salinas ya que parte del agua ha escapado como vapor) presenten temperaturas de homogenizacin ms elevadas.

1.7. Aplicaciones de los estudios de inclusiones

Aunque fundamentalmente su campo de aplicacin son los estudios de yacimientos minerales y de petrologa, en la actualidad estn siendo aplicados a un amplio espectro de reas de conocimiento, como son la sedimentologa, tectnica, gemologa, estudio de rocas lunares, geologa del petrleo, geotermia, paleoclimatologa, etc.

Este tipo de estudios se ha convertido en una inmejorable herramienta de trabajo de gran inters geolgico, por sus aplicaciones en el campo de la geotermometra, geobarometra y gnesis mineral y muy til en la exploracin minera y petrolfera.


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2 PREPARACION DE LAS MUESTRAS Y METODOLOGIA DE ESTUDIO

2.1. Lamelas de exfoliacin 2.2. Lminas doblemente pulidas 2.3. Almacenamiento de las muestras 2.4. Metodologa de estudio 2.4.1. Examen ptico preliminar 2.4.2. Estimacin de la densidad 2.4.3. Nmero de fases presentes 2.5. Tcnicas microscpicas de trabajo

2. PREPARACION DE LAS MUESTRAS Y METODOLOGIA DE ESTUDIO

Para el estudio microscpico de las inclusiones fluidas es necesario disponer de minerales transparentes en los que se encuentren inclusiones con tamaos superiores a las 10 mm (20-50 mm son ideales). Las ms diminutas, aunque las podemos observar en algunas lminas delgadas, no son adecuadas para el estudio de los fenmenos de homogenizacin y fusin de los lquidos previamente congelados, ya que las medidas, an con objetivos de gran aumento, introducen grandes errores. Con objeto de obtener el material necesario hay que elaborar lminas pulidas por ambas caras (doblemente pulidas). Con los minerales exfoliables puede ser suficiente disponer de pequeas lamelas de exfoliacin del mineral.

2.1. Lamelas de exfoliacin

En el caso de que los minerales presenten fcil exfoliacin (cosa que ocurre p.ej., con la fluorita, carbonatos y barita), el mtodo ms sencillo consiste en elegir pequeas esquirlas o lamelas del cristal, despus de provocar la exfoliacin con un punzn o buril, golpeando a favor de la direccin predominante. De los fragmentos obtenidos se seleccionan los transparentes que estn limitados por superficies aproximadamente paralelas y que contengan inclusiones. El tamao ideal de estos fragmentos puede estar entre los 4 y 10 mm2, con un grosor inferior al milmetro, dependiendo de su transparencia. Antes de colocar el fragmento sobre un porta de vidrio para ser observado al microscopio, debemos de eliminar las partculas de polvo depositadas sobre sus caras.

La gran diferencia entre el ndice de refraccin del mineral y del medio (aire, n=1) dificulta la observacin, por lo que en ocasiones tendremos que aadir una gota de agua (n=1.3) o de aceite de inmersin (n=1.5) para mejorar o facilitar que la luz atraviese el cristal y no se desvie hasta llegar al objetivo. El uso de agua tiene la ventaja de que permite la eliminacin del polvo y deja apta la esquirla para su posterior estudio en la


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platina. Las ventajas que ofrece este sencillo mtodo de muestreo son bien claras: es asequible, fcil y barato. Los inconvenientes, sin embargo, son muchos y estriban en la produccin incontrolada de fragmentos, en su mayora de tamao inadecuado (polvo o muy gruesos), destruccin de gran cantidad de muestra, slo aplicable a minerales exfoliables, presencia de superficies externas irregulares (peldaos) que no siempre permiten ver en su interior si hay inclusiones, resultados pobres con muestras poco transparentes, etc.

2.2. Lminas doblemente pulidas

En los casos de minerales no exfoliables y/o de exfoliacin dificil, se tiene que proceder a la confeccin de lminas delgadas con superficies perfectamente pulidas ("laminas doblemente pulidas"). Estas suelen tener un grosor superior al habitual que oscila entre 0.3 y 1.0 mm de espesor (normalmente las lminas petrogrficas suelen rondar los 0.03 mm). El sistema que se sigue para su confeccin es el mismo que para realizar lminas delgadas o secciones pulidas.

1) El proceso comienza por cortar una pastilla rectangular de roca, por la zona donde tenemos los minerales sobre los que se desea trabajar, ayudados de una sierra de disco de diamante. Los materiales porosos o sueltos pueden ser cohesionados y endurecidos previamente con resinas (al vacio).

2) Desbastado y pulido de una de las caras con carborundum (SiC) de dimetro 700 y 1000 mm, antes de sujetarla a un porta de vidrio. El adhesivo o pegamento debe polimerizar en frio y ser fcilmente removible con el disolvente adecuado (normalmente acetona).

3) Adelgazamiento de la pastilla de roca hasta un grosor entre 1 y 0.5 mm, ayudados con la sierra o con una rectificadora.

4) Desbastado y pulido mecnico de la segunda cara, primero con carborundum y despus con pastas de diamante (15, 7, 5, 2-3, 1-2 mm) sobre paos adecuados, siguiendo el mtodo habitual para el acabado de probetas pulidas de minerales opacos.

5) Sujecin del conjunto a otro porta de vidrio, usando la superficie pulida, mediante el mismo pegamento anterior. Eliminacin del primer porta con la rectificadora.

6) Pulimento y acabado de la primera superficie siguiendo las mismas fases de pulido que antes se han enumerado (etapa 4).

7) Finalmente se despega la lmina del porta, mediante inmersin en acetona. Se limpia de los restos de pegamento y se seca cuidando que no se desordenen los fragmentos (en el caso frecuente de que la lmina se rompa).

Es importante que en la ejecucin de estos pasos no se supere nunca la temperatura de 60-70C, ni por rozamiento en los paos de pulido deficientemente lubricados, ni por uso inadecuado de pegamentos cuyos catalizadores funcionen en caliente. El incumplimiento de estas condiciones podra modificar o destruir algunos tipos de inclusiones.


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2.3. Almacenamiento de las muestras

Normalmente al despegar la lmina se suele romper en varios pedazos que debemos de guardar cuidadosamente. Es cmodo utilizar pequeos sobres rotulados que permiten dibujar un pequeo dibujo o esquema con la posicin de las inclusiones en el fragmento (en la Fig. 8 se presenta un sencillo recortable para la construccin de estos "sobres-lmina"). Este tipo de sobres deben tener el mismo tamao que una lmina delgada (28 x 47.5 mm) para facilitar su almacenamiento en carros porta-lminas.

Fig. 8. Modelo de "recortable" para la confeccin de tres sobres-lmina adecuados para el almacenamiento de lamelas o fragmentos de lminas doblemente pulidas ricas en inclusiones fluidas (fotocopiar, recortar, pegar y guardar las esquirlas de mineral).

