ENDAPAN MINERAL BIJIH: KLASIFIKASI, GENESA, MODEL ENDAPAN SERTA ASOSIASI MINERAL DAN KOMPOSISI KIMIANYA

Arifudin IdrusProgram Studi Magister Teknik Pertambangan

Program PascasarjanaUniversitas Pembangunan Nasional (UPN) ”Veteran”

Yogyakarta

MATA-KULIAHPermodelan Sumberdaya Mineral

(2 SKS)

Stolberg, Germany, 2005

ENDAPAN SKARNENDAPAN MESOTERMAL (QUARTZ-

GOLD LODE)

RUANG LNGKUP BAHASAN

Pengantar Metalogenesis: pembentukan endapan logam Klasifikasi endapan mineral bijih Endapan magmatik (kromit, nikel dan PGM) Endapan hidrotermal I: epitermal dan porfiri Endapan hidrotermal II: skarn dan mesotermal Endapan hidrotermal III: VMS Endapan SEDEX dan MVT Endapan residual (kimiawi) Endapan sedimenter (placer) Evaluasi: Tugas dan ujian

KLASIFIKASI ENDAPAN BIJIH• Endapan bijih magmatik-hidrotermal

– Endapan liquid magmatik (Cr pada ofiolit atau intrusi berlapis dengan produk sampingan Pt, Fe/Ti dan Ni)

– Pegmatit (Sn, Nb/Ta, Li, Be, etc).– Endapan hidrotermal: Cyprus-type (VMS); skarn (W, Sn, Cu, etc), porfiri

(Cu, Mo, Sn, etc); endapan urat (Sn, W, U); endapan epitermal Au-Ag; BIF (Algoma type)

● Endapan hidrotermal-metamorfik

– Urat kuarsa pada batuan metamorf (Au) atau lode gold. ● Endapan hidrotermal-diagenetik

– Tipe Kupferschiefer (Cu, Pb, Zn) SEDEX– Tipe Mississippi (MVT): Pb-Zn-Ba-F pada karbonat laut

● Endapan hasil pelapukan (kimia)

– Endapan sisa: bauksit dan Fe-laterit– Sisa pelarutan: endapan Ni dan Au laterit; pengkayaan Mn, Fe, Cu, Ag

● Endapan bijih sedimenter (mekanik)

– Endapan placer aluvial dan laut (Au, Sn, Ti, REE)

1. ENDAPAN SKARN● Istilah “skarn” pada awalnya digunakan di Swedia

sebagai istilah pertambangan untuk mendiskripsi “a relatively coarse-grained, calc-silicate gangue associated with some iron ores”

● Skarn merupakan batuan yang tersusun oleh silikat Ca-Fe-Mg-Mn yang terbentuk oleh penggantian batuan kaya karbonat selama proses metamorfisme regional ataupun kontak dan metasomatisme (Einaudi et al., 1981), sebagai respons pada intrusi batuan beku dari bermacam-macam komposisi,

● Istilah endapan skarn digunakan untuk memerikan skarn yang berasosiasikan mineral-mineral ekonomis.

Jenis endapan skarn● Berdasarkan jenis batuan asalnya (protolit), endapan skarn

dapat dibagi menjadi dua, yaitu eksoskarn dan endoskarn,

● Eksoskarn yaitu skarn yang terbentuk pada batuan sedimen di sekitar intrusi batuan beku, sedangkan endoskarn yaitu skarn yang terbentuk pada batas atau di dalam batuan beku itu sendiri,

● Berdasarkan jenis mineralnya, skarn dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu skarn prograde yang terbentuk pada fase awal (T tinggi) dan skarn retrograde yang terbentuk pada fase pendinginan (T rendah).

Mineralogi endapan skarn● Ciri mineralogi dari masing-masing jenis skarn:

– Skarn prograde yang terbentuk pada suhu tinggi umumnya dijumpai mineral-mineral bersuhu tinggi, seperti garnet, klinopiroksen, biotit, humit, montiselit, dll.

– Skarn retrograde yang terbentuk pada suhu rendah umumnya tersusun oleh mineral-mineral serpentin, amfibol, tremolit, epidot, klorit, kalsit, dll.

● Berdasarkan jaraknya dari sumber panas, skarn dapat dibagi menjadi skarn proksimal, yang dekat dengan sumber dan skarn distal, yang jauh dari sumber.

