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MODELACIÓN GEOLÓGICA DEL YACIMIENTO DE PINARES DE MAYARÍ

Dr. Félix Quintas Caballero1

1. Instituto Superior Minero metalúrgico de Moa. Holguín .Cuba E Mail fquintas@moa.minbas.cu

Resumen

La modelación de los yacimientos minerales constituye una metodología moderna que garantiza un mejorconocimiento de los yacimientos minerales y permite el diseño de modelos de explotación sustentable yeficientes.En los últimos años se ha ido introduciendo en Cuba el concepto y la metodología de la modelación delos yacimientos minerales en la medida en que se ha avanzado en la profundización de la aplicación dela computación y de la informática en la Geología.El ejemplo de modelación de yacimientos lateríticos niquelíferos mas completo, realizado en Cuba sedesarrolló en el yacimiento Pinares de Mayarí situado en la meseta de igual nombre de la provincia deHolguín en la porción oriental de Cuba.El modelo geológico del Yacimiento Pinares de Mayarí tuvo como resultado principal la definición,caracterización y delimitación de los Dominios geológicos del Yacimiento. Este resultado es muyimportante para la conceptualización minera del yacimiento mineral de Pinares de Mayarí y permitirárealizar en el futuro su explotación de un modo eficiente y sustentable.

Abstract

Modelatión of minerals deposits is product a modern metodology for a profound study and knowlegment ofthis geological objects.In last year this concept and metodology has been introduced in Cuba related with advance ofcomputation and in-formatization of our country.Example of more complete modelation of lateritic minerals deposits was maked in Pinares de Mayari ,Hlguin province in the Eastern part of Cuba.Geological Dominiosn of Pinares de Mayarí mineral deposit was principal results obtained. This results ismany important for mining conceptualization of minerals deposits and sustentable explotación in thefuture

Introducción.

El Yacimiento Pinares de Mayarí, tiene una extensión de 120 km2 y se encuentra ubicado en la meseta

homónima, en la provincia de Holguín, extremo oriental de Cuba.(Fig.1)

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En el límite oriental se localiza el proyecto de Pinares Este cuya explotación comenzó en 1905, por la

Bethlehem Cuban Iron Co. como fuente de mineral de hierro. De 1934 a 1940 la compañía Pardners

Mines Co. realizó la exploración de varias áreas de la cuenca del río Levisa. A fines de 1943 comenzó a

producir la planta de Nicaro Nickel Co., siendo actualmente la Empresa René Ramos Latour

concesionaria de Pinares Este yacimientos ( Alfaro y otros, 1990).

El yacimiento fue explorado intensamente incluso en la red 100x100 lo que proporcionó una abundante

y variada data . Hasta 1989 la Empresa Geominera deSantiago de Cuba perforó 6919 pozos, y construyó

120 pozos criollos, tomándose 59 533 muestras para análisis químico (fundamentalmente de Ni, Co y

Fe), 596 muestras compositas, 285 muestras mineralógicas, 13 muestras de aguas, 150 muestras para

análisis petrográfico y 200 muestras para análisis geofísica y análisis geotécnico. Entre 1996 y 1998 en

algunas áreas del yacimiento la WHL y Pinares S.A. construyeron 586 pozos con diferentes redes y

objetivos tomándose 14 115 muestras para el análisis de 8 y hasta 12 elementos. También fueron

tomadas 2000 muestras para geofísica y otras muchas con otros fines. En todo el territorio se realizó el

levantamiento básico para la búsqueda de cromitas por parte de la Empresa Geominera de Oriente que

aporto valiosas informaciones acerca del carácter de la geología no solo de la meseta sino también de

sus áreas cercanas. No obstante la data no era del todo confiable por lo que fue necesario un profundo

trabajo inicial por parte de un grupo multidisciplinario de especialistas para su depuración e inclusión en la

base de datos del llamado proyecto PINEXPLORER llevado a cabo por el ISMM y PINARES S.A. La base

topográfica disponible no estaba digitalizada y actualizada por lo que se procedió a crear el Modelo

Digital del Terreno por parte de la Empresa de Construcciones militares de Holguín (grupo CITEC-GER)el

cual fue incluido en la base de datos siendo de gran utilidad tanto para el análisis geomorfológico como

para el tectónico de todo el yacimiento y sus áreas cercanas.

A pesar de todo el trabajo geológico realizado no se tenia un conocimiento suficientemente profundo e

integrado de la geología del yacimiento en especial de su modelo conceptual el cual pudiera servir de

base segura para elaborar los modelos matemáticos y aportará valiosas informaciones para la

conceptualización minera y la rehabilitación futura del yacimiento.

