Figura 6. Ejemplo de interpretación estructural en cercanías de Santafé de Antioquia. En líneas rojas gruesas falla mayores y en líneas delgadas lineamientos estructurales menores. Imagen Landsat ETM, Bandas ETM3, ETM2, ETM1 (R,G,B)
METHODOLOGY FOR THE EXPLORATION OF NICKEL USING REMOTE SENSING TECHNIQUES
GERMÁN VARGAS CUERVO
Geólogo, MsC, PhD. Profesor Universidad Nacional de Colombia
gvargasc@unal.edu.co
CARLOS A. RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ
. Geólogo Senior, MsC. Gerente de Exploración y Geología. Cerro Matoso S.A., Colombia
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RESUMEN
Los sensores remotos o teledetección, es una técnica que evoluciona constantemente, consiguiendo cada vez mejores aplicaciones en las ciencias de la tierra y en particular en la prospección de recursos minerales. Sus características espectrales, permiten día a día obtener productos satelitales, con una mayor discriminación de bandas espectrales con imágenes entre 9 bandas como Landsat ETM a 250 bandas de las imágenes hiperespectrales, imágenes con resoluciones espaciales entre 1 o mas kilómetros, las meteorológicas de unos pocos centímetros como Quickbird o Ikonos. Igualmente la disponibilidad gratuita de algunas de ellas en Internet y la liberación de un gran numero de programas de procesamiento facilitan el uso de está importante técnica en diversas áreas geocientíficas. En este trabajo se presenta un avance en el desarrollo metodológico en la prospección de Níquel, utilizando técnicas de sensores remotos y aplicando indicadores geológicos y geomorfológicos. La metodología propuesta comprende cinco etapas principales, las cuales se resumen así: a) identificación de sensores remotos y procesamiento digital de imágenes de satélite, b) definición de indicadores geológicos, c) determinación de indicadores geomorfológicos, d) definición del modelo de evaluación de prospectos y e) aplicación de resultados. Esta metodología fue aplicada en el estudio realizado para Cerro Matoso S.A. en Colombia en el 2006, en 48 zonas potenciales localizadas en la región fisiográfica del Caribe, la región o terreno geotectónico denominado Cauca - Romeral y la región Pacífica.
Palabras Claves: Níquel, Laterita, Sensores Remotos, Geomorfología, Geología, Prospección, Recursos minerales, Colombia.
ABSTRACT
]]> Remote sensing is a technique to carry out constantly, it's allowing best ever applications in earth sciences and, specially, for mineral resources prospecting. Its spectral characteristics to enable satellite products every day, with greater spectral bands discrimination with images from 9 bands as Landsat ETM bands 9 to 250 bands of hyperspectral images, it's the spatial resolutions from 1 or more kilometers to the meteorological ones at a few centimeters as Quickbird or Ikonos. Anyway their internet free availability and the release of a large number of processing programs facilitate the use of this technique. This work presents a methodological research development for nickel prospection using remote sensing techniques and geological and geomorphological indicators. The proposed methodology comprises five main stages, as follows: a) identification of remote sensing and digital processing of satellite images, b) definition of geological indicators, c) identification of geomorphic indicators, d) in definition of evaluation model prospects and e) application of results. This methodology was applied in the study for Cerro Matoso SA in Colombia in 48 potential areas of study located in the physiographic region of the Caribbean, the region or geotectonic area known as Cauca - Romeral and the Pacific region.Key words: Laterite, Remote Sensing. Geomorphology, Geology, Prospection, Minerals Resources, Colombia
1. INTRODUCCIÓN
Los estudios convencionales de Exploración de Níquel, se basan en estudios geológicos detallados, prospección geoquímica (principalmente de suelos), registros geofísicos, petrología y petrografía, en donde el componente de fotointerpretación, siempre ha sido una fase de trabajo básica.