Mineralogi endapan skarn● Urat-urat mineralogi skarn barangkali hadir baik pada

intrusi dan sedimen karbonat,– Skarn kalsik terbentuk oleh penggantian batugamping

dan menghasilkan alterasi yang kaya akan Ca, seperti garnet (grosularit-andradit), klinopiroksen (diopsid-hedenbergit), vesuvianit, dan wolastonit,

– Skarn magnesian terbentuk oleh penggantian dolomit dan menghasilkan alterasi yang kaya akan Mg, seperti diopsid, forsterit, dan flogopit,

● Skarn biasanya menampilkan kumpulan mineral yang komplek dan polifase.

Proses pembentukan skarn● Evolusi skarn terjadi melalui tiga tahap proses:

I. Skarn isokimia (prograde isochemical) ekuivalen dengan pembentukan alterasi potasik-propilitik sebagai respon atas perpindahan panas konduktif dalam sistem porfiri tembaga.

II. Skarn metasomatik (prograde metasomatic) dapat dise-bandingkan dengan pembentukan urat kuarsa stokwork dan alterasi argilik lanjut suhu tinggi selama eksolusi larutan magmatik dari kristalisasi tubuh porfiri.

II. Retrograde skarn berhubungan dengan proses pendi-nginan akibat bercampurnya air meteorik.

Evolusi endapan skarn

Model endapan skarn

Isokimia prograde● Skarn isokimia terbentuk ketika intrusi menerobos sedimen

karbonatan dengan sedikit atau tanpa penambahan komponen kimia.

● H2O diperoleh dari air magmatik (intrusi), sedangkan CO2 dari batuan sedimen karbonatan.

● Pembentukan skarn dikontrol secara dominan oleh suhu dan komposisi batuan dinding serta tekstur (sistem konduktif)

● Metamorfisme kontak membentuk zonasi termal alterasi aureole: silikat Ca-Al/hornfels pada serpih karbonatan atau napal, silikat Ca-Mg pada dolomit, marmer silikat-kalk dan atau wolastonit pada batugamping.

Skarn isokimia prograde● Zonasi mineralogi yang terbentuk sebagai respon

penurunan suhu, dan penambahan konsentrasi CO2 (e.g., progresif menjauh dari intrusi) dapat digeneralisasi sebagai berikut:– pada dolomitgarnet → piroksen → tremolit → talc/flogopit– pada batugampinggarnet → vesuvianit + wolastonit → marmer

● Kandungan Fe pada garnet bertambah searah intrusi, di mana rasio Fe:Mg pada piroksen berkurang.

Skarn metasomatik prograde● Pembentukan skarn isokimia diikuti oleh pembentukan suatu

tahap alterasi metasomatik atau hidrotermal yang dicirikan oleh penggantian H2O, Si, Al, dan Fe, yang dihasilkan dari pengkristalan intrusi, dengan CO2, Ca, dan Mg dari batuan sedimen karbonatan.

● Hydrofracturing saat pendinginan pluton dan sebelumnya terbentuk skarn isokimia/hornfels diikuti oleh pelepasan air magmatik. Air magmatik mengisi sepanjang kontak intrusi, rekahan, celah, patahan, kontak sedimen, pre-skarn dikes dan sills, dan zona-zona permeabel yang lain (Meinert, 1992).

Model endapan skarnErtsberg/Irian Jaya

Skarn metasomatik prograde● Zonasi mineralogi hampir sama dengan skarn isokimia.

Garnet dan piroksen secara progresif mengalami pengkayaan Fe dan penurunan kadar Mg.

● Mineral-mineral bersuhu rendah umumnya saling tumbuh dan mengganti kumpulan mineral yang terbentuk sebelumnya pada suhu yang lebih tinggi (e.g., piroksen menggantikan garnet).

● Peningkatan pengendapan oksida dan sulfide terjadi pada tahap akhir pembentukan skarn metasomatik. Magnetit lebih dominan dibandingkan sulfida, yang terbentuk menggantikan garnet atau piroksen.

Skarn retrograde● Skarn retrograde terbentuk pada fase penurunan suhu dan

komposisi cairan menjadi lebih dominan air meteorik, khususnya pada skarn yang terbentuk pada daerah dangkal.

● Alterasi retrograde dicirikan oleh penggantian mineral-mineral anhydrous yang terbentuk pada fase prograde oleh mineral-mineral hydrous seperti epidot, amfibol, klorit, dan lempung (pelepasan Ca yang diganti oleh volatil).