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Figura 1. Localización de Pinares de Mayarí. Características geológicas y Dominios (modificado de

Iturralde Vinent ,1996)

El Modelo geológico del yacimiento de Pinares de Mayarí, parte de la relación entre el proceso de

meteorización , condicionado por varios factores específicos para la región, y l el producto del proceso, o

sea la corteza de intemperismo con todas sus propiedades (geomorfología, estructura , tipo de corteza,

composición sustancial , hidrogeología ,etc.) , dando respuesta a características tales como: el contacto

brusco de la corteza con ausencia de saprolitas y la casi ausencia de ocres estructurales iniciales así

como a los tipos de corteza en el yacimiento, la potencia útil, presencia de corazas, rugosidad del fondo,

tendencias geoquímicas, etc.. Como paso previo al proceso de modelación se tuvieron en cuenta las

experiencias internacionales novedosas sobre la modelación de yacimientos minerales contenidas en los

trabajos realizados por Brand y otros 1998, Brand 1997, y Burger P.A. 1997.

El yacimiento laterítico de Pinares de Mayarí se enmarca dentro del tipo genético de las cortezas de

meteorización o intemperismo, perteneciendo a la clase residual de este tipo, con un marcado predominio

de las menas oxidadas o propiamente lateríticas ferroniquelíferas, que lo sitúa dentro del estilo ferralítico.

Según la clasificación de Brand y otros, 1998 el yacimiento de óxidos,tipo C, dominados por oxihidroxidos

de Fe. Este yacimiento está enriquecido en los elementos geoquímicamente menos móviles en las

condiciones superficiales y empobrecidas en los más móviles. Desde el punto de vista económico,

representa en la actualidad una de las principales fuentes de recursos de Ni y Co, y puede ser

considerado como una fuente potencial de Fe, Cr, Al, metales raros y dispersos, así como de metales

nobles. En general presenta una corteza con un elevado grado de madurez (amplio predominio de las

litologías de mayor grado de meteorización),e incompleta (ausencia o escaso desarrollo de determinado

tipo de litología propia de las cortezas de meteorización) y con un contacto brusco entre la corteza y su

roca originaria (roca madre),así como un marcado predominio de los ocres estructurales finales y Ocres

inestructurales, que sin duda alguna son las más productivas para Ni y Co, (particularmente los

estructurales finales),el desarrollo significativo de los ocres inestructurales con concreciones ferruginosas

y un desarrollo muy limitado de los ocres estructurales iniciales y las serpentinitas lixiviadas, presentes en

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áreas y sectores muy específicos. Es excepcional la presencia de corteza laterítica desarrollada a partir

de gabros .(Batershill 1999, Quintas et al 1999)

En Cuba los horizontes componentes de la corteza laterítica se han denominado históricamente como

Ocres, (Ponce N.1980, ) tanto en las actividades geológicas como mineras, diferenciándose los

siguientes:

1. Ocre estructural inicial, que se localiza en la parte baja del corte laterítico y que se caracteriza por la

presencia de las estructuras de la roca madre y de una masa mineral parcialmente lixiviada.

2. Ocre estructural final, que sobreyace al ocre estructural inicial, presentando características

estructurales parecidas, pero con el predominio de productos residuales de la lixiviación.

3. Ocre inestructural, que se localiza hacia la parte superior del corte laterítico, conteniendo minerales

arcillosos y óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso, sin presencia de las estructuras primarias de la

roca madre.

4. Ocre inestructural con concreciones, situado en la parte superior del corte laterítico, que se

caracteriza por el predominio de concreciones de óxidos e hidróxidos de hierro que en ocasiones pueden

aparecer cementados dando lugar a corazas ferruginosas.

Análisis de las características geológicas del yacimiento.

El análisis de las principales coberturas informáticas, relacionadas con propiedades esenciales del

yacimiento ,siguió el orden del diagrama de flujo elaborado para la modelación (fig.2), y partió de la

concepción del modelo geológico que se basa en los procesos geodinámicos que tuvieron lugar desde el

Plioceno y originaron el yacimiento. Para alcanzar el Modelo geológico fue concebido un diagrama de

flujo compuesto por cuatro campos: Geológico, Geoquímico, Geomorfológico e Hidrogeológico con sus

correspondientes capas informáticas.