2.4. Metodologa de estudio

2.4.1. Examen ptico preliminar

En cualquier microscopio petrogrfico puede comenzar la observacin y estudio de las inclusiones, utilizando un objetivo de mediano aumento (10x) con luz polarizada plana, sin condensador y ayudndonos de la platina giratoria. El uso del diafragma de abertura (o la posicin del condensador) puede ayudar a encontrar la posicin de iluminacin adecuada para mejorar las imgenes, haciendolas ms ntidas y contrastadas.

La bsqueda de las inclusiones fluidas de tamao ideal es una tarea pesada que puede llevar varias horas. Las inclusiones seleccionadas deben permitir distinguir la presencia de fases slidas y observar con nitidez lo que ocurre dentro de la inclusin durante los ensayos de calentamiento y enfriamiento. Desgraciadamente con frecuencia la mayora de las inclusiones son demasiado pequeas, por lo que debemos de seleccionar nicamente las mayores utilizando un objetivo de 50x, 60x, 80x, 100x y oculares de 10x o 12.5x.

En primer lugar se suele "explorar" la superficie del fragmento mineral usando un objetivo intermedio, para localizar las inclusiones mayores, y posteriormente estudiarlas con un objetivo de mayor aumento. Las etapas que conviene seguir son las siguientes:

1) Realizar un dibujo del fragmento mineral y sealar sobre el esquema con


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nmeros o letras la posicin aproximada de las inclusiones o agrupaciones de inclusiones de inters. Esto facilitar su localizacin en cualquier momento.

2) A cada inclusin candidata para ser medida se le asigna otro nmero y se dibuja su forma aproximada, intentando respetar las proporciones relativas entre las fases presentes: lquido y gas, para calcular el grado de relleno. Si se dispone de cmara digital es conveniente tomar una fotografa, pero en caso contrario un esquema es suficiente. Se realiza una primera clasificacin morfolgica (caracterizacin geomtrica) distinguiendo entre inclusiones irregulares, regulares, ovoides y tabulares, y segn su composicin: monofsicas, bifsicas, trifsicas y polifsicas.

3) Medida del tamao de la inclusin, usando un ocular micromtrico previamente calibrado para cada objetivo.

4) Estimacin del grado de relleno de cada inclusin, con la ayuda de esquemas adecuados que muestren diversas proporciones de fase lquida respecto a fase vapor (ver Fig. 10; Apdo. 2.4.2).

5) Ensayo de clasificacin gentica (primarias y secundarias) en base a su distribucin, posicin respecto a caras, fracturas, bordes de grano, etc. En este ensayo de cronologa de las inclusiones fluidas se siguen los criterios de orientacin enumerados previamente, despus de un anlisis petrogrfico exhaustivo (Apdo. 1.5).

6) Observar si han ocurrido cambios despus de la formacin de la inclusin, como prdida de estanqueidad o "leakage", "stretching", "necking-down", decrepitacin que hayan podido modificar las caractersticas iniciales de la inclusin.

Durante el estudio petrogrfico de las inclusiones, la diferencia de ndice de refraccin entre los fluidos y los minerales, permite que las identifiquemos sin problemas. Recordemos que el relieve ser mayor o menor segn sea la diferencia de ndice de refraccin entre los dos medios en contacto. Si observamos la Tabla 1, comprobaremos que casi todas las inclusiones fluidas presentan relieve negativo a temperatura ambiente, dibujndose con nitidez sus bordes. Sin embargo, esta distincin se hace ms dificil cuando se igualan los ndices de refraccin del mineral encajante y del lquido durante los procesos de calentamiento. Por otra parte, las inclusiones que aparecen completamente negras o muy oscuras estn ocupadas por aire (inclusiones abiertas) o rellenas de vapor (CO2, CH4, H2O, etc).

Tabla 1 Indice de refraccin (a 25C)

Agua pura 1.333 Solucin acuosa 10% NaCl 1.350 Solucin acuosa 26% NaCl 1.379 CO2, aire, CH4 vapor 1.000 CO2 lquido ~1.180 Petroleo, crudos ~1.420-1.570 Minerales > 1.400 Fluorita 1.430 Cuarzo 1.553-1.544


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No debemos olvidar que cuando se procede a un estudio microtermomtrico de las inclusiones fluidas, debemos de hacer acopio de informacin sobre tipos, forma, tamao, abundancia, distribucin, grado de relleno, etc. Para ayudar en el seguimiento de estos pasos se aconseja cumplimentar una tabla de datos (p.ej., a partir de una hoja Excel) semejante a la que se muestra en la Fig. 9, que permite recoger la informacin principal y los datos de inters necesarios para el tratamiento estadstico y la confeccin de grficos imprescindibles para desarrollar posteriormente la discusin.

Fig. 9 Modelo de ficha en formato 'excel' para anotar los datos y medidas de mayor inters en el estudio de una serie de inclusiones fluidas (usada en el Laboratorio de Mineraloga de la Universidad del Pas Vasco).

Fig. 10 Ejemplos de inclusiones fluidas bifsicas con distinta morfologa, para estimar el grado de relleno (F) o relacin VL/(VL+VV) (a partir de Shepherd et al., 1985)


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2.4.2. Estimacin de la densidad

A partir del clculo de la densidad de cada inclusin en el momento en que fu atrapada, se pueden obtener una informacin muy valiosa, ya que este parmetro permite definir una isocora en el espacio P-T y, por tanto, aproximadamente la temperatura y presin mnima de formacin. De aqu que necesitemos estimar visualmente la proporcin existente entre el volumen que ocupa el lquido (o el gas) respecto al volumen total. (Recordemos que con el nombre de isocora se designan las lneas que representan las condiciones de P y T en las que se mantiene constante la densidad de un fluido, o lo que es lo mismo, su volumen molar).

Para calcular la densidad de una inclusin es necesario comenzar estimando su "grado de relleno" F (o "degree of fill"), comparando visualmente con grficos como los de la Fig 10 que tienen en cuenta la forma de la inclusin. En las inclusiones bifsicas con lquido L y vapor V, el grado de relleno se expresa con la relacin entre el volumen que ocupa la fase lquida (VL) respecto al volumen total (VL + VV):

F = VL / (VL + VV)

Se asume que la inclusin es isomtrica y por tanto que los volmenes quedan bien representados en el rea bidimensional de proyeccin. Con criterios semejantes podemos llegar tambien a estimar el volumen de las fases slidas en el caso de que estas se presenten.