● Tidak seperti skarn metasomatik, skarn retrograde memilikai kumpulan mineral fase ganda yang komplek.

Skarn retrograde● Mineralogi alterasi yang biasa dijumpai pada skarn

retrograde:– garnet grosularit → low Fe-epidote + klorit + kalsit– garnet andradit → kuarsa + oksida besi + kalsit– garnet almandin → biotit + hornblende + plagioklas– diopsid → tremolit/aktinolit → talc– forsterit → serpentin

● Kumpulan mineral sulfida pirit-kalkopirit (± magnetit) terbentuk pada daerah proksimal sedangkan bornit-kalkopirit dominan pada daerah distal.

Endapan bijih skarn● Endapan bijih yang terdapat pada skarn diklasifikasikan

sebagai endapan skarn.● Klasifikasi yang umum endapan skarn didasarkan atas

dominasi kandungan logamnya, seperti Cu, Au, Pb-Zn, Fe, Mo, W,dan Sn.

● Skarn Cu-Au (e.g., Ertsberg, Irian Jaya; Ok Tedi, Papua N) dan skarn Au (e.g., Red Dome, Australia bagian timur) merupakan endapan skarn yang sangat ekonomis di bagian barat daya lingkar pasifik (Pacific Rim).

Endapan bijih skarn● Skarn Cu

– umumnya didominasi oleh andradit (Fe-rich) garnet, dan garnet masif yang terbentuk pada daerah proksimal intrusi, yang semakin menjauh terjadi peningkatan piroksen (Fe-poor) hingga vesuvianit dan atau wollastonit dekat dengan kontak marmer.

– kalkopirit dominan pada daerah proksimal, sedangkan bornit terjadi pada zona alterasi wolastonit.

– epidot-aktinolit/tremolit menggantikan garnet.– kehadiran mineral hematit (specular hematite)

mencirikan lingkungan oksidasi dangkal.

Endapan bijih skarn● Skarn Au (e.g., Red Dome, Australia; Gunung Bijih

[Ertsberg] District, Irian Jaya; Wabu, Irian Jaya)– berasosiasi dengan pluton diorit-granodiorit dan

umumnya mengandung mineralisasi sub-ekonomis Cu, Pb, Zn,

– K-feldspar, skapolit, vesuvianit, apatit, dan Cl-rich amfibol umum dijumpai,

– kehadiran mineral arsenopirit dan pirhotit sebagai sulfida utama mengindikasikan bahwa mineral ini terbentuk pada lingkungan reduksi.

– sebagian besar Au terjadi sebagai elektrum.

Endapan bijih skarn● Skarn Pb-Zn

– terjadi pada bagian distal dari sumber intrusi, dan umumnya terjadi penurunan pembentukan mineralogi skarn,

– pada tempat tertentu, mineralogi skarn barangkali tidak ada,

– sebagian besar mineral pada skarn Pb-Zn adalah kaya akan mangan (manganese-rich),

– rasio piroksen:garnet dan kandungan mangan pada piroksen meningkat dari arah intrusi

Endapan bijih skarn● Skarn Fe

– merupakan endapan skarn terbesar, meskipun yang ditambang hanya kandungan magnetit dengan sedikit kandungan Cu, Co, Ni, dan Au,

– skarn ini umumnya terbentuk pada cekungan busur belakang (back-arc) sampai busur kepulauan berasosiasi dengan intrusi diabas atau diorit kaya Fe.

● Skarn Mo dan Sn terbentuk pada lingkungan continental rift dan berasosiasi dengan granit leucocratic dan high-silica,

● Skarn W dijumpai pada batolit granodiorit sampai monzonit kuarsa calc-alkaline tererosi dalam.

Skarn mineralogy

Mineralogical sequences

Mineralogical sequences

2. ENDAPAN Au MESOTERMAL

● Endapan mesotermal merupakan salah satu tipe endapan hidrotermal yang terbentuk pada lingkungan batuan metamorfik,

● Karakteristik endapan mesotermal:– Urat emas–kuarsa yang terdapat di sekitar batuan

metamorfik– Ekstraksi Au dari batuan samping melalui air kristal

(H2O) dan CO2, oleh perubahan metamorfik antara fasies sekis hijau ke amfibolit pada T sekitar 400-600°C

● Contohnya: greenstone belts → Homstake mine/S-Dakota, USA

Endapan mesotermal

Endapan mesotermal

Endapan mesotermal

Shear zones● Sebagian besar shear zones menunjukkan kenampakan

baik deformasi brittle maupun deformasi ductile, yang terbentuk pada waktu yang berbeda selama pembentukan shear zone.