La definición del modelo conceptual del yacimiento partió del análisis profundo de las principales

propiedades del yacimiento, y su relación con los factores condicionantes, lo que permitió crear las bases

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para la ponderación de las principales propiedades, geomorfológicas, estructurales, litológicas y

geoquímicas, que constituyen la respuesta a la actuación de la meteorización ..

Los productos informáticos principales obtenidos por el análisis de las características antes mencionadas

fueron correlacionados, ponderados y sintetizados con el fin de obtener el Modelo Geológico.

Figura 2 Modelo de flujo elaborado para la modelación geológica del yacimiento Pinares de Mayarí

Productos informáticos que sirven de base al modelo.

• Geomorfología.

Del análisis del Modelo Digital del Terreno (MDT), de la morfometría obtenida por procesamiento del

MDT, incluyendo la red de drenaje, así como de observaciones de campo en Pinares de Mayarí, se

definieron tres zonas geomorfológicas (A, B y C), caracterizadas cada una de ellas por elementos

morfológicos y morfométricos, entre las que se destacan la rugosidad del fondo de la cobertura friable,

pendientes, disección vertical, disección horizontal y forma y ordenes de la red de drenaje; La zona A se

encuentra en el extremo Noroccidental de la meseta, la Zona B en el extremo Suroriental, y la Zona C

en la porción central donde se localizan morfoestructuras asociadas a la falla Pinares de Mayarí, qula

cual se propaga desde Pinalito, pasando por La Mensura, hasta el Cayo de Las Mujeres (Fig. 1), (Quintas

et al, 1999,Cordovés J. M. et al. 1999).

• Estructura y litología.

Los productos informáticos relacionados con la estructura y la litología son los siguientes:

1. Mapa geológico estructural del basamento, que muestra los tipos litológicos del basamento, su

relación mutua y distribución, especialmente los gabroides por ser la litología que da lugar a

contaminaciones dentro de la corteza; además se muestran las estructuras disyuntivas según su

orden jerárquico, y los principales sistemas de grietas. De las que se hizo un análisis geoestadístico

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2. Mapa geológico estructural de la cobertura friable, (corteza y redepósitos), que muestra la distribución

en superficie de los tipos litológicos principales de la cobertura friable y los afloramientos del

basamento en superficie, así como las estructuras disyuntivas que constituyen los diferentes

sistemas.

3. Columnas estratigráficas generalizadas de los distintos tipos de cortezas y de los redepósitos.

4. Mapa de potencia del mineral útil y del escombro

.Geoquímica.

Los productos informáticos obtenidos para caracterizar el Modelo Geológico son los siguientes:

1. Mapa de distribución de Níquel de la potencia de mineral útil.

2. Mapa de distribución de Cobalto de la potencia de mineral útil.

3. Mapa de distribución de Hierro de la potencia de mineral útil.

4. Mapa de distribución de Níquel + 2 Cobalto de la potencia de mineral útil.

5. Perfiles litogeoquímicos para cada Dominio

Modelo geológico conceptual del yacimiento.

El modelo geológico conceptual del yacimiento Pinares de Mayarí considera que los procesos meteóricos

y erosivos que dieron lugar a la corteza de meteorización y a los redepósitos presentes en el yacimiento

en gran medida están influidos por el desarrollo del anticlinal Pinares de Mayarí en una región donde

persistió el clima cálido y húmedo.. Partiendo de las características tectónicas y estratigráficas regionales

y locales ( Iturralde Vinent M. (1978). , Iturralde Vinent M, (1996),Quintas et al 1999)

,concebimos el proceso evolutivo en tres ciclos ( Fig. 3)

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Primer ciclo. Desarrollo intenso de la corteza a partir del Plioceno - Pleistoceno cuando el núcleo del

anticlinal emerge y es intensamente fracturado. Las fuerzas de tracción generadas en el núcleo del

anticlinal dan lugar a sistemas de fracturas abiertas en las rocas ultamaficas serpentinizadas del

núcleo, creándose condiciones favorables para el desarrollo intenso de la corteza de intemperismo

Segundo ciclo. Agotamiento del volumen de rocas agrietadas y formación de redepósitos. Durante

este ciclo la estructura anticlinal en cuyo núcleo se encuentra el complejo ofiolítico alcanza su

máximo desarrollo. El volumen de rocas agrietadas del núcleo del anticlinal es totalmente

meteorizada hasta alcanzar el nivel de fondo donde predominan las grietas cerradas. Cesa la

meteorización en profundidad. Se desarrollan fallas basculantes formándose numerosas cuencas

internas en la actual meseta. La corteza es parcialmente erosionada de la parte oriental y se

acumulan volúmenes considerables de sedimentos, (redepósitos), en medios fluviales en la porción

occidental de la actual meseta.

