Número: 406/2009
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS GEOLOGIA E RECURSOS NATURAIS
DANIELE BECK CARDOSO
Estudo da alteração hidrotermal e supergênica do depósito de cobre pórfiro El Salvador - Chile, usando sensoriamento remoto multiespectral e hiperespectral
Dissertação apresentada ao Instituto de Geociências como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Geociências, na Área de Concentração em Geologia e Recursos Naturais.
Orientador: Prof. Dr. Alvaro Penteado Crósta
CAMPINAS - SÃO PAULO Fevereiro - 2009
© by Daniele Beck Cardoso, 2009
Catalogação na Publicação elaborada pela Biblioteca do Instituto de Geociências/UNICAMP
Cardoso, Daniele Beck.
C179e Estudo de alteração hidrotermal e supergênica do depósito de cobre pórfiro El Salvador – Chile, usando sensoriamento remoto multiespetral e hiperespectral / Daniele Beck Cardoso-,SP.: [s.n.], 2009.
Orientador: Álvaro Penteado Crosta.
Dissertação (mestrado) Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências.
1. Sensoriamento remoto. 2. Alteração hidrotermal. 3.
Analise espectral. 4. Cobre – Minas e Mineração. I. Crosta, Álvaro
Penteado. II. Universidade Estadual de Campinas, Instituto de
Geociências. III. Título.
El Salvador porphyry copper deposit, Chile: a study using multispectral and hyperspectral remote sensing data.
Keywords: - Remote sensing;
- Hydrothermal alteration;
- Spectral analysis;
- copper - mines and mining
Área de concentração: Geologia e Recursos Naturais Titulação: Mestre em Geociências.
Banca examinadora: - Alvaro Penteado Crosta; - Raimundo Almeida Filho; - Lena Virginia Soares Monteiro. Data da defesa: 26/02/2009
"así es, bajo un sol que no muestra contemplaciones
donde el calor azota tan fuerte que las lagrimas se secan
donde las piedras se hacen parte de nosotros tras cada caida
fue aquí amigo mío
donde forje la persona que soy ahora y que ves frente a ti"
Dedico esse trabalho ao meu avô Waldyr Beck, por tudo, mas, principalmente, pela amizade que construímos nesses últimos anos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente, a toda minha família. Especialmente aos meus pais, Eliana e Neri, à minha irmã Denise, meus avós Waldyr e Celeida e meu tio Vili pelo incentivo, pelas palavras de apoio e principalmente pelo amor incondicional que não me deixaram desistir em nenhum momento, sobretudo nos mais difíceis.
Ao Prof. Alvaro, pela excelente orientação ao longo dos últimos anos, pelos ensinamentos, pela dedicação e amor com os quais desenvolve suas tarefas, e que com certeza inspirou em mim a paixão pela pesquisa científica e a entrega e entusiasmo com os quais exerço minha profissão. Também pela confiança que sempre depositou em mim.
Ao CNPq pela bolsa de mestrado concedida.
Aos Profs. Drs. Jeffrey Hedenquist e Yasushi Watanabe, pela sugestão inicial do projeto, por cederem suas amostras de campo e por suas valiosas colaborações no decorrer da pesquisa.
À CODELCO (Corporación Nacional del Cobre de Chile), na pessoa do Geól. Jorge Skarmeta, pela permissão de acesso à mina e pelo suporte logístico durante a etapa de campo.
Aos geólogos chilenos América Olivares, Jose Toro e Jorge Osório, por me ensinarem a ver a beleza do deserto do Atacama.
Ao Dr. Alex Goetz por sua aura inspiradora que, em poucas horas de trabalho, me ensinou muito sobre espectroscopia de reflectância, mas principalmente sobre humildade,.
Aos funcionários do Instituto de Geociências, especialmente ao anjo chamado Val e à Edinalva.
Aos meus queridos amigos do IG-Unicamp, pela convivência, risadas e amizade, principalmente Gutinho, Guto, Felipe, Vanessa, Henrique e Érico.
Aos meus amigos de todas as horas: Danilo, Cris, Kátia, Willian, Marcinho, Mônica, Lyza, Ana Flávia e mi franchute Anne por se fazerem presentes em todos os momentos da minha vida.
Ao Gustavo Garcia Fontes Duarte, meu cocoto, pelo seu amor inquebrantável.
... Índice Capítulo 1 – Introdução ...1 Introdução...1 Objetivos ...2 Materiais e Métodos ...3 Equipamentos ...3 Base de dados ...3 Aplicativos de software ...4 Localização da área ...6
Capítulo 2 – Aspectos Geológicos ...9
Apresentação...9
Geologia local...14
A região de El Salvador – Chile ...14
Introdução...23
Espectroscopia de Reflectância ...23
Análise e interpretação dos dados de espectroscopia de reflectância...26
Capítulo 4 – Técnicas de Mapeamento de Minerais de Alteração Utilizando Processamento e Interpretação de Imagens ASTER e Hyperion ...33
O Sensor ASTER...33
Espectroscopia de Imageamento...34
Caracterização Espectral dos Minerais de Referência ...34
Processamento Multiespectral da Imagem ASTER...35
Classificação espectral SAM (Spectral Angle Mapper)...36
O sensor Hiperion e a espectroscopia de imageamento hiperespectral...40
Capítulo 5: Conclusões ...47
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS GEOLOGIA E RECURSOS NATURAIS
Estudo da alteração hidrotermal e supergênica do depósito de cobre pórfiro El Salvador - Chile, usando sensoriamento remoto multiespectral e hiperespectral
RESUMO
Dissertação de Mestrado Daniele Beck Cardoso
Foram avaliadas neste estudo técnicas exploratórias para a caracterização da alteração hidrotermal da região do depósito de cobre pórfiro de El Salvador, Chile. O trabalho abrangeu análises por espectroscopia de reflectância de 238 amostras de rochas com alteração hidrotermal, cobrindo parte do distrito de El Salvador. Estas análises foram utilizadas na caracterização mineralógica da alteração hidrotermal relacionada à formação deste depósito, auxiliando na avaliação da distribuição espacial das assembléias mineralógicas hidrotermais em superfície. Em seguida, foram analisadas imagens orbitais multiespectrais do sensor ASTER e hiperespectrais do sensor Hyperion, com o intuito de identificar as assembléias de minerais de alteração hidrotermal abrangendo a área do depósito e o seu entorno. O conjunto de corpos mineralizados que formam o distrito de El Salvador encontra-se associado a andesitos e brechas de composição andesítica de idade Paleocênica, incluindo diques, rochas piroclásticas e epiclásticas, que intrudem e recobrem andesitos e brechas andesíticas de idade Cretácea. Estas rochas formam um domo riolítico complexo que constitui a maior parte da região do depósito. Foram analisados, qualitativamente, os espectros de reflectância de um conjunto de amostras na faixa de energia eletromagnética relativa ao infravermelho de ondas curtas (SWIR), com a finalidade de identificar os principais minerais de alteração hidrotermal e supergênica, e suas distribuições espaciais em superfície. Nesta porção do espectro eletromagnético é possível avaliar variações na composição mineralógica e na cristalinidade dos minerais das assembléias de alteração hidrotermal, expressas na forma de feições de absorção de energia. A análise consiste na identificação da forma geral das curvas de reflexão da energia e na identificação e caracterização das principais bandas de absorção, para posterior comparação com curvas espectrais de referência, provenientes de bibliotecas espectrais. Os dois principais corpos mineralizados estudados foram Cerro Pelado e Turquoise Gulch. Em Cerro Pelado foram identificados minerais típicos de alteração hidrotermal do tipo argílica: esmectita, ilita, caulinita, ±alunita, ± dickita. Já para o corpo de Turquoise Gulch a mineralogia identificada é típica de alteração argílica avançada: ilita, alunita, caulinita.