La relacin entre grado de relleno (F) y densidad total (rT) de la inclusin viene dada por la expresin:

rT = rL x F + rV x (1 -F)

rT = densidad total rL = densidad del lquido rV = densidad del vapor (en la mayora de los fluidos rV igual a cero)

luego rT = rL x F

Como la densidad de los fluidos vara proporcionalmente con la concentracin que tengan en sales, debemos de utilizar estas relaciones para calcular la densidad. Por ejemplo (Fig. 11), si estimamos visualmente un grado de relleno de F = 0.80 (el 20% de la inclusin es vapor y el 80% lquido) y asumimos una salinidad del 15% en peso de NaCl, la densidad ser aproximadamente 0.90 (rT =0.90); pero si la salinidad es de solo el 5% NaCl, la densidad ser aproximadamente de 0.83. De este modo se comprueba que a medida que disminuye la proporcin de sales disueltas ms se aproxima el valor de la densidad al del grado de relleno, siendo r=F cuando la salinidad es 0% NaCl (sistema puro H2O). La Fig. 11 (tomada de Shepherd et al., 1985) permite realizar grficamente estos sencillos clculos.

En el caso de inclusiones trifsicas muy salinas (L + V + S), podemos calcular la densidad total despus de estimar las proporciones entre las fases presentes segn el ejemplo siguiente:

1) estimacin de los volmenes de cada fase:


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Vapor = 0.1 Lquido = 0.75 Slido = 0.15 (halita) Total = 1.0

2) determinacin de la densidad total:

rTotal = (0.1 x rV) + (0.75 x rL) + (0.15 x rS)

siendo la rV = 0, rL = 1.2 (densidad de un lquido acuoso sobresaturado en NaCl a temperatura ambiente) y rS = 2.16 (densidad del slido halita).

rTotal = (0.75 x 1.2) + (0.15 x 2.16) = 1.224 g/cm3

3) una vez calculada la densidad podemos estimar la salinidad total (en % NaCl en peso). En este caso tenemos que asumir que la solucin est sobresaturada en NaCl a temperatura ambiente cuando alcanza un 26% NaCl (ver sistema binario, composicin del punto peritctico). Luego la masa total de NaCl en 1 cm3 de inclusin ser la de la halita (0.15 x 2.16) ms la del fluido (0.75 x 1.2) x 0.26, considerando que slo el 26% del fluido corresponde a NaCl. Es decir:

(0.15 x 2.16) + (0.75 x 1.2 x 0.26) = 0.558 g

Conociendo la masa (1.224g) para 1 cm3 de volumen de inclusin, podremos calcular el porcentaje correspondiente a los 0.558 con una sencilla regla de tres:

x = 0.558 x 100/1.224 = 45.58% NaCl

o bien en general para cualquier clculo:

% NaCl (en peso) = ((Vs x rS) + (VL x rL x 0.26))x100/rT

Fig. 11. Relacin entre grado de relleno de una inclusin y densidad total para diferentes salinidades (modificada a partir de Shepherd et al., 1985). Las flechas indican como a una inclusin con F=0.8 y salinidad del 15% le corresponde una densidad de 0.9 g/cm3.


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2.4.3. Nmero de fases presentes

Aunque las inclusiones ms numerosas son las bifsicas, compuestas de lquido (L) y vapor (V), podemos encontrar otras ms complejas que requieren una identificacin ms cuidadosa, debido a la presencia de slidos ("daughter minerals") o lquidos inmiscibles.

a) Fases slidas. A partir de lquidos sobresaturados se pueden precipitar diminutos cristales que presentan formas y tamaos suficientes para permitir su identificacin microscpica. Su estudio es de gran importancia ya que contribuyen al conocimiento de la composicin qumica de la solucin mineral. Los "minerales hijo" ms frecuentes son los haluros (halita y silvita), pero no son raros otros como anhidrita, dawsonita, hematites, calcopirita, etc. La Tabla 2 resume los carateres identificativos de estos minerales, en los que preferentemente, para su identificacin, estudiaremos su forma (hbito), relieve (ndice de refraccin) y birrefringencia.

Tabla 2 Propiedades pticas de las fases slidas ms frecuentes en las inclusiones

(Shepherd et al., 1985)

Nombre Composicin Sistema Hbito Indice Birrefringencia Comentarios

Halita NaCl Cbico Cubos n=1.54 Istropo Poco frecuente octahdrico

Silvita KCl Cbico Cubos n=1.49 Istropo Cubos con bordes redondos

Anhidrita CaSO4 Rmbico Prismtico a=1.57 Baja Yeso puede estar presente b=1.57 l=1.61 Nahcolita NaHCO3 Rmbico Tabular a=1.37 Muy alta Frecuentemente maclada. b=1.50 Doble-refringencia l=1.58 Dolomita (Ca,Mg)CO3 Trigonal Rombos e =1.49 Muy alta Fuerte relieve y doble-. w=1.50 refringencia en luz polarizada Cloruros-Fe FeCln Varios Tabular Varios Moderada-alta Color verde brillante

Dawsonita Rmbico Fibras a=1.46 Moderada Bordes fibrosos NaAl(CO3)(OH)2 b=1.54 g=1.59 Hematites Fe2O3 Trigonal Hexagonal Opaco -------- Color rojo, marrn, planar

Sulfuro-Fe Varios Varios Automorfos Opaco -------- Opacos: negro

Micas Varios Monoclinico Planar a=1.56 Baja a moderada Planar muy fina b=1.60 g=1.60 (para la moscovita)

Sin que sirva de regla, a nivel orientativo podemos proponer que las formas cbicas

corresponden a halita, las redondeadas a silvita, tabulares de anhidrita, fibrosas de dawsonita, opacas ms o menos tringulares de calcopirita, lamelares de hematites, ferromagnticas con magnetita/pirrotita, etc. Sin embargo, no siempre podemos llegar a una identificacin segura, por lo que en muchos casos se requiere el uso de tcnicas especiales de anlisis para resolver estos problemas.


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En ocasiones puede surgir la duda sobre si los cristalitos son minerales precipitados trs el atrapamiento de la inclusin, o bien se trata de diminutos cristales arrastrados por la solucin y atrapados con ella (minerales "cautivos" o inclusiones minerales). Esta cuestin es en ocasiones dificil de resolver, pero podemos discutir si existe relacin entre la salinidad del lquido y la presencia de los slidos en cuestin, as como si hay relacin entre el tamao de cristalito y el tamao de la inclusin: un tamao excesivamente grande no podra explicarse a partir de una diminuta porcin de lquido. Otro caso similar nos lo muestra la presencia de varios granos de igual composicin en el interior de una inclusin. Un lquido atrapado solo precipita un cristalito a partir de un germen, para minimizar la energa superficial del slido, mientras que la presencia de varios cristalitos indican que ha habido atrapamiento de slidos junto al fluido de la inclusin.

b) Lquidas. En las inclusiones que contienen CO2 y/o lquidos hidrocarburados es relativamente frecuente que stos se desmezclen formando fases inmiscibles, en general a temperatura ambiente (Fig. 12). Por ejemplo, una mezcla de agua-petrleo en la solucin nos dara inclusiones trifsicas LH2O+LHC+V, mantenindose las proporciones de la solucin original. La fase vapor consistir en parte de vapor de agua y compuestos aromticos.