El avance notable de las técnicas de sensores remotos satelitales con la obtención de imágenes en todo el planeta con tiempos de registro entre 16 días y horas, con el registro cada vez de porciones del espectro electromagnético en bandas espectrales entre el visible y las microondas, la capacidad de obtener imágenes y fotos digitales con resoluciones espaciales entre km y unos pocos centímetros propician cada vez más el uso de estas técnicas en la cartografía geológica y la prospección de recursos minerales. En la literatura científica los estudios de exploración de Níquel con técnicas de sensores remotos son muy escasos, constituyéndose éste estudio como una innovación en el tema.
En Colombia los estudios avanzados de prospección de Níquel, se restringen principalmente al área de Cerro Matoso en el municipio de Montelibano, Córdoba, por ser uno de los yacimientos más importantes de Colombia y Suramé rica. Entre estos se destacan los trabajos de Ortiz, 2004, quien hace una síntesis sobre los diversos materiales que constituyen la mineralización, distribución, características petrográficas, mineralógicas y la composición química del yacimiento de Níquel en el área de Cerro Matoso, Colombia, para establecer un modelo genético con repercusiones importantes en explotación; Mejía y Durango, 1982, realizan un estudio geológico de las lateritas Niquelíferas de Cerro Matoso S.A.; Álvarez y Muñoz, 1987, presentan un estudio de Cr, Ni y Co en las lateritas de las Dunitas de Medellín.
Sobre geomorfología asociada a lateritas, se destacan los trabajos de Anand y Butt, 2000, quienes presentan en las memorias del 20th Workshop del 2.001 denóminado Regolith Geology and Exploration Geochemistry in Deeply Weathered terrains - a Perspective from three Continents" el estudio titulado Regolith-landform mapping.
El presente trabajo se realizó dentro del marco exploratorio de la investigación titulada; "Evaluación de áreas potenciales de Níquel, en Colombia, para la determinación de prospectos a partir de sensores remotos" realizado por Vargas, 2006 y presentado en el XIV Congreso Colombiano de Minería, en Medellín entre el 19 al 21 de Noviembre de 2008.
]]> Otras aplicaciones de sensores remotos en prospección de recursos minerales en Colombia hacen referencia a los trabajos de Vargas, 2009, Vargas, 2008a-e, Vargas, 1998.1.1. Las Lateritas
Las lateritas, se forman en zonas de relieve horizontal sobre rocas ricas en hierro, especialmente de rocas ígneas básicas o ultrabásicas, ricas en minerales ferromagnesianos como el olivino o el piroxeno. La hidrólisis de estos minerales, a través de serpentina y clorita principalmente, forma como productos finales óxidos/hidróxidos de hierro, sílice, y sales solubles de Mg y Ca (procedentes del clinopiroxeno). Algunos de los componentes minoritarios de estos minerales (Ni, Cr, Co) pueden también concentrarse en la laterita, aumentando sus posibilidades mineras.
Los yacimientos residuales relacionados con procesos exógenos, son mineralizaciones, que no han sufrido transporte, como las lateritas o bauxitas, es decir, son el resultado de una meteorización. Se produce una acumulación de minerales por separación gravitacional, pero sin transporte.
Las condiciones necesarias para su formación son:
1.2. Rocas ultramáficas en Colombia
Las rocas ultramáficas en Colombia, se localizan en el occidente colombiano principalmente en la zona de sutura formada entre la Placa Pacífica y la Placa Suramericana denominada como Cauca Romeral, en la Península de la Guajira y en la Serranía del Baudó en el Pacifico colombiano. Un resumen de la estratigrafía de las principales unidades de rocas ultramáficas es presentado en la Tabla 1.
]]> Tabla 1. Principales rocas máficas y ultramáficas en Colombia (Ingeominas)Figura 2
Figura 2. Ejemplo de rocas ultramáficas (color rojo) en el noroccidente colombiano asociadas al sistema de fallas Cauca romeral.
2. METODOLOGIA
Figura 3
Figura 3. Esquema generalizado de la metodología de trabajo.
3. ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DIGITAL DE SENSORES REMOTOS
Teniendo en cuenta que la base para la interpretación temática, son los sensores remotos, éstos se enfocaron a partir de dos características principales: a) resolución espectral adecuada en la cual permite obtener diferentes registros de los elementos geológicos y geomorfológicos, en diversos rangos del espectro electromagnético y b) resolución espacial adecuada para los alcances de estos estudios con resoluciones espaciales entre 30 m/píxel y 1 m/píxel. Para el primer caso se utilizan las imágenes Landsat (Figura 4) y para el segundo caso imágenes de alta resolución espacial como Spot (pancromáticas), imágenes Ikonos, Quickbird, fotografías aéreas digitales, etc.
En la fase de procesamiento digital de imágenes se realizan procesos de importación de imágenes, extracción de subimágenes de las zonas de interés, correcciones geométricas, realce espectral o radiométrico, realce espacial, elaboración de anaglifos (imágenes estereoscópicas en un solo plano imagen) y vistas 3D. Figura 5
Figura 4
Figura 4. Ejemplo de escenas Landsat utilizadas en la investigación
4. INDICADOR GEOLÓGICO
La interpretación de las imágenes, se orienta principalmente hacia la definición de los prospectos de Ferro-níquel en las áreas potenciales bajo una visión regional y local. Para la interpretación se utilizan simultáneamente, diferentes imágenes generadas para cada zona con diferentes composiciones en falso color, color natural, vistas virtuales en 3D y anaglifos. Para cada área de interés, se realiza la interpretación de los rasgos estructurales, la determinación de zonas de rocas ultramáficas, la morfología asociada y la cartografía de las zonas de lateritas y la definición de prospectos con el análisis de la información anterior.
4.1. Estructuras geológicas
Se identifican estructuras geológicas principalmente fallas en dos categorías principales: Estructuras regionales mayores y estructuras menores. Figura 6.
Estructuras regionales mayores. Corresponden principalmente a estructuras de tendencia regional con evidencias morfológicas y litológicas de corresponder a fallas geológicas.
]]> Estructuras menores. Corresponden a estructuras semiregionales y locales que pueden estar asociadas a fallas menores, fracturas y diaclasas mayores.
Figura 6. Ejemplo de interpretación estructural en cercanías de Santafé de Antioquia. En líneas rojas gruesas falla mayores y en líneas delgadas lineamientos estructurales menores. Imagen Landsat ETM, Bandas ETM3, ETM2, ETM1 (R,G,B)
4.2. Rocas Ultramáficas
Mediante la evaluación de esta información, con la expresión morfológica, litología asociada y contraste espectral de estas áreas, sobre las diferentes imágenes generadas para cada afloramiento, se creó la necesidad de reinterpretar estas unidades de roca, que en algunos casos consistió en el afinamiento de los contactos y en otros la interpretación de nuevas unidades de roca o la eliminación de otras de referencia (Figura 7). Igualmente estas áreas se identificaron espectralmente mediante el análisis de su perfil o curva espectral determinando un comportamiento típico de todas esta zonas mostrando una reflectancia que disminuye hasta las banda roja (TM3) y aumenta ampliamente en las bandas del infrarrojo cercano y medio (TM4 y TM5) y disminuye nuevamente en el infrarrojo medio a lejano (TM7). Figura 8.
Figura 7. Ejemplo de interpretación (en amarillo) de la roca ultramáfica (RM) en una imagen Landsat TM, Bandas TM4, TM5,TM3 (R,G,B). Región de Campamento Antioquia.
Figura 8. Curvas espectrales de diferentes afloramientos de rocas ultramáficas, mostrando una tendencia similar de reflectancia.
4.3. Lateritas
]]> La identificación de las lateritas sobre las imágenes de satélite y sobre las rocas ultramáficas, muestra un alto contraste espectral y morfológico respecto a estas primeras (Figura 9). Un análisis comparativo de la respuesta espectral sobre imágenes Landsat TM en varios afloramientos, mostró un comportamiento típico como se muestra en la Figura 10. 