Foram feitos também estudos da composição da alteração hidrotermal e supergênica, bem como da distribuição dos principais minerais de alteração (ilita, caulinita, alunita, pirofilita, jarosita, goethita e limonita) em todo o distrito de El Salvador, utilizando imagens dos sensores ASTER e Hyperion. Para tanto foi empregada a técnica de classificação espectral SAM (Spectral Angle Mapper), usando os principais minerais de alteração identificados previamente como endmembers de referência. Os resultados possibilitaram a identificação do zoneamento hidrotermal associado ao depósito de El Salvador.
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS GEOLOGIA E RECURSOS NATURAIS
Hydrothermal and supergene alteration of the El Salvador porphyry copper deposit, Chile: A study using multispectral and hyperspectral remote sensing data
ABSTRACT Daniele Beck Cardoso
Exploration techniques for characterizing hydrothermal alteration were employed at El Salvador porphyry-copper deposit, Chile. Reflectance spectroscopy analysis of 238 samples of hydrothermally-altered rocks, covering part of the El Salvador deposit, was conducted. The results were used for characterizing the hydrothermal alteration mineralogy related to the formation of the porphyry-Cu deposit, indicating the spatial distribution of the hydrothermal mineralogical assembly on the surface. Multispectral and hyperspectral remote sensing data, acquired by ASTER and Hyperion satellite sensors, were then used for identifying hydrothermal alteration assemblies over the entire district and its surroundings.
The multiple centers of mineralization of El Salvador are associated with Paleocenic andesitic rocks and breccias. These deposits include dikes, pyroclastic and epiclastic rocks that intrude and cover Cretaceous andesitic and breccias. These rocks built a rhyolitic domo that makes up the majority of El Salvador region.
Qualitative reflectance spectral analysis of a set of samples in the shortwave infrared wavelength range (SWIR)allowed the characterization of the alteration minerals, as well as the establishment of their spatial distribution. In this portion of the electromagnetic spectrum is possible to evaluated variations in mineralogical composition and the crystallinity of the mineral assemblage of hydrothermal alteration, expressed as energy-absorbing features. The analysis identify the general shape of the curves of reflection energy and the identification and characterization of the main bands of absorption, for later comparison with the reference spectral curves from spectral libraries.
The two main centers of mineralization studied were Cerro Pelado and Turquoise Gulch. In Cerro Pelado the minerals are typical of argillic alteration, comprising smectite, illite, kaolinite, ± alunite, ± dickite. In Turquoise Gulch the mineralogy is typical of advanced argillic alteration, and comprise illite, alunite, kaolinite.
The analysis of the composition of hydrothermal and also supergene alteration, as well as the distribution of the main alteration minerals (illite, kaolinite, alunita, pyrophyllite, jarosite, goethite and limonite) was extended throughout the district of El Salvador, using spaceborne remote sensing images acquired by ASTER and Hyperion. The SAM (Spectral Angle Mapper) spectral classification technique was employed, using the main alteration minerals previously identified as endmembers. The results enabled the identification and characterization of the main hydrothermal zones of the El Salvador deposit.
Capítulo 1 – Introdução
Introdução
Entre os diversos tipos de depósitos minerais encontrados na Cordilheira dos Andes, destacam-se os do tipo cobre pórfiro pela sua importância econômica e por seus volumes de reservas. Dentre os muitos depósitos deste tipo conhecidos nos Andes encontram-se o de El Salvador no Chile. Os depósitos dessa área se formaram por meio de processos hidrotermais que atuaram sobre rochas ígneas de natureza félsica. Por esse motivo, as zonas de alteração que comumente envolvem este tipo de mineralização constituem alvos preferenciais para a exploração mineral utilizando técnicas de sensoriamento remoto. (Sabine 1999).
Alguns depósitos do tipo cobre pórfiro são localizados primeiramente por meio do reconhecimento das rochas hospedeiras alteradas hidrotermalmente, que tipicamente são distribuídas segundo zonas de alteração que envolvem esses depósitos. Os halos de alteração hidrotermal associados a depósitos de cobre pórfiro apresentam algumas características particulares: os fluídos hidrotermais geralmente estão associados a magmatismo diorítico, granodiorítico, granítico e tonalítico; diferenças nas condições de pH e composição química do sistema hidrotermal se relacionam, principalmente, à atividade dos íons K+ e H+, produzindo vários tipos de alteração; as mudanças nos gradientes termais controlam a ocorrência ou ausência de minerais específicos (por exemplo, a ilita é formada entre 200-300º C e a muscovita acima de 300º C, segundo Thompson et al. 1999). Deste modo, as associações de minerais de alteração e sua distribuição espacial são essencialmente controladas por esses parâmetros. A análise dos mesmos constitui, portanto, um importante elemento em projetos de exploração mineral visando à localização de novos depósitos desse tipo.
Padrões de alteração hidrotermal no interior e no entorno de pórfiros são complexos, devido às variações composicionais dos plútons e às diferenças na composição química das rochas hospedeiras. Estes parâmetros adicionais afetam também a forma, o tipo e a distribuição espacial dos halos de alteração hidrotermal (Sillitoe 2000).
Os minerais de alteração que compõem os halos mais rasos de alteração argílica e argílica avançada, em especial argilo-minerais, podem ser usados tanto para a identificação, como também para caracterização de depósitos de cobre pórfiro. Nesse sentido, o estudo desses minerais auxilia na elaboração de modelos de formação e desenvolvimento desse tipo de depósitos, bem como na definição de estratégias exploratórias para os mesmos.
Nesse contexto, tanto a espectroscopia de reflectância quanto o processamento de imagens multiespectrais e hiperespectrais de sensoriamento remoto, tais como aquelas geradas pelos sensores orbitais ASTER e Hyperion, se mostram eficazes na identificação e na caracterização de depósitos do tipo cobre pórfiro. Ambas as técnicas são eficientes para a distinção qualitativa e semi-quantitativa da reflectância espectral dos diversos materiais geológicos, podendo ser utilizadas de maneira complementar em atividades de exploração e de caracterização de áreas potencialmente interessantes para mineralizações do tipo cobre pórfiro (Spatz e Wilson 1994; Thompson et al. 1999). A partir dessas técnicas é possível identificar diferentes tipos de alteração hidrotermal e supergênica, permitindo a avaliação das proporções dos constituintes mineralógicos de cada amostra.
Objetivos
• Avaliar técnicas de processamento digital aplicadas às imagens orbitais dos sensores ASTER e Hyperion visando ao mapeamento e caracterização de áreas de alteração hidrotermal e supergênica em regiões de clima árido;
• Estudar a distribuição espacial dos principais minerais de alteração hidrotermal e supergênica associados ao depósito de cobre pórfiro El Salvador, Chile, a partir de análises qualitativa e quantitativa de dados de espectroscopia de reflectância;
• Comparar e integrar os resultados obtidos por ambas as técnicas para a caracterização dos tipos de alteração do local de estudo.
Materiais e Métodos
A etapa de análise abrangeu o uso de duas ferramentas fundamentais: a espectoscopia de reflectância e sensoriamento remoto multi e hiperespectral. A espectroscopia de reflectância foi utilizada com o intuito de identificar e caracterizar os diferentes minerais presentes em amostras geológicas das zonas de alteração hidrotermal e/ou supergênica. As amostras analisadas nesse estudo foram obtidas em duas oportunidades: o primeiro grupo foi composto por 148 amostras coletadas e cedidas por Y. Watanabe e previamente estudadas por meio de petrografia e difração de raios-X, cujos resultados foram apresentados e discutidos por Watanabe e Hedenquist (2001); um segundo grupo de amostras foi coletado pela autora por meio de amostragem de campo, exclusivamente para esse trabalho e consiste em 90 amostras distribuídas na superfície do depósito de El Salvador. Posteriormente, as curvas espectrais de cada amostra foram comparadas aos pixels das respectivas localidades amostradas, extraídos das imagens dos sensores ASTER e Hyperion, com a finalidade de verificar a distribuição dos minerais de alteração na superfície do depósito de El Salvador, é importante ressaltar ainda, a ausência completa de vegetação na área de estudo.