Fig. 12. Aspecto que pueden exhibir las inclusiones trifsicas conteniendo lquidos inmiscibles hidrocarburados (A, inclusin acuosa conteniendo un glbulo de bitumen; B, con hidrocarburos lquidos, probablemente metano CH4; C, acuosa rica en CO2; D, rica en CO2 presentando el fennemo de homogenizacion a 31C)

El color de la fase hidrocarbonada suele ser amarillento, ms o menos intenso dependiendo de la composicin del tipo de aceite, as como de su grado de oxidacin. Si son muy bituminosas las inclusiones aparecern con colores oscuros, pero tambin se conocen las completamente incoloras especialmente las ricas en metano. La distincin de las fases puramente acuosas requiere observar su comportamiento en la platina refrigerante-calentadora: los hidrocarburos congelan slo a temperatura excepcionalmente bajas (menores de -160C) de modo que sufrirn solo contracciones al enfriar. Tambin podemos reconocer los hidrocarburos triturando algunos fragmentos con la "crushing stage". Para ello aplastamos la lmina entre dos portas de vidrio hasta la fracturacin, y reconocemos las propiedades del lquido liberado: olor a petrleo, o fluorescencia observndo el aceite con un microscopio de luz ultravioleta.


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Otro ejemplo de inmiscibilidad entre lquidos lo ofrece la presencia de CO2 en soluciones acuosas (Fig. 12C y D). En este caso podemos observar la separacin entre el lquido acuoso y el CO2, LH2O y LCO2, slo a temperaturas por debajo del punto crtico del CO2 (+31.1C). La fase LCO2 suele formar una gran burbuja en cuyo seno se encuentra la fase vapor (normalmente VCO2). En el caso de que la franja de inters lquido-lquido/gas sea muy ancha y difusa debemos llevar la temperatura de observacin por debajo de los 20C para as destacar la separacin de las dos fases y aumentar la inmiscibilidad, obtenindose una burbuja dentro de otra burbuja. En verano se consigue orientando una corriente de aire, procedente del contenedor de N2 lquido. Tambin funciona pulverizando el fragmento del mineral con acetona y esperar a que se evapore, lo que provoca un momentneo enfriamiento de la burbuja. Cuando el porcentaje de CO2 es menor del 5%, es extremadamente dificil su identificacin, pero se puede llegar a apreciar el depsito de clatratos.

c) Gases. Prcticamente todas las inclusiones fluidas presentan una burbuja de gas, excepto las completamente lquidas. Entre estos gases podemos encontrar vapor de H2O, CO2, CH4, N2, etc. En el caso de algunas inclusiones ricas en CO2 a temperaturas superiores a los +31C (temperatura crtica), puede ocurrir que toda la fase lquida CO2 se transforme en vapor (homogenizacin a vapor); esto slo ocurre cuando la densidad es inferior a 0.4. En el caso de que la inclusin sea rica en metano dominar la fase gaseosa CH4 a temperaturas por encima de -82.1C.

2.5. Tcnicas microscpicas de trabajo

El instrumento bsico para llevar a cabo un estudio de inclusiones fluidas, es la platina calentadora-crioscpica o refrigerante, pero existen otros medios ms o menos sofisticados para completar este tipo de investigacin. Entre los que requieren el concurso de un microscopio podemos citar la platina de quebrantacin o aplastamiento ("crushing stage"), la microscopa ultravioleta e infrarroja, la microscopa electrnica de barrido o "scanning" (SEM) para las fases slidas y de transmisin (TEM) y la espectroscopa con microsonda laser-Raman. De las tcnicas no microscpicas destaca la "decrepitometra", el anlisis por activacin neutrnica (NAA) y el anlisis qumico, ya sea por ICP (AES y/o MS), absorcin atmica (AA), cromatografa gas-lquido, colorimetra, etc. El detalle de los procedimientos de estos aparatos y los objetivos que pretenden, pueden ser consultados en los diferentes manuales relativos al estudio de las inclusiones fluidas, o bien, en artculos diversos de reciente aparicin. Aqu solo citaremos, muy someramente, a la platina calentadora-crioscpica.

Existe un mercado de platinas que cumplen con los requerimientos que exige esta metodologa. Ls ms conocidas son Chaixmeca (Francia), Linkam (U.K.) y Reynolds (USA) que alcanzan los +600C y pueden trabajar a bajas temperaturas (hasta -180C). Para casos especiales, en donde se requiere alcanzar temperaturas ms elevadas, la casa Leitz ha fabricado diferentes modelos que alcanzan hasta los 1350C y Linkam otro que llega hasta los 1500C. Todas estas platinas usan objetivos de larga distancia, siendo el de mejores prestaciones el x50 Leitz, x60 Nikon y x80 OLYMPUS. Estos objetivos deben ser bien refrigerados, enrollndoles un serpentn por el que se hace pasar agua fra, cuando se trabaja a temperaturas superiores a los 250C.

Las diferentes configuraciones de estos instrumentos, brindan ventajas e inconvenientes complementarios que provocan en los usuarios ser partidarios de uno u


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otro instrumento. Todas estn dotadas de platina desplazable con tornillos segn las direcciones X-Y, a la que va sujeta un pequeo microhorno, el termopar de control de la temperatura y un conducto interno para el paso de la corriente de aire lquido que provoca el enfriamiento. Van provistas de una lente condensadora sobre la que se dispone la muestra, con una ventana de pocos mm de dimetro. Entre los datos tcnicos tenemos: resolucin de la temperatura de 0.1C, con control semiautomtico mediante consola en donde se puede "programar" la rampa de temperatura a la que ha de llegar el calentamiento, pero no la de enfriamiento (en dos minutos puede alcanzar los -150C). Normalmente la platina se opera desde la consola, eligiendo en diferentes pantallas el umbral de temperatura sobre el que se desea trabajar, la temperatura a la que opera en cada momento la platina, la "rampa" de calentamiento y el control del paso del aire lquido.

Entre las limitaciones figura la ausencia de control de calentamiento por debajo de los -50C, la presencia de condensaciones de vapor de agua (escarcha) en las lentes a bajas temperaturas, la imprescindible refrigeracin durante las fases de fuerte calentamiento y la necesaria calibracin mediante sustancias de bajos puntos de fusin bien establecidos. Este ltimo punto obliga a repetir peridicamente los calibrados si queremos precisar la cuanta de los errores sistemticos que se van introduciendo en las medidas.