● Transisi antara ductile dan brittle mungkin terjadi sebagai konsekuensi dari kenaikan kompetensi batuan melalui shear zone, kenaikan laju tegangan, atau kenaikan tekanan pori pada shear zone.

Shear zones

Shear zones

Shear zones

Penjelasan gambar pada slide sebelumnya:● Hubungan antara flat veins dan bulk strain pada suatu

tambang endapan mesotermal,● Urat-urat yang terbentuk pada extension fractures

melewati dari shear zone ke dalam daerah yang mengalami tegangan tanpa rotasi (irrotational strain)

● Urat-urat ini tegak lurus terhadap sumbu-X dari elip tegangan.

Alterasi batuan samping● Alterasi batuan beku, yang berasosiasi dengan endapan pada

batuan fasies sekis hijau berderajat rendah, yang dicirikan oleh proses hidrolisis dan karbonatisasi dari mineral-mineral feromagnesia dan oksida.

● Pada batuan beku mafik, kumpulan sekis hijau dari aktinolit-epidot-albit-kuarsa antara zona alterasi klorit, yang dicirikan oleh kumpulan mineral klorit-kalsit, dan suatu zona karbonat dalam dari dolomit Fe-serisit-pirit-kuarsa.

● Komponen utama yang ditambahkan pada batuan teralterasi adalah: CO2, K, S, dan H2O. Unsur langka termasuk: Au, B, As, Rb, W, Mo, Ba, dan Sb.

Reaksi kimia alterasi● Aktinolit + epidot + larutan (CO2+H2O) → klorit + kalsit +

silika● Klorit + kalsit + larutan (K+ + CO2) → serisit + dolomit +

silika + larutan (H2O + H+)● Magnetit + CO2 → siderit + O2

● Siderit + larutan (H2S) → pirit + larutan (CO2 + H2O)● Magnetit + larutan (H2S + O2) → pirit + H2O● Albit + larutan (K+ + H+) → serisit + silika + larutan (Na+)Tugas: carilah rumus kimia lengkap dari mineral di atas dan

lengkapi koefisiennya secara stoikiometri.

Proses pembentukan● Komposisi dari larutan pembentuk mineral dan

kemungkinan asal mula dari larutan dapat dipelajari dari analisis inklusi fluida dan isotop stabil (C, H, O, dan S).

● Umumnya suhu rata-rata pembentukan dari mineralisasi mesotermal berdasarkan analisis inklusi fluida didapatkan sekitar 277 ± 48°C. Suhu homogenisasi yang diperolah dari pengukuran inklusi fluida (suhu minimum) pada endapan yang lain jenis ini bervariasi antara 200 sampai 490°C.

● Salinitas yang diestimasi dari data inklusi fluida rendah: < 4 wt.% NaCl equivalent.

Sumber larutan● Ada beberapa sumber larutan pembentuk mineralisasi

mesotermal yang telah diusulkan:– Larutan metamorfik,– Larutan juvenil yang terbentuk karena proses granu-

litisasi kerak bagian bawah atau pengeluaran gas pada mantel bagian atas,

– Larutan hidrotermal magmatik,– Sirkulasi kembali airlaut

● Komposisi larutan pada batuan metamorf dapat diseban-dingkan dengan komposisi larutan pembentuk bijih.

Sumber larutan● Salinitas larutan dari hasil analisis inklusi fluida pada

batuan metamorf umumnya rendah, dan rasio CO2:H2O bertambah dari fasies sekis hijau, dimana larutan dido-minasi oleh H2O, hingga fasies granulit yang didominasi oleh CO2.

● CO2 pada batuan metamorf dihasilkan baik dari proses internal (reaksi dekarbonatisasi, atau oksidasi material karbonatan), atau dari sumber eksternal (deep-seated source, seperti pengeluaran gas oleh mantel).

Sumber larutan● Larutan yang berasosiasi dengan granulitisasi merupakan

sumber potensial dari larutan hidrotermal. Inklusi yang kaya akan CO2 banyak dijumpai pada granulit.

● Komposisi larutan berasosiasi granulit dapat disebanding-kan dengan fluida yang kaya CO2 dari beberapa endapan emas.