Figura 9. Contraste espectral de una laterita (L) color claro sobre una roca ultramáfica. Imagen Landsat TM. Bandas TM4,TM5,TM3 (R,G,B)
Figura 10. Curvas espectrales de diferentes depósitos de lateritas mostrando un mismo comportamiento espectral.
5. INDICADOR GEOMORFOLÓGICO
Como indicador geomorfológico para la determinación de los prospectos, se definió la presencia de geoformas asociadas a lateritas desarrolladas, a partir de la descomposición, alteración, interperismo y/o meteorización in situ de rocas ultramáficas. Otra condición importante es que estos depósitos residuales se presenten poco afectados por procesos morfodinámicos sobre impuestos como derrubios, coluviones y depósitos fluvioglaciares con una baja disección por drenaje. En esté contexto Florez, 2003 estima la no presencia de estos depósitos por encima de los 3000 m.s.n.m por abrasión glaciar.
]]> De acuerdo a la génesis de estos materiales o depósitos residuales, se dividieron ocho clases de geoformas así:5.1. Morfología de lateritas asociadas a filos y cimas de montaña (Dl1)
]]> Estas geoformas se presentan en la parte superior de cerros y montañas que han sido disectadas por interfluvios, conservando sus depósitos residuales en la cima de estas morfologías. Son las geoformas mas encontradas en los estudios geomorfológicos y se presentan en diferentes cerros o montañas de contorno circular o semicircular de laderas convexas o en cerros alargados de laderas rectas y convexas. Figura 11 
Figura 11. A la izquierda esquema de geoforma de lateritas asociadas a filos y cimas de montaña. El achurado de puntos indica los depósitos residuales y las x la roca ultramáfica. A la derecha imagen de satélite Landsat TM bandas TM3, TM2, TM1 (R,G,B) mostrando en la cima una coloración mas clara que se asocia a la presencia de las lateritas.
5.2. Morfología de lateritas asociadas a altiplanos (Dl2)
Son geoformas de depósitos residuales de posibles lateritas presentes en altiplanos. Estas geoformas se caracterizan por presentar pendientes abruptas en los costados y cimas con superficies planas u onduladas, semejando a mesetas. Los depósitos se ubican en la parte superior de esta geoforma. Figura 12.
Figura 12
Figura 12. Esquema de morfología de posibles lateritas localizadas en altiplanos y ejemplo de imagen de satélite Landsat TM bandas TM4, TM5, TM3 (R,G,B) mostrando está morfología.
5.3. Morfología de lateritas asociadas a colinas y cerros residuales (Dl3)
Corresponden a promontorios, colinas o cerros residuales por diferenciación denudacional que sobresalen en su entorno que es de relieve ondulado a plano. Un ejemplo de este tipo es Cerro Matoso. Figura 13
Figura 13 ]]>
Figura 13. Esquema y ejemplo morfología de lateritas asociadas a cerros residuales. A la derecha sinergismo entre fotografía aérea e imagen digital Landsat TM. Sector Cerro Matoso, Montelibano, Córdoba.5.4. Morfología de lateritas asociadas a relieves bajos colinados (Dl4).
Corresponde a posibles lateritas relacionadas con relieves colinados bajos y superficies de aplanamiento con poca disección (modelado plano-cóncavo); se presentan discontinuamente en la parte superior de las colinas. Figura 14
Figura 14
Figura 14. Esquema e imagen Landsat TM bandas TM3, TM2, TM1 (R,G,B) de lateritas asociadas a relieves bajos colinados con poca disección
5.5. Morfología de lateritas asociadas a laderas rectas monoclinales (Dl5).
Esta morfología, se desarrolla localmente en relieves estructurales con montañas homoclinales con filos agudos, en donde una vertiente es abrupta y la otra es ligeramente inclinada. Los depósitos de lateritas se localizan sobre esta última ladera y generalmente con un aporte superficial de derrubios y depósitos coluviales. Figura 15
Figura 15
Figura 15. Esquema e imagen Landsat TM bandas TM4, TM5,TM3 (R,G,B) de lateritas asociadas a laderas rectas monoclinales.