Equipamentos
• Espectro-radiômetro de reflectância modelo FieldSpec Full Resolution®
, fabricado pela Analytical Spectral Devices (ASD), pertencente ao Laboratório de Espectroscopia de Refletância (LER) do Instituto de Geociências da Unicamp . • Microcomputadores para o processamento digital das imagens de sensoriamento
remoto dos sensores ASTER e Hyperion.
Base de dados
• Imagem do sensor orbital ASTER (multiespectral), cobrindo as regiões do visível-infravermelho próximo (VNIR), visível-infravermelho de ondas curtas (SWIR) e infravermelho termal (TIR) do espectro eletromagnético, em 14 bandas espectrais, com resolução espacial respectivamente de 15, 30 e 90 metros. Os
dados ASTER utilizados foram adquiridos da NASA no nível de processamento 1B, e obtidos em 23 de abril de 2000;
• Imagem do sensor Hyperion (hiperspectral), com 242 bandas espectrais cobrindo o intervalo 400–2500 nm, com resolução espacial de 30 m. Os dados Hyperion utilizados foram adquiridos da NASA, e a aquisição dos dados pelo sensor ocorreu em 09 de setembro de 2004;
Aplicativos de software
• Programas de processamento digital de imagens: ER-Mapper®
, ENVI® (RSI) e FLAASH®;
• Programas para análise dos dados de espectroscopia de reflectância: SIMIS®
Field 2.9, SIMIS® FeatureSearch 1.6 e ENVI® (RSI);
• Programas para integração de dados em ambiente SIG - Sistema de Informação Geo-Referenciadas: ArcMap® 9.0(ESRI) e Arc-GIS® 8.2 (ESRI).
Métodos de trabalho:
Sensoriamento remoto
Foi feito inicialmente o processamento das imagens dos sensores orbitais ASTER e Hyperion, com o objetivo de pré-identificar a distribuição dos minerais de alteração na superfície do depósito. A classificação hiperespectral, baseada em algoritmos originalmente desenvolvidos para o processamento de dados hiperespectrais, compreende a comparação entre a assinatura espectral de cada pixel da imagem, ou seja, de composição desconhecida, com a assinatura espectral de materiais de referência (endmembers). Muito embora desenvolvida para dados específicos, a classificação hiperespectral, como os dados obtidos pelo sensor Hyperion, pode ser adaptada para dados multiespectrais de mais alta resolução espectral, como é o caso dos dados do ASTER, sendo que ambos os tipos de dados foram convertidos para
reflectância. Esses resultados foram utilizados no planejamento do trabalho de campo, para selecionar as áreas do depósito que deveriam ser amostradas no terreno.
Amostragem
O trabalho de campo foi realizado durante dez dias, com a coleta de 90 amostras de rochas nas dependências da divisão El Salvador da empresa CODELCO, que forneceu suporte logístico para este estudo e permitiu o acesso às áreas da mina, bem como informações geológicas de propriedade da empresa. Buscou-se amostrar todas as áreas selecionadas segundo os resultados obtidos na etapa anterior, bem como os corpos mineralizados descritos na literatura.
Nas dependências da mina foram coletadas amostras de rochas representativas dos principais tipos de alterações supergênica e hidrotermal, distribuídas espacialmente na superfície do depósito. As amostras coletadas apresentam-se bastante alteradas (presença de diversos óxidos de ferro e argilominerais) e são caracterizadas como riolitos, andesitos e pórfiros.
Espectroscopia de reflectância
As amostras de rochas alteradas supergênica e/ou hidrotermalmente coletadas no depósito de El Salvador foram inicialmente separadas e conferidas, a fim de possibilitar o trabalho de obtenção de suas curvas espectrais durante a análise por espectroscopia de reflectância.
Por se tratar de amostras de pequenas dimensões (poucos cm2), as medidas de reflectância foram realizadas na superfície lisa proveniente do corte para a confecção de lâmina delgada, no caso das amostras coletadas e cedidas por Y. Watanabe, ou no caso das amostras coletadas pela autora, as medidas de reflectância foram realizadas na superfície da amostra que, originalmente, estava exposta no terreno. Quando possível, uma segunda medida espectral foi tomada na face “interior” da amostra, com a finalidade de verificar mudanças na mineralogia da rocha segundo sua exposição superficial.
Integração dos dados
Nesta etapa foi feita a integração espacial dos diferentes dados obtidos: geológicos, de sensoriamento remoto e de espectroscopia de reflectância, com o objetivo de estudar e caracterizar os minerais de alteração presentes na superfície da área de estudo, utilizando e comparando essas distintas técnicas.
Localização da área
A área de estudo localiza-se na região Norte do Chile, na Província de Chañaral, a uma altitude média de 2.680 metros em relação ao nível do mar. O depósito de El Salvador localiza-se a 2,5 km a noroeste do Distrito de El Salvador, com centro nas coordenadas 26° 15′ S e 69° 37′ W. (Figura 1).
A cidade de El Salvador foi construída para atender às necessidades da empresa mineradora Anaconda, a partir de um projeto do arquiteto Oscar Niemeyer, tendo sido concebida como uma cidade auto-suficiente no meio do deserto de Atacama (Figura 2). A cidade foi projetada na forma de um capacete romano e inaugurada em 1959, mesmo ano em que a primeira barra de cobre produzida em El Salvador chegou à cidade de Nova York (http://www.losandinos.com/).
Figura 1. Localização do depósito de El Salvador, Chile. A imagem orbital Landsat-ETM+ banda 08 na parte de baixo da figura mostra em detalhe a área do depósito.
Figura 2: Cidade de El Salvador (fonte:http://www.losandinos.com)
Aspectos Fisiográficos e Climáticos
A área de estudo está situada na Pré-cordilheira Andina na região do deserto do Atacama, cujo clima predominante corresponde ao desértico de interior, caracterizado por altas temperaturas durante o dia e ausência de nuvens e decréscimo acentuado da temperatura à noite. O relevo é composto por cadeias de montanhas que variam de altitude entre 2.200 a 3.900 metros, sendo que uma das maiores elevações corresponde a cerro Índio Muerto, um dos prospectos mineiros de El Salvador, com altitude média de 3.344 metros (http://www.losandinos.com/). A topografia característica da região, marcada por montanhas íngremes, é um importante fator a se considerar nas etapas de escolha e processamento digital dos dados de sensoriamento remoto, pois a presença de sombra nas imagens pode limitar a eficiência da classificação multi e hiperesctral da área de estudo.
Capítulo 2 – Aspectos Geológicos
Apresentação
Um modelo genético de depósito mineral é uma hipótese de trabalho abstrata, por meio do qual se busca descrever os atributos do depósito e explicar os processos pelos quais o mesmo se formou (Sabine 1999). Segundo esse autor, é de fundamental importância que a busca por depósitos minerais a partir de imagens de sensoriamento remoto se dê com base em modelos pré-estabelecidos, que irão orientar tanto a seleção dos dados a serem usados como também as ferramentas de processamento necessárias.
Os depósitos de cobre pórfiro apresentam algumas características específicas, tais como a correlação espacial e genética com intrusões ígneas de composição félsica (diorítica, granodiorítica, granítica e tonalítica). Os batólitos se formam comumente em arcos vulcano-plutônicos, em arcos de ilhas ou arcos de margens continentais associados ao magmatismo de zonas de subducção. A formação desses depósitos na Cordilheira dos Andes ocorreu em épocas que variam do Mesozóico ao Cenozóico, relacionando-se a zonas de subducção, ambiente tectônico favorável à gênese de corpos de cobre pórfiro. Esses depósitos respondem por cerca de 50% da produção mundial de cobre.