● Ini merupakan hasil pemisahan fase dari larutan induk yang kaya akan H2O, dengan demikian trans-formasi larutan metamorfik menjadi larutan pem-bentuk bijih membutuhkan dilusi yang signifikan.

The Hutti Gold Mine, India

Amanda Jane Rogers

Institute of Mineralogy andEconomic Geology,

RWTH Aachen

Dharwar Craton,Southern India

0 10 m

N

MetabasaltKavital GranitoidYellagatti GranitoidQuartz-Gold-LodesBasic Dykes

Peninsular Gneiss

BUDHOL

UTI

KAVITAL

HIRA BUDDINIHUTTI

YELLAGATTI

Shear Zone

5mOuter

Edge

Centre

Reef Fabrics

20cm

S2

S3

S3

●Lithons●Minor quartz veining●Ductile deformation●Pervasive mineralisation

D2 M2

●Mylonitic textures●Ductile deformation●Laminated quartz veins

D3 M3

P-T Path

(D2 M2)

530°C at ~3 kbar

Peak metamorphism (M1)

650°C at 4 kbar

(D3 M3)

~300°C at <3 kbar

BtEp

Qtz

Pl

0 1 00µ m

Biotite-Plagioclase (D2 M2)

Py

Au

AspPo

0 30µ m

Chlorite-K-Feldspar (D3 M3)

Chl

Cal

Apy

Qtz

Pl

0 1 00µ m

CcpSph

Po

0 50µ m

Geochemistry

Au ( p p b )

Am p h i b o l i t e Am p h i b o l i te

Biotite-Plagioclase (D2 M2)

Chlorite-K-Feldspar (D3 M3)0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

IH 15 IH 16 IH 17 IH 18 IH 19 IH 20 IH 21 IH 22 IH 23 IH 24 IH 25 IH 26

K2OWSAsAgAu

0 1mm

Fluid Inclusions

D3Mainly CO2-rich

Minor CH4 or N2 gases (XCH4 ~0.2)

Low salinity (1.3-5.7 wt% NaCl equiv.)

D2 Mainly CO2-rich

Minor CH4 or N2 gases (XCH4

~0.2)Low salinity (0-6.8 wt% NaCl equiv.)

Stable Isotopes

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-20 -10 0 10 20 30

δ18O

D

D2 DistalD2 ProximalD3D4

Met

eoric

wat

ers

Metamorphic 300-600°C

Sediments

Kaoli

nte Li

ne

Igneous Rocks

Primary Magmatic

O r o g e n i c G o l d

Biotite-Plagioclase (D2 M2)Chlorite-K-feldspar (D3 M3)

Crustal Continuum Model

● Epigenetic and structurally controlled, commonly in reactivated shear zones

● Primarily enriched in Au with additional Ag, As and W

● Fluids are low salinity H2O-CO2+/-CH4

● Quartz-dominant vein systems with <3-5% Fe sulphides

● The fluid plumbing system specifies a deep seated fluid source (Groves, 1993)

S e a w a te r ? Me te o r i c w a te r ?

D 3 M3

D 2 M2

Fluid Pulses

● Explanations for the two fluid pulses:-

0 10 m

N

MetabasaltKavital GranitoidYellagatti GranitoidQuartz-Gold-LodesBasic Dykes

Peninsular Gneiss

BUDHOL

UTI

KAVITAL

HIRA BUDDINIHUTTI

YELLAGATTI

Shear Zone

2.543 Ga~2.2 Ga

• The evolution of the Dharwar Craton, regional assemblage of various terrains

• Surface water influence• Regional syn- to late-tectonic granitoids

2.518 Ga

Conclusions● Hutti Gold Mine is compatible with the Crustal

Continuum Model● However! Two-phases of fluid infiltration

(D2 M2)

Biotite-Plagioclase

Upper-mesozonal conditions Syn-tectonic Kavital granitoid 2.543 Ga

(D3 M3)

Chlorite-K-Feldspar

Lower-mesozonal conditions Syn-tectonic Closepet Granite

(Dharwar Craton amalgamation) 2.518 Ga

M3 D3 ~ 3 5 0 °C

3 m

∆M 21.21% ∆V 18.10

O p e n S y s te mK a n d As

Au a n d W

Reef DevelopmentM2 D2 ~ 5 3 0 °C

1 0 m

O p e n S y s te m

Au , K, As , S

∆M 15.62% ∆V 11.85%