5.6. Morfología de lateritas asociadas a zonas de falla (Dl6)
]]> En algunos corredores de zonas de fallas sobre rocas ultramáficas se desarrollan morfologías de aplanamiento por la descomposición de rocas cataclásticas ultramáficas, y desarrollo minerales de serpentina y talco. Figura 16Las expresiones morfológicas de estas zonas de fallas se manifiestan, en el terreno por el cambio de pendiente abrupta o moderada a suave, valles agudos en "v" presencia de movimientos en masa. Aquí la degradación normal por interperismo es altamente favorecida por la acción mecánica de trituramiento asociado a los movimientos de la falla durante sus periodos de actividad.
Figura 16
Figura 16. Esquema e imagen de depósitos residuales lateríticos asociados a zonas de falla. Obsérvese la presencia de estas superficies de aplanamiento desarrollada por los suelos residuales lateríticos. Imagen Landsat TM bandas TM4, TM5, TM3 (R,G,B)
5.7. Morfología de lateritas asociadas a depresiones morfológicas de montaña (Dl7).
Se desarrollan en cimas de montaña semejando edificios volcánicos inactivos, en donde la roca sufre un alto proceso de alteración sin transporte de material. Figura 17.
Figura 17
Figura 17. Esquema e imagen mostrando depósitos residuales en depresiones morfológicas de cimas de montaña. Imagen Landsat TM bandas TM4, TM5, TM3 (R,G,B)
5.8. Morfología de lateritas asociadas a pie de laderas (Dl8).
Corresponden a morfologías desarrolladas como pie de laderas en cerros y/o montañas conformadas por rocas ultramáficas. Esta morfología se puede presentar, como laderas suavemente inclinadas contrastantes con la morfología abrupta de montaña o colinas bajas localizadas en la bases de estas montañas. Estas geoformas pueden contener superficialmente, depósitos de ladera como coluviones y derrubios enmascarando las lateritas. Figura 18.
]]> Figura 18
6. DEFINICIÓN DE PROSPECTOS
La condición de prospecto se ha definido teniendo en cuenta la presencia de los siguientes indicadores o criterios:
Teniendo en cuenta la extensión del prospecto se clasificaron en tres tipos o categorías así:
6.1. Valoración de prospectos
Para la valoración de los prospectos por zona potencial, se utilizan tres variables así:
El número de prospectos es una variable en la definición de su potencial, para clarificar este aspecto tomamos el siguiente ejemplo.
Figura 19. Esquema para valorar el número de prospectos en el potencial de los mismos.
En el esquema anterior hacemos un supuesto de dos zonas potenciales A y B, la zona A contiene 6 prospectos y una superficie acumulada de 0,2 km2, la zona B tiene un solo prospecto y tiene la misma superficie. La pregunta es si quiero definir cual de los dos prospectos tendría un mayor peso, la respuesta lógica sería el B, entonces se considerará esta variable para el análisis mediante la siguiente ecuación:
Inp= Índice por número de prospectos
Np= Numero total de prospectos
Sp= Superficie total de prospectos
Paso 2. Índice por relación de densidad
La densidad se calcula teniendo en cuenta la superficie acumulada de los prospectos sobre la superficie total de la roca fuente o roca ultramáfica
Para este cálculo se utiliza la siguiente ecuación:
De donde:
IDSP= Índice por densidad de superficie de prospectos
]]> Sp= Superficie acumulada de los prospectos en la zona potencialSum= Superficie total de roca ultramáfica fuente en la zona potencial
Paso 3. Definición del índice de potencial de las zonas
El índice del potencial de prospectos en las zonas de estudio, se obtiene mediante el producto de los dos índices anteriores así:
De donde:
IP= Índice del potencial de prospectos en la zona potencial
Isp= Índice de densidad de superficie de prospectos
Inp= Índice de número de prospectos
Paso 4. Calificación de los prospectos
]]> Teniendo en cuenta la distribución de valores del Índice potencial de prospectos por zona potencial, se establecieron los siguientes intervalos y calificaciones de ponderación:
7. RESULTADOS Y APLICACIONES
Un ejemplo de aplicación de está metodología se realiza a continuación en la zona de Campamento, Antioquia
7.1. Localización Geográfica
La zona potencial de Campamento presenta una extensión de 89,26136 km2 y se halla situada en el departamento de Antioquia entre los de municipios Anorí al noroeste y Campamento al suroeste. Cartográficamente hace parte de la plancha 116.