Tipicamente os sistemas de cobre pórfiro apresentam várias fases de intrusão, sendo que as fases iniciais tendem a possuir um teor de Cu mais alto. Segundo o modelo de Lowell e Gilbert (1970), as rochas encaixantes também hospedam mineralizações, mas 70% das reservas estão geralmente contidas em rochas extrusivas.
Os primeiros estudos de depósitos do tipo cobre pórfiro concentraram-se na relação entre as intrusões e as mineralizações hipógenas por elas hospedadas, com as observações geológicas centrando-se na filiação magmática dos depósitos e na origem ou derivação magmática dos minérios. Estes estudos detalharam a alteração das rochas encaixantes e foram conduzidos em Cerro Pasco, Peru (Graton 1936) e em Butte, Montana (Sales e Meyer 1948). Esses autores concluíram que a alteração hidrotermal ocorreu de forma progressiva nesses depósitos, ou seja, foi causada pela
interação contínua da mesma solução hidrotermal com as rochas hospedeiras. Sales e Meyer (1948) já haviam notado um claro zoneamento tanto lateral como vertical dos sulfetos no depósito de Butte, desde uma zona central onde se concentram os minerais de Cu, seguindo radialmente para mineralizações de esfalerita e galena. A partir desse trabalho o depósito de Butte foi transformado em um exemplo clássico de zoneamento hidrotermal de depósitos minerais (Park 1955). O zoneamento envolve ainda uma seqüência de diferentes tipos de alteração, passando de argílica avançada a sericítica e depois a argílica intermediária, quando aumenta a distância entre os veios (Meyer e Hemley 1967). Estudos de inclusões fluídas e dados isotópicos confirmam que os fluídos hidrotermais são responsáveis pela mineralização das rochas, e que a presença de sulfetos e metais provém de fontes, predominantemente, magmáticas (Hendenquist e Richard 1998).
Um dos estudos mais detalhados sobre cobre pórfiro foi realizado no depósito de El Salvador, Chile (Gustafson 1975). Nesse estudo o depósito de El Salvador é descrito como formado por múltiplas intrusões de tipo stockwork (Figura 3) iniciais e tardias, característica que foi posteriormente também descrita em outros distritos mineiros (Kirkham 1971). Diferentes tipos de veios são característicos de depósitos do tipo pórfiro, sendo que os veios do tipo A se formam em um ambiente em que as rochas, devido à elevada temperatura, apresentam comportamento mecânico dúctil. Eles são de origem primária (magmática) e aparência sinuosa. Os veios do tipo B se formam em condições de transição dúctil-rúptil e os de tipo D em um ambiente nitidamente rúptil, refletindo um resfriamento progressivo do sistema, acompanhado de mudanças nas condições de pressão litostática a hidrostática desde a etapa de alteração potássica a fílica (Rivera et al. 2004).
A partir desses primeiros estudos sobre depósitos do tipo pórfiro começou-se a melhorar o entendimento dos processos magmáticos e da sua relação com as características dos sistemas hidrotermais (Fournier 1991; Fournier 1999). Essas injeções magmáticas criaram uma complexa série de eventos, dos quais resultaram que quase três quartos do minério de cobre de El Salvador tenham sido depositados a partir de um fluido de derivação magmática com calcopirita e bornita associadas à alteração potássica e veios do tipo A (Gustafson et al. 2001). Esses veios são formados na sua
maior parte por quartzo e são irregulares e descontínuos. Com a intrusão do “pórfiro K’ (potássico), mineralizado, os padrões de alteração da mineralização foram alterados, seguido da formação de veios de quartzo do tipo B com molibdenita, sendo que esses veios apresentam-se retilíneos e com presença expressiva de molibdenita. Já os veios tardios do tipo D com sulfetos, quartzo e anidrita, e halos de sericita-clorita, cortam todas as formações pré-existentes. O último corpo pórfiro do sistema é praticamente estéril e chamado “pórfiro L” (tardio); ele se caracteriza pela ausência de veios, ou pela presença de veios do tipo D (Hendequist e Richards 1998). Estes veios em El Salvador são radiais e cortam as intrusões tardias, assim como os veios contendo bornita, calcopirita e enargita.
Figura 3: Modelo de múltiplas intrusões que formaram os corpos mineralizados de El Salvador (modificado de Gustafson 1975).
As mineralizações de El Salvador se enquadram no modelo de depósitos pórfiros, formados em zonas de subducção do tipo Andina, onde o magmatismo associado produz fluidos magmáticos, cuja circulação e interação com as rochas
hospedeiras resultam, muitas vezes, na deposição de cobre, molibdênio, ouro e outros metais.
O sistema de cobre pórfiro da região de El Salvador, representado principalmente pelos depósitos de El Salvador, Potrerillos, Exploradora, Sierra Jardin e Coya, está localizado na parte Sul do cinturão de cobre pórfiro do Eoceno Médio – Oligoceno Inferior do Norte do Chile. Os depósitos de El Salvador contêm aproximadamente 600 milhões de toneladas de minério com teor de cobre por volta de 0,5 % e de 0,1 a 0,2 gramas de ouro por tonelada (Rivera et al. 2004).
Estes depósitos estão associados à atividade magmática discreta que ocorreu em diversos ambientes. No caso do Depósito de El Salvador, essa atividade está relacionada a estruturas vulcânicas do Paleoceno (45 a 40 Ma). As encaixantes são compostas principalmente por rochas vulcânicas e sedimentares marinhas de idade cretácea (Figura 4). As principais características desses depósitos são suas associações com intrusões multifásicas de corpos tonalíticos a granodioríticos, bem como a forte superposição de fases intrusivas e de alteração (Hedenquist et al.1998).
A abundância de pórfiros ricos em ouro e cobre, descobertos durante a última década nos Andes chilenos, aponta para condições geológicas bastante propícias para a geração de sistemas ricos nesses metais. Atualmente, acredita-se que depósitos desse tipo são mais freqüentes nessa região do que se havia considerado anteriormente (Hollings et al. 2005). Desta forma, várias características particulares dos depósitos de cobre pórfiro da região de El Salvador podem ser utilizadas como guias de exploração na busca de novos prospectos. Dentre elas destacam-se aquelas ligadas à alteração hidrotermal.
Figura 4: Mapa geológico simplificado da região do depósito de El Salvador – Chile. (modificado de Cornejo et. al. 1997)
Geologia local
A região de El Salvador – Chile
Os depósitos de cobre pórfiro que formam o distrito de Indio Muerto encontram-se associados a rochas de composição andesítica do Paleoceno, incluindo diques, rochas piroclásticas e epiclásticas, que intrudem e recobrem andesitos e brechas andesíticas do Cretáceo. Estas rochas formam um domo riolítico complexo, que compõe a maior parte das rochas na região do depósito de Índio Muerto e foram datadas por Cornejo et al. (1997) em 58 a 60 Ma.
Um pórfiro riolítico foi datado em 44 Ma. por Gustafson et al. (2001) e denominado por Gustafson e Hunt (1975) de Quartzo-Pórfiro, ao qual se associam a intrusão vulcânica de Cerro Pelado, além de diques e sills. A esta seqüência magmática associam-se alteração hidrotermal e mineralizações de cobre.
Ocorre ainda um complexo pórfiro granodiorítico datado em 43 a 41 Ma (Cornejo et al. 1997), que abrange várias unidades intrusivas. Quatro principais zonas de intrusões, brechação, alteração e mineralização foram identificadas dentro deste complexo por Gustafson et al. (1995), que as denominou de Gulch-Copper Hill, “O” Nose, Turquoise Gulch e Granite Gulch, todos eles na área central de Índio Muerto. As amostras analisadas neste projeto foram coletadas nessas quatro zonas mineralizadas (Figuras 5).