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3 SISTEMAS DE INTERES EN EL ESTUDIO DE LAS INCLUSIONES FLUIDAS

3.1 Introduccin 3.2 Sistema H2O 3.2.1 Fenmenos debidos a enfriamiento 3.2.2 Fenmenos debidos a calentamiento 3.3 Sistema H2O-NaCl 3.4 Sistemas polisalinos: sistema H2O-sales 3.4.1 Correcciones de presin y salinidad 3.4.2 Calentamiento y disolucin de los minerales hijo

3.4.3 Fluidos salinos con un contenido superior al 26.3% NaCl 3.4.4 Determinacin de las isocoras de una inclusin 3.5 Sistema H2O-CO2 3.5.1 Fenmenos en sistemas acuosos salinos ricos en CO2. 3.5.2 Temperatura de homogenizacin en el sistema H2O-CO2 3.5.3 Efecto de la presencia de NaCl en el sistema H2O-CO2 3.5.4 Clculo del % de CO2 3.5.5 Correcciones de presin 3.6 Sistemas con hidrocarburos (HC) 3.6.1 Sistema CO2-CH4 (no acuoso)

3.1. Introduccin

En la interpretacin de las inclusiones fluidas se utiliza la comparacin entre los datos obtenidos en el laboratorio y los comportamientos de diferentes sistemas tericos, bien conocidos experimentalmente, con los cuales podemos relacionar nuestro problema. Normalmente se utilizan diagramas simplificados del tipo P-T (o bien, P-V-T-X). A continuacin se resumen algunos datos de los sistemas ms sencillos en el estudio de las inclusiones fluidas.

De acuerdo con Burrus (1981), para el estudio de los sistemas de un solo componente es conveniente partir de equilibrios representados en funcin de la temperatura (T) y el volumen molar (V) como variables independientes de la energa libre de Helmholtz. Esto se justifica porque en estos sistemas:

a) se asume que la inclusin fluida es un sistema a volumen constante (V=Cte), b) la temperatura viene fijada por las etapas de calentamiento y enfriamiento (T), c) se considera que la composicin de la inclusin fluida permanece sin variacin

despus del atrapamiento (Composicin=Cte).

Tomando estas consideraciones como punto de partida, si pudieramos identificar las fases presentes y determinar las temperaturas a las que aparecen y desaparecen y, adems, disponer de datos del sistema estudiado por va experimental en el laboratorio, podramos determinar la composicin y densidad de la solucin encerrada en la inclusin.

En el ambiente hidrotermal para los sistemas de un solo componente, las


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propiedades crticas P, T y punto triple de los sistemas ms frecuentes son las siguientes:

Sistema T C crtica P bars crtica T C Punto Triple

H2O +374.0 220.0 + 0.015 CO2 + 31.1 73.6 - 56.6 H2S +100.4 89.8 - 85.5 CH4 - 82.1 46.3 -182.5 SO2 +157.8 78.5 - 72.7

El comportamiento general de estos sistemas puede ilustrarse con el bloque diagrama P-V-T que se muestra en la Fig. 13. En este grfico adems se incluyen las proyecciones T-V (polibricas) y la proyeccin P-T de los equilibrios de fase, en el que podemos asumir que el volumen molar es equivalente al inverso de la densidad.

Fig. 13. Bloque diagrama simplificado P-V-T vlido para sistemas del tipo H2O y CO2. Para una mejor comprensin ver el texto.


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Las temperaturas de homogenizacin Th, las podemos leer en los diagramas P-T (Fig. 13 y 14), teniendo en cuenta algunas cuestiones. En primer lugar debemos asumir que la inclusin cuando fue atrapada por el crecimiento del cristal estaba formada de un solo componente, el cual, a la presin ambiente del laboratorio, homogeneiza a lquido a una tempertura Th. Puesto que suponemos que el volumen de la inclusin se ha mantenido constante desde que fu atrapada (no ha habido leakage, ni stretching), a esta temperatura le corresponder una isocora o lnea en el campo P-T que representa condiciones de igual densidad. Si conocieremos el valor de la presin de atrape (Patrape), podramos realizar una "correccin" de temperatura. Es decir, fijar la temperatura de atrape (Tatrape) o de formacin, que obviamente es mayor que la de homogenizacin (Th).

Fig. 14. Fragmento del diagrama P-T de la figura anterior que muestra la diferencia existente entre la temperatura de homogenizacin Th a lquido y la de atrape Tat, de una inclusin de volumen molar V1 (ver Fig. 13)

Para comprender mejor estos problemas hay que estar familiarizado con la Regla de las Fases de Gibbs. Por ejemplo, si tenemos en la inclusin fluida un sistema de un solo componente y observamos tres fases coexistiendo en equilibrio (e.g., un sistema acuoso con hielo, agua y vapor de agua) y comprobamos que se mantiene el volumen constante, es decir, la inclusin no se ha abierto durante su historia, estaremos en el nico caso de equilibrio invariante o punto triple dentro del espacio P-T.

Por tanto, si el ensayo de microtermometra en el laboratorio no nos ofrece la temperatura esperada (p. ej. para el H2O=+0.015 C), podemos afirmar que el sistema se ha visto modificado en su composicin por la presencia de, al menos, otro componente adicional. En el caso del agua componente dominante de las soluciones hidrotermales mineralizadoras lo normal es que la adicin de sales en distinta proporcin rebajen la


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temperatura del punto triple (de esta manera estamos en el caso ms general del sistema H2O-NaCl). De cualquier manera, la complejidad y dificultad de interpretacin de estos problemas la va a mostrar el estudio individualizado de los sistemas ms importantes (e.g., H2O, H2O-NaCl, CO2, H2O-CO2, etc) que resumimos a continuacin.

3.2. Sistema H2O

Parece obligado empezar por el estudio del sistema H2O que es, de entre los sistema con un nico componente, el ms frecuente y conocido. Considerando presiones inferiores a las 2,000 atm y temperaturas no excesivamente bajas, podemos encontrar una, dos o tres fases en equilibrio como hielo ordinario, agua lquida y vapor (Fig. 15). Sin embargo, a presiones muy elevadas, el hielo presenta varias estructuras muy compactas (fases I a VII en Fig. 16), con densidades ms elevadas que el agua. La parte del sistema que ms interesa en geologa es la de bajas presiones y temperaturas (Fig. 15) correspondientes al ambiente hidrotermal, cercanas al punto triple o punto invariante, donde pueden coexistir en equilibrio slido, lquido y vapor (a 0.0098C y 4.58 mm de presin).

Fig. 15. Diagrama P-T del sistema H2O (ver explicacin en el texto). 760 mm = 1 atm; 4.58 mm = 0.006 atm; 1 bar= 0.9869 atm.