Tercer ciclo. El proceso de arqueamiento del núcleo del anticlinal, continúa de manera lenta.

Predominan los esfuerzos del sur que dan lugar a un proceso de rotación en el núcleo, haciendo que

la porción noroccidental de la Meseta (zona geomorfológica A) se coloque en niveles hipsométricos

inferiores a la zona geomorfológica B, originándose numerosas fallas basculantes en dicho sector .

Los redepósitos son intensamente erosionados en la zona occidental.

Evolución de la corteza.

De acuerdo al análisis integrado del marco geológico regional y local, se evidencia que la evolución y

desarrollo de la cobertura friable ha transitado por tres ciclos, que reflejan la interacción de los procesos

geológicos endógenos (tectónicos) y exógenos (meteorización, erosión y sedimentación).

En el ciclo inicial predominó el proceso de meteorización generándose la corteza. Durante este ciclo se

produjeron movimientos de ascenso del complejo ofiolítico, continuos e intensos que dieron lugar a una

intensa fracturación del macizo rocoso, especialmente en el núcleo del anticlinal. , donde se desarrollaron

sistemas de grietas de tracción (abiertas), creándose condiciones favorables para el desarrollo de los

procesos de meteorización (Quintas et al 1999).

Fig. 3. Modelo de la evolución geológica Plioceno- Cuaternaria de Pinares de Mayarí.

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En el segundo ciclo ocurrieron movimientos de ascenso generalizado por pulsaciones, Este escenario

dinámico estuvo asociado a la rotación del plano del pliegue anticlinal, hacia el Noroeste, por incremento

de las fuerzas transpresivas provenientes de la cuenca de pull apart Bartlett, a la vez que se generaba

cizallamiento producto del deslizamiento transcurrente de la falla de Oriente (límite entre las placas

Norteamericana y Caribe), Iturralde Vinent 1996, Quintas et al 1999. El sistema de fallas Noreste

experimentó movimientos de rotación diferenciales en el plano vertical, dando lugar al basculamiento de

las fallas, especialmente en la zona geomorfológica A. La elevación de algunos bloques y el hundimientos

de otros dio lugar a la formación de un relieve complejo y la formación de numerosas zonas de intensa

erosión local, adyacentes a pequeñas cuencas sedimentarias fluviales, generándose los redepósitos.

El tercer ciclo se relaciona con el incremento del proceso erosivo por una máxima rotación del núcleo

del pliegue dando lugar a la destrucción intensa de los redepósitos y parcialmente de la corteza de

meteorización.

Al ascender el complejo ofiolítico sobre el nivel del mar y fracturarse intensamente se originó una capa

poco profunda de rocas muy agrietadas, con grietas abiertas, dándose las condiciones propicias, que

unidas al tipo de clima, relieve y circulación de las aguas subterráneas determinaron la formación de la

corteza de meteorización con sus características actuales. Los procesos de oxidación e hidrólisis

produjeron la desintegración inicial del complejo rocoso agrietado, con la destrucción de la masa

silicatada original ( serpentinitas). La liberación de los álcalis produjo el aumento de la alcalinidad en

profundidad. Al sobrepasar el Ph 6.8, el Ni contenido en los productos residuales hidrolizados se disolvió

y migró desde las partes más profundas de la corteza. El níquel se liberó en los estadios tempranos del

proceso de meteorización pasando a la solución acuosa, donde se encontraba, como bicarbonato, siendo

evacuado en gran medida de la corteza. El manganeso y el cobalto se oxidaron y carbonatizaron con

posterioridad migrando hacia horizontes menos profundos que el níquel. Los compuestos de Fe, se

acumularon fundamentalmente en la parte alta de la corteza.

El contenido de Ni y Co disminuye bruscamente en el límite de los ocres inestructurales con los ocres

inestructurales finales, mientras que el Fe experimenta un incremento creciente mas allá de la barrera

del Ph 6.0-6.2 cuando se deposita el Fe3 +.