Processos supergênicos, como oxidação e lixiviação das mineralizações de cobre, são importantes agentes no enriquecimento secundário dos depósitos de cobre pórfiro da região andina, sendo um dos principais fatores que tornam esses depósitos tão ricos e economicamente viáveis. O desenvolvimento desses processos está diretamente relacionado às mudanças climáticas globais que se iniciaram no Oligoceno, e que resultaram na desertificação da região do Atacama, associada com a elevação tectônica da mesma. Essa modificação geomorforlógica, atuando em conjunto com processos erosivos, produziram o ambiente ideal para o desenvolvimento da alteração do tipo supergênica dos depósitos de óxidos e sulfetos de cobre (Cuadra e Rojas 2001).
Figura 5: Fotos dos principais tipos litológicos de El Salvador. (1) Andesito. (2) Rocha piroclástica. (3) Riolito. (4) Quartzo-Pórfiro (com “olhos” de quartzo). (5) Pórfiro X (equigranugar). (6) Pórfiro K (potássico). (7) Pófiro L (tardio). (8) Latito.
(2) (4) (1) (7) (5) (3) (6) (8)
Mineralizações de El Salvador
Gustafson et al. (2001) definem diferentes corpos de mineralização primária em El Salvador. Três desses corpos estão associados aos riolitos: Cerro Pelado, Old Camp e, provavelmente, “M” Gulch Copper-Hill. Quatro deles foram associados aos granodioritos tardios: “M” Gulch Copper-Hill, “O” Nose, Turquoise Gulch e Setor Granito. Esses autores descreveram detalhadamente o tipo de alteração hidrotermal e supergênica encontrada em cada corpo de mineralização (Figura 6).
Turquoise Gulch
Principal corpo mineralizado do distrito; sua exploração se deu na fase inicial da mina de El Salvador, no final dos anos 50, e se encontra localizado na encosta noroeste do Cerro Indio Muerto (Figura 6).
Cerca de dois terços do cobre deste corpo foram aportados pela alteração de Feldspato potássico-biotita-anidrita e veios tipo A durante a intrusão do pórfiro K do complexo. Em seguida houve a intrusão do pórfiro X equigranular. A alteração argílica avançada (Figura 7) formou-se em altas altitudes e tardiamente no sistema hidrotermal (Mote et al. 2001).
Cerro Pelado
Cerro Pelado é uma pequena colina situada a cerca de 3 km a norte-nordeste de Turquoise Gulch (Figura 6). Apresenta relevo quase circular e paredes íngremes, caracterizando-se como um complexo de múltiplas intrusões de riolito pórfiro e brecha. São rochas andesíticas que datam do Cretáceo Superior e que hospedam todas as intrusões Terciárias do distrito.
Figura 6: Mapa da distribuição da alteração hidrotermal e supergênica em El Salvador (Gustafson et al. 2001).
A alteração na superfície do corpo (2.700 – 2.860 m de elevação) é do tipo sericítica invasiva, com álcali-feldspato ígneo residual em riolito. A 2.600 m os feldspatos alcalinos encontam-se frescos nos riolitos, fora dos veios sericíticos, a biotita encontra-se em grande parte alterada para sericita e o plagioclásio encontra-se convertido em sericita e caulinita supergênica (Gustafson et al. 2001). Os andesitos, dentro e fora do estreito contato com os minerais dos riolitos, foram alterados para biotita e albita secundária, com actinolita mais ou menos sobreposta por clorita-sericita e, subseqüentemente, por caulinita supergênica (Figura 7). A alteração do tipo propilítica, caracterizada por clorita-epidoto-calcita-albita, circunda Cerro Pelado.
Old Camp
Old Camp apresenta rochas com alto teor de cobre em óxidos e consiste de uma pequena colina cerca de 2 km ao norte-nordeste de Turquoise Gulch (Figura 6), tendo sido o foco de interesse na exploração deste distrito durante a década de 1950.
A zona central do corpo mineralizado apresenta-se alterada e está marcada pela presença de veios de quartzo, além dos minerais: feldspato potássico, biotita e rutilo e, em menor proporção e em profundidade, de anidrita. Essa zona central está bordeada por sericita-clorita e rara presença de andaluzita, que grada para uma zona propilítica marcada pela seguinte assembléia mineral: clorita-epidoto-albita-calcita. Halos de sericita em veios do tipo D cortam todo o Old Camp. Já a alteração supergênica é do tipo argílica avançada: caulinita montmorilonita e alunita (Gustafson et al. 2001).
“M” Gulch-Copper Hill
Esse corpo mineralizado é atualmente uma mina a céu aberto e sua mineralização é composta por sulfetos provenientes de enriquecimento secundário, o que confere um teor de cobre maior que 1%.
O andesito encontra-se intensamente alterado em biotita-albita-quartzo-anidrita, e o pórfiro A adjacente alterado em Feldspato potássico e veios de quartzo. Os corpos de pórfiro L e A presentes em “M” Gulch-Copper Hill possuem uma alta porcentagem de hornblenda residual, além de biotita secundária e feldspato potássico. A alteração
supergênica é do tipo argílica e apresenta enriquecimento secundário na forma de óxidos de cobre em locais de altitudes elevadas topograficamente, além de veios do tipo D com halos de sericita (Lopez 1982).
“O” Nose
Situa-se dentro da zona centro-norte da porção principal de Turquoise Gulch, sobre o corpo de pórfiro L.
O andesito encontra-se intensamente alterado em feldspato potássico e biotita. Já o pórfiro L, tardio, apresenta uma alteração moderada, evidenciada principalmente pela substituição de hornblenda por biotita. Clorita-sericita estão fortemente distribuídas ao longo de estruturas, enquanto a andaluzita ocorre associada à sericita em uma faixa no contato entre andesito e brecha. Existe um intenso overprint de caulinita, alunita e montmorillonita associado à alteração supergênica e ao enriquecimento secundário.
Setor Granito
Claramente distinto dos demais, sendo a mineralização composta principalmente por calcosita, além de ser bordejada por uma concentração anômala de molibdênio.
A característica principal do Setor Granito é a intensidade e variabilidade da alteração das rochas em feldspato potássico e biotita nas diferentes intrusões. Aparentemente, a gradação biotítica no pórfiro X está associada à alteração hidrotermal e não à variação magmática. Esse é um corpo que apresenta enriquecimento primário, conforme indicado pela presença de calcosita, bornita e calcopirita (Gustafson e Quiroga 1995).
Granito Gulch
O pórfiro granodiorítico que forma Granito Gulch é muito semelhante ao pórfiro L. A rocha apresenta-se pouco alterada e praticamente desprovida de mineralização. Dados de datação radiométrica indicam que este é o mais antigo centro intrusivo granodiorítico do distrito (Gustafson et al. 2001).
Figura 7: Fotos das rochas alteradas na superfície de El Salvador. (1), (2) e (3) Riolito de Cerro Pelado intensamente alterado; o principal mineral de alteração observado em campo é a caulinita. (4) (5) e (6) Quatzo-pórfiro da superfície sul de Turquoise Gulch intensamente alterado; os principais minerais de alteração identificados em campo são a caulinita e a ilita.
(2) (4) (1) (5) (3) (6)
Distribuição espacial da alteração hidrotermal
Watanabe e Hedenquist (2001), empregando técnicas de difratometria de raios-X e petrográficas, detalharam as assembléias de alteração hidrotermal na superfície do corpo de minério de cobre pórfiro, as quais se relacionam com as assembléias identificadas também abaixo da superfície. Esses autores classificaram as assembléias de alteração hidrotermal de El Salvador nos seguintes grupos: (i) um estágio transicional a tardio, caracterizado por muscovita-andalusita com traços de diásporo e por uma assembléia constituída por muscovita com traços de diásporo; (ii) uma segunda assembléia mais externa, representada por alteração do tipo propilítica (composta por clorita, calcita e epidoto). Apenas esta última zona mostra um contato nítido e se distribui de modo concêntrico, tendo ao centro um núcleo menos alterado de granodiorito pórfiro, representando, na interpretação dos autores, uma intrusão tardia, pós-alteração (Figura 8).