El diagrama de la figura 15 muestra el espacio P-T dividido en tres reas o zonas de equilibrio bivariante para las fases hielo, agua lquida y vapor, separadas por las curvas mono- o univarariantes que se unen en un punto triple de equilibrio invariante. Las caractersticas ms importantes de este diagrama son:

1) Curva AC o curva univariante de presin de vapor del agua, que delimita las temperaturas de ebullicin fijadas por sus correspondientes presiones; p. Ej., a la presin atmosfrica (760 mm) la temperatura de ebullicin es de 100C. Esta curva se extiende hasta E lo que indica una zona de equilibrio metaestable a baja presin y temperatura. Ocurre que el agua sobreenfriada lentamente persiste en estado lquido algunos grados por debajo del cero, a la izquierda del punto triple, de manera que en lugar de hielo tendremos lquido. Si bien esta lnea AE supone una mayor energa, su diferencia con la que le corresponde a la curva de presin de vapor del hielo AB es muy


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pequea. La tendencia ser pasar del estado metaestable al estable, cediendo energa (p. ej., si tenemos el agua sobreenfriada a -2C, al aadir algunos cristales de hielo se congelar y se desprender calor).

2) Curva AD cuya pendiente negativa manifiesta que al aumentar la presin disminuye la temperatura de fusin del hielo. En ella se encuentra situado el punto de fusin normal del hielo que a una presin de 760 mm es de 0.0023C. El cero termomtrico (0C) corresponde al de congelacin del agua saturada en aire (N2, CO2) a 760 mm.

3) Curva AB, o curva de presin de vapor del hielo, propia de bajas presiones y temperaturas. Su conocimiento como principio de la sublimacin del hielo, es vital para las modernas tcnicas de liofilizacin o criodesecacin, bsicas en la industria alimentaria y farmacutica.

3.2.1 Fenmenos debidos a enfriamiento

La complejidad del sistema H2O a bajas temperaturas, viene condicionada por la existencia de varios polimorfos del hielo a altas presiones. En un diagrama T-V (Temperatura-Volumen molar) polibrico podemos considerar cuatro inclusiones fluidas hipotticas con volmenes molares diferentes, V1, V2, V3 y V4 (Fig. 16). Calentando desde la regin de bajas temperaturas (despus de haber sido congeladas en la platina) observaremos los siguientes comportamientos:

a) La de menor volumen molar, V1, compuesta de Hielo I y III, comenzar a fundir a -21C, resultando una asociacin de Lquido + Hielo I. Este hielo fundir a una temperatura por debajo del cero y terminar consiguiendo la homogenizacin a lquido.

Fig. 16. Diagrama esquemtico T-V, polibrico, incluyendo varios puntos invariantes para los polimorfos del hielo (I, II, III, IV V y VI) a altas presiones.


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b) La que presenta un volumen V2, formada por Hielo I, comienza la fusin a una temperatura por debajo del cero, en la que tendremos Lquido + Hielo I. Por encima del punto invariante, a la temperatura de +0.1C, desaparece completamente el hielo y el lquido se equilibria con vapor. Al calentar hasta una temperatura superior a T2, logramos que homogeneize en lquido, desapareciendo completamente el vapor.

c) La V3 toma como punto de partida, a las temperaturas por debajo de los -30C, la asociacin Hielo I + Vapor. Si calentamos, estos cristales de hielo se irn reequilibrando (recristalizacin) hasta los 0.1C en donde darn paso a la asociacin Lquido + Vapor. A la temperatura T3 el vapor se desvanece y la inclusin homogeneiza en lquido.

d) La inclusin V4 proceder de igual manera que la anterior (V3) con la diferencia de que la homogenizacin se hace a fase vapor, desapareciendo todo el lquido por desvanecimiento del menisco entre L y V.

En definitiva, como acabamos de ver el hielo puede fundir a cero grados en presencia de vapor, o por debajo del cero en su ausencia, e incluso, podra mantenerse por encima del punto triple de manera metaestable. Tambien se observa que en el caso de que el vapor coexista con el hielo, cualquier desviacin de la temperatura de fusin (0.015C) para el agua pura, prueba que al sistema se le han adicionado otras sustancias.

Fig. 17. Diagrama T-densidad (r en g/cm3) del sistema H2O en el que se muestran los tipos principales de homogenizacin de inclusiones, segn su densidad. p.c. = punto crtico.

3.2.2 Fenmenos debidos a calentamiento

Si trabajamos con inclusiones acuosas y estas se someten a procesos de calentamiento, podemos esperar diferentes comportamientos. En primer lugar, la temperatura de homogenizacin ser diferente segn la densidad de la inclusin (o


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grado de relleno, r= VL/VL+Vv), pudindose encontrar tres modos de evolucin diferentes (Fig. 17):

(a) homogenizacin a estado lquido (L + V L) (b) homogenizacin a estado gaseoso (L + V V) (c) homogenizacin crtica (L + V Fluido supercrtico)

El caso (a) recoge el comportamiento ms frecuente, ya que la inclusin presenta mayor proporcin de lquido que de vapor (p.ej., densidades prximas a 0.8) y homogeneiza a lquido a unos 270C. El caso (b) propio de inclusiones con muy baja densidad (inferior a 0.15) quiere representar el comportamiento de las inclusiones que han sido atrapadas en ambientes de ebullicin, caracterizados por la coexistencia de fases vapor y lquido. Estas consiguen la homogenizacin a estado vapor (en la Fig. 17 a unos 350C).

En el caso (c) se desvanece el menisco entre L y V, no pudindose comprobar si el paso se hace a Lquido o a Vapor. Recordemos que la curva que separa el campo bifsico (L + V) del monofsico (L o V) o curva de las dos fases, tiene como caracterstica la de presentarse en forma de domo, con menor pendiente (muy aplastada) en la regin de mayores temperaturas, en la que se logra la total homogenizacin con un calentamiento de unos pocos grados.

Fig. 18 Diagrama T-X para el sistema H2O-NaCl (a la presin de 1 bar); todas las fases

estn en equilibrio con vapor (segn Potter et al., 1978).

3.3. Sistema H2O-NaCl

Como hemos visto, en los sistemas acuosos podemos medir dos transiciones de fase importantes: la temperatura de homogenizacin que implica la temperatura mnima de formacin y la fusin de la fase hielo (en presencia de vapor) que nos marca si el sistema es simplemente acuoso o tiene sales disueltas. A medida que desciende el punto


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de fusin mayor ser el porcentaje de sales disueltas. Vamos a estudiar el caso ms sencillo de este problema que es, por otro lado, el ms frecuente: adicin de NaCl al agua.

En este sistema binario con un punto eutctico se pueden formar varias fases slidas: hielo, hidrohalita (NaCl.2H2O) y halita (Fig. 18). El rango ms frecuente de los fluidos naturales, fundamentalmente acuosos, se puede establecer entre los 0% y 60% wt. NaCl. En este sistema tenemos un punto eutctico a temperatura de -20.8C (Te), por debajo de la cual coexistirn hielo e hidrohalita. Para conocer la composicin de estos sistemas es imprescindible disponer de buenas medidas de temperatura de fusin de los slidos, lo que implica que observemos lo que pasa en la inclusin una vez congelada.