El Ca, Mg y los álcalis fueron lixiviados intensamente de la corteza en forma de carbonatos solubles. El

perfil de Pinares de Mayarí se caracterizó durante su evolución por presentar un buen drenaje de las

aguas subterráneas por lo que el desarrollo de la nontronita fue reducido y restringido tanto en potencia

como en distribución lo que explica en parte la ausencia, casi total de las saprolitas y de los ocres

estructurales iniciales, estas características del proceso de meteorización son similares a algunas de las

descritas por diversos investigadores en otros yacimientos de lateritas niquelíferas fuera de Cuba

(Guinzburg 1963, Brand 1998, etc) Los horizontes ferralíticos se desarrollaron intensamente. La gohetita

es el mineral más abundante con trazas de cromita y óxidos de manganeso. Hacia el techo de este

conjunto litológico la gohetita fue reemplazada por la hematita y los óxidos de manganeso son lixiviados.

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Dominios geológicos del yacimiento Pinares de Mayarí

En el yacimiento de lateritas niquelíferas de Pinares de Mayarí fueron definidos 6 Dominios geológico,

tres para la porción norte occidental ,dos para la porción sur oriental y un Dominio en la porción central

del yacimiento. (fig. 1) Para cada Dominio fueron creadas 64 capas informáticas ,seleccionando las de

mayor peso para caracterizar el Modelo del Dominio, pero las mismas pueden ser manejadas

individualmente con fines variado incluyendo la obtención de modelos alternativos.(Quintas et al 1999)

Breve caracterización de los Dominios Geológicos del Yacimiento Pinares deMayarí

Producto de la modelación del yacimiento de lateritas niquelíferas en Pinares de Mayarí fueron definidos

6 Dominios Geológicos. Tres de los cuales se localizan hacia el Oeste de la falla Pinares de Mayarí que

atraviesa por su parte central a la meseta de Pinares con una dirección Noreste, dos hacia la porción

Este y un Dominio Central que se propaga por la zona de falla de Pinares de Mayarí y un sector sureste

de la meseta desde Pinalito hasta el sur este de Valle Hermoso (figura 1)

Los Dominios 1,23 se caracterizan por una mayor potencia, mayor rugosidad del fondo , presencia

frecuente de redepósitos y contenidos relativos mas bajos de NI y Co , con mayor presencia de

gabroides en diques o zonas de brechas tectónicas especialmente hacia los bordes de la meseta, con un

relieve mas complejo caracterizado por la presencia de numerosos valles y colinas , algunas de estas con

laderas de grandes pendientes ,mientras que los Dominios 5 y 6 presentan una menor potencia , altos

contenidos de Ni , redepósitos poco frecuentes. El Dominio 4 se propaga por la porción central, sur y

norte del yacimiento inmediatas a la zona de falla Pinares de Mayarí y se caracteriza por presentar las

potencias mas pequeñas , y la mayor aflorabilidad de las rocas del basamento. En algunos sectores de

este Dominio el contenido de NI es muy elevado relacionándose especialmente con el desarrollo de

mayores espesores de saprolitas. Son frecuentes en este Dominio los redepósito , en ocasiones de gran

potencia y un relieve muy complejo así como una gran rugosidad del fondo.

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Conclusiones

• El yacimiento de Pinares de Mayarí es del tipo C , de la clasificación de Brand ,caracterizado por el

predominio de oxihidroxidos de hierro, con una potencia media relativamente pequeña y altos contenidos de

Ni y Co.

• La corteza de meteorización en el yacimiento es madura e incompleta caracterizándose por la ausencia

bastante frecuente de las saprolitas y de los ocres estructurales iniciales.

• Los principales sistemas de grietas y fallas siguen una orientación NW, y NW, y en menor medida E-W,

Los sistemas de grietas son cerrados, predominantemente. La falla principal es la de Pinares de Mayarí.

• La rugosidad del fondo del yacimiento es mayor en la zona geomorfológica A, región noroocidental que en

la zona B

• Los redepósitos son mas abundantes y de mayor potencia en la zona geomorfológica B (Dominios 1,2,y3)

• En el yacimiento Pinares de Mayarí existen 6 Dominios geológicos bien diferenciados

• La cobertura friable (corteza y redepósitos fue originada a través de tres ciclos geológicos.

• Las ofiolitas del basamento son predominantemente representativas de las tectonitas, con predominio de las

harzburgitas siendo escasos los diques de gabroides.

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Figura 1. Localización de Pinares de Mayarí. Características geológicas y Dominios (modificado de

Iturralde Vinent ,1996)

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Figura 2 Modelo de flujo elaborado para la modelación geológica del yacimiento Pinares de Mayarí

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Fig. 3. Modelo de la evolución geológica Plioceno- Cuaternaria de Pinares de Mayarí

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Figura 4. Proceso de formación de la corteza de meteorización en Pinares de

Mayarí.