Há um overprint de alteração retrógrada caracterizada por pirofilita que atinge a muscovita das assembléias transicional e tardia, principalmente no contato entre as zonas da muscovita-andalusita e da muscovita. Esta alteração parece ser controlada pela topografia, aparecendo apenas acima de 3.000 m de elevação.
Finalmente, há uma assembléia característica de estágio bastante tardio, restrita a diques radiais de brechas hidrotermais, caracterizada por uma assembléia que inclui alunita (minerais compostos por: ± fosfato-sulfatos de alumínio ou fosfatos de alumínio) - diásporo-zunita-pirofilita-dickita, com muscovita residual.
Figura 8: Mapa mostrando a distribuição espacial das zonas de alteração hidrotermal no depósito de El Salvador, baseado em difração de raios-X e petrografia (Watanabe e Hedenquist, 2001).
Capítulo 3 - Análise e Interpretação dos Dados Espectrais
Introdução
A radiometria refere-se à medida da intensidade da energia eletromagnética refletida ou emitida por uma superfície. A fonte principal de radiação natural é o Sol, que emite grandes quantidades de energia em um espectro contínuo (Meneses et al. 2001).
A determinação da natureza dos materiais presentes na superfície da Terra pelos métodos de sensoriamento remoto é baseada na composição química/molecular dos mesmos, que por sua vez determina as propriedades de reflectância ao longo do espectro eletromagnético. A reflectância é calculada pela razão entre a radiação refletida e a radiação total incidente, em função do comprimento de onda. Muitos dos materiais presentes na superfície da Terra possuem propriedades de reflectância que lhes são características. Quando as propriedades espectrais desses materiais são conhecidas, podem ser utilizadas como referência para a sua busca e identificação em imagens de sensoriamento remoto, por meio da comparação das respostas espectrais de partes das imagens com os dados espectrais de referência.
Esse tipo de aplicação é cada vez mais freqüente em imagens de sensoriamento remoto de geração recente, caracterizadas por resoluções espectrais mais altas, que podem ser utilizadas em atividades de exploração de depósitos minerais.
Espectroscopia de Reflectância
A espectroscopia de reflectância é uma técnica analítica que usa a energia eletromagnética refletida pelos materiais nas regiões do visível-infravermelho próximo (VNIR) e infravermelho de ondas curtas (SWIR), com o objetivo de obter informação sobre a composição mineralógica e química desses materiais. É uma das ferramentas fundamentais do sensoriamento remoto e, além de sua grande utilidade em caracterização mineral, destaca-se por ser uma técnica não destrutiva, rápida e de simples operação (Clark 1999).
Embora nem todos os minerais e rochas exibam características espectrais diagnósticas nesses intervalos de comprimento de onda, existe um grande número de minerais de interesse às atividades exploratórias que possuem tais características.
Entre eles estão óxidos/hidróxidos de ferro, argilo-minerais e micas (particularmente filossilicatos), carbonatos e sulfatos (Sabine 1999). Certos átomos ou moléculas absorvem energia em função de suas estruturas atômicas, manifestando-se como feições de absorção características nas curvas de reflectância espectral (Figura 9).
Figura 9: Espectro de reflectância (assinatura espectral) dos principais minerais de alteração presentes no depósito de Indio Muerto, El Salvador, mostrando as diferentes bandas de absorção espectral que os
caracterizam (Fonte: USGS Digital Spectral Library - Clark et al. 1993).
A espectrometria na região do infravermelho de ondas curtas (SWIR) é usualmente utilizada para a identificação de feições de absorção nos espectros de reflectância (assinaturas espectrais). A Figura 10 apresenta a posição da região SWIR no espectro eletromagnético. (Pontual et al. 1997).
Figura 10: Posição da região SWIR no espectro eletromagnético (Pontual et al. 1997).
A maioria das feições espectrais de absorção distinguidas na região do SWIR é representada por variações transicionais associadas à presença da molécula hidroxila (O-H-) e/ou água, além de importantes feições de absorção espectrais obtidas por vibrações nas ligações entre vários elementos químicos com a hidroxila, tais como Al-OH, Mg-OH e Fe-OH (Tabela 1). Essas moléculas constituem a maioria dos componentes dos filossilicatos (argilas, clorita e serpentina), sulfatos (alunita e gipso), carbonatos e minerais contendo amônia em sua estrutura cristalina como a buddingtonita (Pontual et al., 1997).
Tabela 1: Intervalos de comprimentos de onda nos quais ocorrem as feições de absorção espectral características das moléculas OH, água, Al-OH, Fe-OH, Mg-OH a CO3.
Moléculas Comprimento de onda das feições de absorção características
OH ~1400 nm (também ~ 1550 nm e ~1750-1850 em alguns minerais)
Água ~ 1400 nm e ~ 1900 nm
Al-OH ~ 2160-2220 nm
Fe-OH ~2230-2295 nm
Mg-OH ~2300-2360 nm
Pode-se ainda, durante a análise e interpretação dos dados espectrais, avaliar diferenças de cristalinidade dos minerais constituintes em cada uma das diferentes amostras. A alta cristalinidade, verificada a partir da forma e intensidade das feições de absorção diagnósticas, pode indicar temperaturas mais elevadas do fluído hidrotermal, ou seja, as regiões onde se encontram minerais com alta cristalinidade podem estar próximas a canais paleo-condutores de fluídos.
Da mesma forma, a baixa cristalinidade pode ser resultado de uma cristalização em condições superficiais, ou ainda sugerir que tais minerais possam ser produtos de intemperismo.
Análise e interpretação dos dados de espectroscopia de reflectância
Os dois conjuntos de amostras coletados no depósito de El Salvador (Figura 11) foram analisados neste trabalho por meio da espectroscopia de reflectância, com o objetivo de classificá-las do ponto de vista de suas características espectro-mineralógicas. Para o primeiro conjunto de amostras, coletado e cedido por Watanabe e Hedenquist, os resultados da classificação espectral dessas amostras foram comparados com as análises mineralógicas das mesmas, obtidas por meio de petrografia e difração de raios-X, realizadas por Watanabe e Hedenquist (2001). Como esperado, as curvas espectrais das amostras não se ajustam perfeitamente às dos minerais provenientes da biblioteca espectral de referência. As principais causas dessa variação se devem à presença de misturas minerais nas amostras, diferente grau de ordenamento cristalino, bem como pequenas variações na composição química das mesmas. Entretanto, não se comparou minerais puros com misturas minerais, ou seja, trabalhou-se individualmente cada uma dessas informações como endmembers separados, já que não são dados comparáveis entre si.
Figura 11: Mapa das amostras coletadas no depósito de El Salvador, Chile. Ao fundo: imagem orbital ASTER (composição RGB 321).
O segundo conjunto de amostras também foi analisado espectralmente e, da mesma forma, revela a presença de algumas fases minerais principais, caracterizadas pelos seguintes minerais: paragonita, alunita, ilita e montmorilonita. Esses dados foram analisados considerando as diversas assembléias minerais presentes nas amostras, a fim de determinar a influência (quali e quantitativamente) de várias fases minerais numa mesma curva espectral. As curvas espectrais obtidas foram comparadas aos espectros correspondentes presentes na biblioteca, considerando as misturas de minerais presentes nas amostras, de modo a se alcançar uma correlação bastante próxima entre a curva experimental e a mistura de minerais da biblioteca de referência.
De posse desses dados realizou-se a interpretação espectral detalhada de todas as amostras, bem como a posterior classificação das mesmas quanto ao tipo de alteração hidrotermal das quais são representativas. A partir desses dados foi possível determinar a distribuição espacial dos principais minerais de alteração (ilita, esmectita,
caulinita, dickita e alunita) em superfície (Figura 12) e dos dois principais tipos de alteração hidrotermal em superfície (argílica e argílica avançada, Figura 13).