En primer lugar, observamos que existen dos regiones diferentes a la izquierda y derecha del punto eutctico (situado a -20.8C y 23.3% wt NaCl). No obstante, la posicin de este punto puede desplazarse, en condiciones de metaestabilidad, hacia la temperatura de -28C y 26% NaCl, tal como indica la Figura 18.

a) a la izquierda se extiende el campo del Hielo+L al que pertenecen todas las inclusiones de baja y media salinidad. La presencia de hielo se reconoce fcilmente ya que:

- presenta un ndice de refraccin muy bajo, n=1.3 (e=1.313 y v=1.309, hexagonal), es incoloro y funde congruentemente a 0C.

- al recristalizar forma pocos y grandes cristalitos con morfologas redondeadas, casi esfricos.

b) a la derecha del punto eutctico (23.3% wt NaCl) se encuentran el campo de la Hidrohalita + L y y el de la Halita + L, propios de las inclusiones de elevada salinidad, con fusin incongruente prxima a los cero grados (+0.1C). Los cristalitos de hidrohalita pueden llegar a presentar cierta anisotropa (con retardos de hasta 1er orden, visibles en los cristales mayores), lo que les presta cierta coloracin amarillenta. Los caracteres para su distincin son:

- ndice de refraccin mayor que el hielo (n=1.416) pero menor que la halita (cbica, incolora, con ndice de refraccin 1.544) y fusin incongruente (a +0.1C).

- cuando comienza la fusin del hielo y la hidrohalita, esta aparece al microscopio como un fino granulado turbio (resultado de la asociacin Hidrohalita + L). Esta temperatura eutctica Te debe tomarse como la de comienzo de fusin. Finalmente la desaparicin del ltimo crista se toma como temperatura de fin de fusin o temperatura de melting (Tm).

Para sistematizar estos comportamientos en el laboratorio podemos presentar un tpico proceso de calentamiento de una inclusin acuosa dbilmente salina (Fig. 19), desde la regin de las bajas temperaturas. Esta nos proporcionara la siguiente evolucin:

1) La inclusin congelada por debajo de los -70C se muestra con aspecto turbio, opalescente, en el que no distinguiremos con claridad que parte es hielo y cual es hidrohalita. Normalmente el glbulo de gas ha sufrido una deformacin por el aumento de volumen de las fases slidas: - si se deforma mucho la burbuja de gas probablemente domina el hielo (solucin


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muy poco salina); en cambio, - si la burbuja se deforma poco o nada, probablemente domina la hidrohalita

(solucin muy salina).

2) La aparicin de un dbil granulado (superficie de la inclusin con aspecto "rugoso") demuestra el comienzo de la fusin con presencia de algo de fase lquida, es decir, nos indica la temperatura eutctica (Te). Aunque no hayamos podido observarlo, sabemos que la fase hidrohalita ya ha desaparecido. Si la temperatura de este eutctico Te es de -21.2C, inferior a -20.8C, estamos en un sistema en el que se han aadido otros tipos de sales; por lo general en las soluciones naturales se suele encontrar CaCl2, KCl y/o MgCl.

3) El aumento "instantneo" de la transparencia en la parte congelada marca claramente el comienzo de la fusin del hielo. Posteriormente va decreciendo paulatinamente la proporcin de hielo que finalmente funde a una temperatura concreta que se toma como temperatura de fin de fusin o temperatura de melting (Tm); en el ejemplo (Fig. 19) a -3.5C tiene lugar la desaparicin del ltimo cristal de hielo. Los cristales de hielo adquieren formas redondeadas, caracterizadas por su bajo ndice con relieve negativo. El proceso de recristalizacin conduce a la formacin de unos pocos cristales de mayor tamao y tendencia a la isometrizacin (de acuerdo con el principio de Curie para minimizar la energa). Es importante comprobar que lo que acaba de fundir es hielo (grandes cristales transparentes, redondeados y de bajo ndice), ya que en caso contrario habra fundido hidrohalita (pequeos cristales poco visibles) y estaramos en un sistema fuertemente salino.

Fig. 19. Secuencia de dibujos mostrando los cambios que se observan durante los procesos de congelacin de una inclusin acuosa de baja salinidad (~5% NaCl).

Del comportamiento descrito podemos deducir las caractersticas composicionales de la inclusin fluida problema, especialmente la proporcin de NaCl:

a) se trata de un sistema practicamente puro H2O-NaCl ya que la temperatura del eutctico (-20.8C) dista muy poco de la observada (-21.2C).

b) la proporcin en peso de NaCl contenido en la solucin puede deducirse directamente. Si la Tm = -3.5C, la salinidad es ~5.5% NaCl aplicando la ecuacin experimental de Potter et al., (1978):

% NaCl = 1.76958Tm + 4.2384x10-2xTm2 + 5.2778x10-4xTm3 ( 0.028)


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es decir, corresponde a una solucin acuosa dbilmente salina. En el Anexo se presenta una tabla de salinidades (Tabla A) expresadas en % wt. NaCl, correspondientes a las temperaturas de fin de fusin del hielo (freezing points, Tm) de inclusiones fluidas en presencia de vapor (segn Bodnar, 1992). La ecuacin que ha usado Bodnar (1992) produce resultados prcticamente idnticos y es la siguiente:

Salinidad (% wt.) = 1.78xTm - 0.0442xTm2 + 0.000557xTm3

Fig. 20. Trayectoria de la fusin en una inclusin fluida rellena de un lquido correspondiente al sistema H2O-NaCl-CaCl2.

En el caso de una inclusin de mayor salinidad los cambios que se producirn en la platina del microscopio sern algo diferentes (Fig. 20). El comportamiento que se observar puede ser muy similar al ejemplo que se describe a continuacin:

1) Una vez congelada la inclusin, aproximadamente a -70C, comienza a distinguirse un fino granulado con tonalidad marrn-plida y disminucin apreciable del volumen que ocupa el gas; normalmente la burbuja se muestra deformada.

2) Aproximadamente a la temperatura de -47.7C se nota un incremento en el caracter granulado y por tanto en la transparencia, con formacin de pequeos grumos de slidos. Esta temperatura, dificil de definir al microscopio con precisin, debe tomarse como temperatura del eutctico ternario (Te). Consultando la bibliografa veremos que se aproxima a la del sistema H2O- CaCl-NaCl (Te = -49.8C), por lo que podemos aceptar que nuestro sistema tiene CaCl2.