7.2. Sensores remotos
Esta zona se presenta en la cobertura geográfica de las escenas Landsat definidas con el Path 9 Row 55. De estas imágenes se utilizaron subescenas de los años 1987, 1996 y 2000. Como imagen Spot pancromática, se utilizó la subventana de la escena 643-336 del año 2004. Para esta zona se elaboró un fotomosaico digital con resolución de 2 metros por píxel, Figura 20.
Figura 20 ]]>
Figura 20. Ejemplos de imágenes y fotografías aéreas utilizadas en el análisis de prospectos de níquel en la región de Campamento, Antioquía.7.3. Geología
Geológicamente la zona de Campamento, está referenciada con la plancha H8 Yarumal y H7 Ituango a escala 1:100.000, allí la unidad estratigráfica de está referenciada como Serpentinita (Ks), caracterizada por la presencia de cuerpos ultramáficos generalmente serpentinizados.
En este estudio, se redefinieron los límites de esta roca ultramáfica respecto a la cartografía de referencia. Se presenta en dos cuerpos uno predominante y continuo de forma alongada en dirección Sur - Norte con una superficie de 13,46 km2 y otro individual de poca extensión ( 457 m2) ubicado al norte de este primero. El cuerpo ultramáfico cubre una superficie total acumulada de 13,92 km2
Estructuralmente se identificaron un total de 268 lineamientos estructurales, los cuales fueron clasificados en mayores y menores. Las fallas regionales se presentan en dirección SN y N15 W y los lineamientos menores definidos por fallas o fracturas transversales se orientan preferencialmente en dirección EW y NE. Figura 21
Figura 21
Figura 21. Marco geológico región de Campamento, Antioquia
7.4. Geomorfología
Geomorfológicamente el área de Campamento se caracteriza por desarrollar un relieve estructural de cerros con formas elongadas hacia el norte y noroeste, de laderas convexas y pendientes moderadas y un relieve denudacional formado por cerros y colinas de forma semicircular.
Las geoformas o superficies de aplanamiento definidas en esta zona corresponden en orden de importancia a: filos y cimas de montaña (Dl1) y morfologías asociadas a relieves bajos colinados (Dl4), laderas homoclinales rectas (Dl5), Altiplanos (Dl2) y morfologías asociadas a zonas de falla (Dl6). Figura 22
]]> Figura 227.5. Prospectos
En el área de campamento, se determinaron 22 prospectos con una superficie total acumulable de 2,66 km2, de los cuales el 38%) equivalentes a una superficie de 1 km2 corresponden al tipo A, el 47% (1,2568 km2) corresponden a prospectos tipo C y el 15% con 0,4 km2 corresponden a tipo B. Esta zona, se ha calificado en la categoría de Bajo Potencial de prospecto de Níquel. Figura 23.
Figura 23
Figura 23. Prospectos de Níquel en la región de Campamento, Antioquia
8. CONCLUSIONES
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este trabajo agradecen a Cerro Matoso S.A., por el desarrollo de este estudio investigativo, el apoyo logístico brindado durante el estudio y autorizar está publicación.
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