Figura 12: Mapa das amostras coletadas no depósito de El Salvador, segundo o principal mineral de alteração de cada amostra. Ao fundo: imagem orbital ASTER (Banda 3).
Figura 13: Mapa das amostras coletadas no depósito de El Salvador, segundo os dois principais tipos de alteração hidrotermal exibidas em superfície. Ao fundo: imagem orbital ASTER (Banda 3).
Analisando os resultados das análises por espectroscopia de reflectância obtidos neste trabalho destaca-se inicialmente a ocorrência do mineral paragonita em cerca de 20% das amostras analisadas. A paragonita mostrou-se o mineral mais abundante para o conjunto amostrado, sem, no entanto, obedecer a um padrão de distribuição espacial bem definido com relação à distribuição da alteração hidrotermal do depósito de El Salvador. Isto se deve a que esse mineral ocorre associado a vários outros em praticamente toda a área. Já os resultados apresentados por Watanabe e Hedenquist (2001), com base em análises petrográficas e por difratometria de raios-X, mostraram a muscovita como um dos minerais mais comuns.
Essa aparente discrepância pode ser explicada pela diferença da capacidade de detecção das distintas técnicas utilizadas nos dois trabalhos. Nesse sentido, a espectroscopia de reflectância mostrou-se capaz de diferenciar entre a assinatura espectral da muscovita e a da paragonita, sendo sensível a pequenas variações
composicionais, refletidas nos respectivos espectros de reflectância, ao passo que por difratometria de raios-X e petrografia não possibilitaram a diferenciação entre a muscovita e a paragonita. Ambos os minerais, muscovita (KAl2Si3O10(OH)2) e
paragonita (NaAl2(AlSi3O10)(OH)2), compõem o grupo das micas, sendo que, por
apresentarem todos os 3 sítios octaédricos da fórmula ocupados, são denominados tri-octaédricos. A composição química entre esses minerais difere-se quanto o íon que os caracteriza: K+ na composição da muscovita e Na+ para a paragonita. Pode ocorrer ainda uma diferenciação quanto à abundância do íon Al na composição desses minerais, segundo suas fórmulas químicas, mais abundantes na paragonita em relação à muscovita. Geralmente essas micas estão associadas a rochas de composição graníticas ou alcalinas, como a composição dos corpos intrusivos da região de estudo.
Os dados da biblioteca espectral de referência utilizada (Clark et al. 1993) confirmam que há uma diferença sutil nos espectros de reflectância desses dois minerais, com a feição principal de absorção da muscovita localizada em 2,205µm e a da paragonita em 2,195µm (Figura 14). Esse pequeno deslocamento no comprimento de onda entre a muscovita e paragonita, por sua vez, é relacionado à abundância dos íons de Al, que é menor na muscovita em relação à paragonita.
Figura 14: Espectro de reflectância dos minerais paragonita (curva espectral vermelha), cuja composição química é dada pela fórmula: NaAl2(Si3Al)O10(OH)2 , e da muscovita (curva espectral preta), que possuí a
seguinte composição química: KAl2Si3O10(OH)2..
Enquanto o mapa da Figura 8, obtido por Watanabe e Hedenquist (2001), exibe zonas de alteração nomeadas segundo os minerais mais abundantes (zona da muscovita, zona da pirofilita, etc), o presente trabalho aborda a alteração hidrotermal e supergênica do depósito segundo os tipos de alteração aos quais as rochas locais foram submetidas. As assembléias minerais encontradas para cada uma das amostras mostraram-se consideravelmente complexas, muitas vezes sem um padrão de distribuição espacial claramente definido.
Entretanto, observa-se uma correlação entre a zona que Watanabe e Hedenquist (2001) denominaram de zona rica em andalusita, como a definida no presente trabalho como alteração argílica avançada, devido à presença de alunita em superfície.
Em conclusão, o emprego da espectroscopia de reflectância como técnica analítica para mapeamento de minerais de alteração hidrotermal no depósito de El
Salvador revelou-se bastante promissor, permitindo a caracterização de dois tipos principais de zonas de alteração para esse depósito e aliando facilidade de obtenção de resultados a aspectos de rapidez e baixo custo, quando comparada com técnicas convencionais para esse tipo de análise, como a difratometria de raios-X e a petrografia.
Em particular, destaca-se a possibilidade de diferenciação entre os minerais muscovita e paragonita por meio dessa técnica, o que não ocorre com outras técnicas analíticas convencionais, com importantes implicações na caracterização de diferenças sutis em zonas de alteração hidrotermal associadas a depósitos do tipo cobre pórfiro e outros.
Capítulo 4 – Técnicas de Mapeamento de Minerais de
Alteração Utilizando Processamento e Interpretação de
Imagens ASTER e Hyperion
O Sensor ASTER
O sensor multiespectral ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) foi lançado em dezembro de 1999, a bordo do satélite TERRA, como parte do programa Earth Observation System (EOS). Esse sensor difere dos demais por ser constituído por três subsistemas de imageamento independentes, os quais coletam dados em distintas porções do espectro eletromagnético: 3 bandas na região do infravermelho próximo (VNIR) com resolução espacial de 15 metros, 6 bandas na região do infravermelho de onda curta (SWIR) com resolução espacial de 30 metros e 5 bandas na região termal (TIR) com resolução de 90 metros (Abrams 2000, Crósta et al. 2003).
Trata-se de um sensor de média resolução espectral, porém com as bandas espectrais posicionadas em comprimentos de onda importantes para a identificação de minerais de alteração hidrotermal (Abrams 2000). Por este motivo, este sensor orbital tem sido amplamente utilizado em atividades exploratórias para metais base e metais preciosos, em áreas de fronteira exploratória, como é o caso da Cordilheira Andina (Crósta et al. 2003). Uma vez estabelecidas as características espectrais das assembléias minerais de interesse para uma determinada atividade de exploração, pode-se buscá-las em imagens de sensoriamento remoto cobrindo regiões ainda desconhecidas, reduzindo consideravelmente os custos exploratórios.
Diversos trabalhos utilizaram imagens ASTER para o mapeamento de minerais de alteração hidrotermal e unidades geológicas (Souza Filho et al. 2003, Crósta et al. 2003, Hewson et al. 2003, Ducart et al. 2006).
Espectroscopia de Imageamento
Durante as últimas décadas diversas pesquisas mostraram que a composição mineralógica da superfície terrestre pode ser identificada através da captura de suas informações espectrais, obtidas por meio de sensores de alta resolução espectral a bordo de aviões ou de satélites (Crósta et al. 1998). Os materiais terrestres, em sua maioria, possuem feições de absorção espectral características, sendo que essas feições costumam possuir entre 0,02 e 0,04 µm de largura. Os sensores hiperspectrais possuem bandas espectrais estreitas (por volta de 0,01 e 0,02 µm), posicionadas de maneira adjacente e sem se sobrepor, o que permite a obtenção de espectros de reflectância completos e detalhados a partir de cada pixel que compõe a imagem. Deste modo, os espectros obtidos por esses sensores podem ser comparados diretamente aos espectros extraídos em medidas de campo, ou mesmo de laboratório, como os obtidos na fase anterior desse projeto de pesquisa.
Caracterização Espectral dos Minerais de Referência
Para realizar a análise espectral da área de interesse de forma adequada, é necessário dispor de uma biblioteca espectral apropriada, ou seja, os espectros de reflectância contidos nessa biblioteca devem ser de materiais de composição conhecida, obtidos por meio de medidas laboratoriais ou de campo. A partir dos dados da biblioteca espectral, é possível compará-los com as informações espectrais contidas nos pixels de imagens hiperespectrais ou multiespectrais, presentes na superfície imageada.