3) Aumentando la temperatura se llega a observar la desaparicin de una de las fases slidas, quedando en este caso nicamente pequeos cristales subredondeados que interpretamos que son de hielo; lo que implica la fusin total de la hidrohalita. Esta temperatura se toma como de comienzo de la fusin del hielo, que en este ejemplo se realiza a los -26.8C. Si comparamos con la temperatura del eutctico del sistema H2O-NaCl (Te = -20.8C) deduciremos que en este sistema se encuentran otras sales disueltas. En general, la adicin de sales rebaja el punto eutctico, siendo la ms frecuente el CaCl2, pero tambien podra tratarse de KCl, MgCl o FeCl2.

4) A medida que aumenta la temperatura, el hielo va recristalizando y fundiendo, formndose cada vez cristales mayores (minimizando energa superficial),


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redondeados y bastante transparentes. Finalmente, a -10.1C desaparece el ltimo cristal esfrico de hielo, con lo que ya tenemos la temperatura de fin de fusin (Tm). Aplicando la ecuacin de Potter et al., (1978) se obtendra una salinidad equivalente al 14.1% NaCl.

Con estos datos y utilizando el diagrama ternario de la Fig. 21 correspondiente al sistema H2O-NaCl-CaCl2, podemos deducir las proporciones de sales disueltas. El procedimiento a seguir es el siguiente: unir con una recta el vrtice del tringulo correspondiente al H2O con el punto correspondiente al eutctico (t2 en la Fig. 21 o temperatura de fusin de Hidrohalita en presencia de Lquido + Hielo), situar con la ayuda de las isotermas la posicin del punto correspondiente a la Tm (t3), triangular para conocer la composicin concreta del fluido en el sistema (triangulo completo al 100%). La interseccin de esta recta con la base del tringulo, entre los vrtices NaCl y CaCl2, nos define la relacin CaCl2/NaCl, siendo % NaCl = b/(a+b)x100 y % CaCl2 = a/(a+b)x100.

Fig. 21. Fragmento del sistema ternario H2O-NaCl-CaCl2 (Borisenko, 1977) mostrando algunas isotermas y la evolucin de fusin de la inclusin fluida mostrada en la Fig. 20 y descrita en el texto. Al punto ternario eutctico le corresponde la temperatura de -49.8C, encontrndose todas las fases en equilibrio con vapor. En el rea sombreada de la figura de la derecha tenemos antarticita (CaCl2.6H2O) + Lquido.

3.4. Sistema H2O-sales

En general, la presencia de sales en el sistema H2O hace descender el punto de congelacin, siendo su disminucin proporcional al porcentaje de sales disueltas. Pero no todas las sales hacen descender el punto de congelacin en la misma medida. La Fig. 22 muestra grficamente el efecto de "depresin" en el punto de congelacin de las soluciones en funcin de las distintas proporciones de las sales ms frecuentes (NaCl, CaCl2, MgCl2, KCl). Consiguientemente, la existencia en una solucin acuosa de varias


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sales en distintas proporciones, hace dificil de estimar los tipos de sales implicadas y sus proporciones. En estos casos y de manera convencional se utiliza una estimacin de la salinidad, expresada en "equivalentes de NaCl", ya que esta sal es por lo general la ms abundante y se comporta de forma intermedia entre las que cambian poco y las que cambian mucho el punto de congelacin (Fig. 22).

Tabla 4 Temperaturas del punto eutctico para diferentes sistemas salino-acuosos (a 1 atm)

Sistema salino Temp. eutctico (C) Fases slidas H2O-NaCl-CaCl2 -55 hielo+NaCl.2H2O+CaCl2.6H2O (-52) H2O-MgCl2-CaCl2 -52.2 hielo+ MgCl2.12H2O+CaCl2.6H2O H2O-KCl-CaCl2 -50.5 hielo+ CaCl2.6H2O H2O-CaCl2 -49.8 hielo+ CaCl2.6H2O H2O-Na2CO3-K2CO3 -37.0 hielo+ (Na,K)2CO3.6H2O+ K2CO3.6H2O H2O-NaCl-FeCl2 -37.0 hielo+ NaCl.2H2O+FeCl2.6H2O H2O-FeCl2 -35.0 hielo+ FeCl2.6H2O H2O-NaCl-MgCl2 -35.0 hielo+ NaCl.2H2O+MgCl2.12H2O H2O-MgCl2 -33.6 hielo+ MgCl2.12H2O H2O-NaCl-KCl -23.5 hielo+ NaCl.2H2O+ KCl.nH2O (-22.9) H2O-NaCl-NaSO4 -21.7 hielo+ NaCl.2H2O+Na2SO4.5H2O H2O-NaCl-NaHCO3 -21.8 hielo+ NaCl.2H2O+NaHCO3 H2O-NaCl-Na2CO3 -21.4 hielo+ NaCl.2H2O+Na2CO3.10H2O H2O-NaCl -21.2 hielo+ NaCl.2H2O (-21.8) H2O-KCl -10.6 hielo+ KCl.nH2O H2O-NaHCO3-Na2CO3 -3.3 hielo+NaHCO3+Na2CO3.10H2O H2O-NaHCO3 -2.3 hielo+NaHCO3 H2O-Na2CO3 -2.1 hielo+Na2CO3.10H2O H2O-Na2SO4 -1.2 hielo+Na2SO4.10H2O

Fig. 22 Descenso del punto de congelacin del agua para diferentes contenidos de KCl, NaCl, CaCl2 y MgCl2 (segn Linke, 1965).


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El conocimiento de los diferentes puntos invariantes en los sistemas salino-acuosos puede ayudar a sugerir el tipo de solucin que tenemos como problema. La Tabla 4 recoge una seleccin de datos bibliogrficos para diferentes sistemas salinos de inters en el estudio de las inclusiones fluidas, con indicacin de las temperaturas eutcticas y las fases slidas posibles. Los datos discrepantes que contiene la tabla (vienen mostrados entre parntesis), proceden de distintos autores y quizs se deban a la existencia de fenmenos de metaestabilidad.

En resumen, en el estudio de laboratorio de las inclusiones fluidas, si queremos abordar de manera semicuantitativa la estimacin de la composicin de las soluciones, tenemos que buscar las temperaturas clave: 1) en primer lugar la temperatura eutctica que nos dar aproximadamente el sistema en el que estamos, y 2) la temperatura de fin de fusin del hielo o del hidrato correspondiente (ltima fase slida) que usaremos para la estimacin del contenido salino.

En las figuras 23 y 24 presentamos como ejemplo otros diagramas binarios y ternarios salinos importantes que pueden ayudar a discutir y resolver algunos problemas frecuentes: sistema H2O-CaCl2 (Fig. 23) y sistema H2O-NaCl-KCl (Fig. 24).

Fig. 23. Diagrama T-X para el sistema CaCl2-H2O a la presin de 1 bar; todas las fases coexisten con vapor (Potter y Clyne, 1978).

Fig. 24. Diagrama ternario T-X para el sistema NaCl-KCl-H2O (Linke, 1965).

Date post:	16-Oct-2015
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Introduccion Al Estudio de Inclusiones Fluidas

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