No caso do depósito de cobre pórfiro de El Salvador os minerais selecionados para essa finalidade foram a caulinita de cristalinidade alta e média, alunita de cristalinidade alta a média, ilita de cristalinidade alta a média. De posse dos espectros desses minerais, selecionados da biblioteca espectral da USGS (Clark et al. 1993), criou-se uma biblioteca espectral de referência para uso no processamento hiperespectral. Os espectros da biblioteca foram então amostrados para a resolução dos sensores ASTER e Hyperion, objetivando uma comparação direta e próxima entre os espectros da biblioteca e os dos pixels da imagem.
Para o presente trabalho foram montadas duas bibliotecas espectrais, uma contendo os espectros de referência dos minerais alunita, ilita e caulinita, coletados a partir da biblioteca da USGS (Clark et al. 1993), e outra onde os espectros de reflectância correspondem à amostras que contém esses mesmos minerais foram obtidos medindo-se em laboratório as amostras do trabalho de Watanabe e Hedenquist (2001) e as amostras coletadas em campo. As amostras da biblioteca da USGS referem-se a materiais relativamente puros, ou seja, livres de misturas minerais. Entretanto, é conveniente ressaltar que, por se tratar de espectros obtidos a partir de amostras de campo, é possível que os mesmos representem misturas mineralógicas, ainda que os minerais acima citados sejam predominantes e bastante representativos nos espectros utilizados como biblioteca. As medidas de espectroscopia de reflectância foram analisadas conforme metodologia exposta no Capítulo 3.
Na execução de trabalhos desse tipo deve-se ainda considerar que cada pixel contém características espectrais dos diversos materiais encontrados em superfície, incluindo solo, vegetação, rocha, água, etc. Entretanto, no caso da imagem utilizada, tais efeitos foram minimizados pela intensa aridez, característica da região de estudo.
Processamento Multiespectral da Imagem ASTER
As técnicas de classificação espectral baseiam-se na comparação das curvas espectrais correspondentes a cada pixel da imagem com as curvas espectrais dos materiais de referencia utilizados. Essas técnicas visam identificar os materiais de interesse eventualmente presentes na imagem, a partir de suas feições espectrais características. Neste estudo o objetivo foi o de identificar e caracterizar os minerais de alteração hidrotermal presentes no depósito de El Salvador.
Classificação espectral SAM (Spectral Angle Mapper)
SAM é uma técnica de classificação supervisionada que calcula as similaridades entre o espectro de cada pixel da imagem com os espectros de referência provenientes de bibliotecas espectrais, ou de amostras selecionadas, em campo ou laboratório (Kruse et al. 1993), denominados de endmembers de referência.
A classificação das imagens ASTER e Hyperion foi realizada com o auxílio de ferramentas espectrais do programa de processamento de imagens ENVI® (RSI). O assistente de classificação disponível no programa, usado para identificar os pixels da imagem espectralmente semelhantes aos endmembers de referência, foi o Spectral Angle Mapper (SAM). Esse assistente compara as curvas espectrais da biblioteca de referência re-amostrada para o sensor ASTER, com os espectros de reflectância dos pixels, e identifica similaridades entre eles. Desse modo é possível reconhecer e ressaltar na imagem os materiais que se deseja estudar. Esse método fornece uma abordagem inicial no mapeamento de materiais espectralmente predominantes que estão presentes no pixel. Entretanto, deve-se considerar que superfícies naturais dificilmente são compostas por materiais espectralmente uniformes (Ducart, 2004).
O resultado obtido pela técnica SAM é apresentado na forma de imagens de classificação mineral, onde o usuário pode ajustar cada pixel de forma a destacar os minerais de interesse. O critério para determinar a quantidade de pixels selecionados é arbitrário, devendo-se buscar um equilíbrio na quantidade e na distribuição espacial dos pixels indicados como similares aos endmembers de referência, ao mesmo tempo em que se procura evitar falsos positivos.
As imagens resultantes, sendo uma para cada endmember empregado, são apresentadas em tons de cinza, cujo valor equivale à medida do ângulo que representa a similaridade espectral. Nessas imagens, os pixels identificados como similares aos materiais de referência são exibidos em tonalidades escuras, ou seja, quanto mais similar um pixel é em relação a um dos materiais de referencia, mais próximos de zero seu valor é representado na imagem. Para uma visualização mais adequada, as imagens devem ser invertidas, de modo que os pixels que representam os endmembers sejam exibidos em tons claros. Em seguida, essas imagens podem ser combinadas em composições coloridas RGB, onde cada uma dessas cores irá representar um dos
minerais de referencia. Posteriormente, com o intuito de tornar os resultados mais apropriados para compreensão, deve-se realçar a distribuição mineral. Isso pode ser feito por meio das várias ferramentas disponíveis no programa de processamento de imagens ENVI® (RSI). No caso foi utilizada a técnica de Decorrelation Stretch, cujo objetivo é remover a elevada correlação entre os dados multispectrais, produzindo uma imagem em que as cores são bastante realçadas em relação à imagem original. Esse passo foi realizado para que o produto final apresente um bom desempenho cromático na detecção e discriminação das feições de interesse (endmembers), sendo caracterizado, geralmente, pelo equilíbrio na saturação e intensidade das cores formadas.
Finalmente, utiliza-se a técnica HSV (Hue, Saturation & Value) para fundir as imagens no sistema RGB produzidas na etapa anterior com a banda 3 do sensor ASTER. A imagem produzida terá ao fundo a banda 3 em tons de cinza e, sobre a mesma, serão representados no sistema de cor RGB apenas os pixels correspondentes aos minerais de interesse.
Utilizou-se esse método buscando identificar os minerais de alteração hidrotermal e suas respectivas distribuições espaciais na área do depósito e seu entorno. Os produtos finais gerados estão sob a forma de mapas (Figuras 15 e 16), onde se fez para as composições com a imagem ASTER composições RGB, sendo que as concentrações de cada um dos principais minerais (alunita, ilita e caulinita) é representada por uma dessas cores.
Figura 15: Resultado da classificação SAM na imagem ASTER de El Salvador, utilizando como endmembers os espectros obtidos em laboratório a partir da análise de amostras de campo. Como fundo
utilizou-se a banda 3 do ASTER.
A escolha dos endmembers baseou-se primeiramente na ocorrência e importância de cada um deles no sistema de alteração hidrotermal do depósito de El Salvador. A alunita foi definida como o mineral índice da alteração do tipo argilica avançada, assim como a ilita para o tipo argílica. O segundo fator foi a abundância desses minerais observada nas análises por espectroscopia de reflectância das amostras avaliadas. Nos resultados mostrados na Figura 15 os espectros escolhidos como referência correspondem aos espectros dessas amostras obtidos em laboratório, que podem conter misturas de mais de um mineral de alteração. Já os resultados mostrados na Figura 16 foram obtidos utilizando como endmembers de referência alguns espectros para os mesmos minerais extraídos da biblioteca digital da USGS, constituídos por amostras de minerais puros.
Figura 16: Resultado da classificação SAM (em cores) na imagem ASTER de El Salvador, utilizando como endmembers os espectros da biblioteca digital da USGS, reamostrados para a resolução ASTER.
Como fundo utilizou-se a banda 3 do mesmo sensor.
Uma comparação entre essas duas figuras mostra que ambas apresentam uma distribuição espacial bem definida para cada mineral, ou seja, é possível estabelecer um zoneamento espacial dos mesmos. Destaca-se ainda a correlação e similaridade espacial entre a distribuição dos respectivos minerais nas duas figuras, o que corrobora uma avaliação positiva da técnica de mapeamento espectral empregada e indica a possibilidade de se utilizar essa metodologia em atividades exploratórias sem que, obrigatoriamente, se disponha previamente de dados espectrais de campo.
A diferença na quantidade de pixels correspondentes a cada mineral pode ser explicada pelo fato de que os espectros medidos laboratorialmente não são de minerais completamente puros, uma vez que a mistura de minerais de alteração na região de estudo é considerável, o que é mostrado pela diversidade de assembléias mineralógicas identificadas por espectroscopia de reflectância. Um segundo fator que
