Geologisk baggrund og økonomisk betydningRediger
Porfyr kobberforekomster er en vigtig ressource og den dominerende kilde til kobber, der i dag udvindes for at dække den globale efterspørgsel. Via indsamling af geologiske data er det blevet konstateret, at størstedelen af porfyrforekomsterne er af Phanerozoisk alder, og at de er blevet udlagt i dybder på ca. 1 til 6 km med en vertikal tykkelse på gennemsnitligt 2 km. I løbet af Phanerozoikum blev der dannet anslået 125.895 porfyr-kobberforekomster; 62 % af dem (78.106) er dog blevet fjernet ved opstuvning og erosion. Der er således 38 % (47.789) tilbage i jordskorpen, hvoraf 574 kendte forekomster befinder sig ved overfladen. Det anslås, at Jordens porfyr-kobberforekomster indeholder ca. 1,7×1011 tons kobber, hvilket svarer til mere end 8.000 års global mineproduktion.
Porfyrforekomster udgør en vigtig ressource af kobber; de er dog også vigtige kilder til guld og molybdæn – med porfyrforekomster som den dominerende kilde til sidstnævnte. Generelt er porfyryaflejringer kendetegnet ved lavt indhold af malmmineralisering, et porfyritisk intrusivt kompleks, der er omgivet af et åreforløb og hydrotermiske breccias. Porfyryaflejringer er dannet i buerelaterede omgivelser og er forbundet med magmaer fra subduktionszonen. Porfyrudfældninger er samlet i diskrete mineralprovinser, hvilket indebærer, at der er en eller anden form for geodynamisk kontrol eller påvirkning af jordskorpen, der påvirker porfyrdannelsens placering. Porfyrudfældninger har tendens til at forekomme i lineære, orogen-parallelle bælter (som f.eks. Andesbjergene i Sydamerika).
Der synes også at være diskrete tidsperioder, hvor porfyrudfældningsdannelsen var koncentreret eller foretrukken. For kobber-molybdæn-porfyr-lagre er dannelsen stort set koncentreret i tre tidsperioder: Palæocæn-Eocæn, Eocæn-Oligocæn og midten af Miocæn-Pliocæn. For både porfyr- og epitermale guldforekomster er de generelt fra perioden fra midten af Miocæn til nyere tid, men der findes dog bemærkelsesværdige undtagelser. De fleste store porfyrforekomster har en alder på under 20 mio. år, men der findes dog bemærkelsesværdige undtagelser som f.eks. den 438 mio. år gamle Cadia-Ridgeway-forekomst i New South Wales. Denne relativt unge alder afspejler denne type forekomsters bevaringspotentiale, da de typisk er placeret i zoner med meget aktive tektoniske og geologiske processer som f.eks. deformation, opstuvning og erosion. Det kan dog være, at den skæve fordeling i retning af, at de fleste forekomster er mindre end 20 mio. år gamle, i det mindste delvist er en artefakt af efterforskningsmetodologi og modelantagelser, da der findes store eksempler i områder, som tidligere kun var delvist eller ikke blev udforsket, delvis på grund af deres opfattede ældre værtsbjergarter, men som senere viste sig at indeholde store eksempler i verdensklasse på meget ældre porfyr-kobberforekomster.
Magmaer og kappeprocesserRediger
Generelt er størstedelen af de store porfyryaflejringer forbundet med kalk-alkaline intrusioner, selv om nogle af de største guldrige aflejringer er forbundet med kalk-alkaline magmasammensætninger med høj K. Mange porfyry-kobber-guldforekomster i verdensklasse findes i høj-K- eller shoshonitiske intrusioner, f.eks. Bingham kobber-guldminen i USA, Grasberg kobber-guldminen i Indonesien, Northparkes kobber-guldminen i Australien, Oyu Tolgoi kobber-guldminen i Mongoliet og Peschanka kobber-guldprospektet i Rusland.
De magmaer, der er ansvarlige for porfyrdannelsen, menes traditionelt at blive dannet ved delvis smeltning af den øverste del af post-subduktions-, stallede plader, der er ændret af havvand. Lavtliggende subduktion af unge, flydende plader kan resultere i produktion af adakitisk lava via delvis smeltning. Alternativt kan metasomatiserede kappekiler skabe stærkt oxiderede forhold, som resulterer i sulfidmineraler, der frigør malmmineraler (kobber, guld, molybdæn), som derefter kan transporteres til de øvre skorpe-niveauer. Mantelsmeltning kan også fremkaldes af overgange fra konvergerende til transformerende rande samt af den underledede plade, der bliver stejlere og trækker sig tilbage i grøften. Den seneste opfattelse er dog, at dehydrering, der finder sted ved blueschist-eclogit-overgangen, påvirker de fleste subducerede plader, snarere end delvis smeltning.
Efter dehydrering frigøres opløsningsrige væsker fra pladen og metasomatiserer den overliggende kappekile af MORB-lignende asthenosfære og beriger den med flygtige stoffer og lithofile elementer med store ioner (LILE). Den nuværende opfattelse er, at dannelsen af andesitiske magmaer foregår i flere faser og omfatter smeltning i skorpen og assimilation af primære basaltiske magmaer, magmaoplagring i bunden af skorpen (underplating af tæt, mafisk magma, når det stiger op) og magmahomogenisering. Den underpladerede magma vil tilføre meget varme til bunden af skorpen og derved fremkalde skorpeafsmeltning og assimilering af bjergarter fra den nedre skorpe, hvilket skaber et område med intens interaktion mellem kappemagma og skorpemagma. Denne gradvist udviklende magma vil blive beriget med flygtige stoffer, svovl og uforenelige grundstoffer – en ideel kombination til dannelse af en magma, der er i stand til at generere et malmforekomst. Fra dette punkt i udviklingen af en porfyrudfældning er ideelle tektoniske og strukturelle forhold nødvendige for at muliggøre transporten af magmaet og sikre dets placering i de øverste skorpelag.
Tektoniske og strukturelle kontrollerRediger
Og selv om porfyrudfældninger er forbundet med buevulkanisme, er de ikke de typiske produkter i dette miljø. Man mener, at tektoniske ændringer virker som en udløsende faktor for porfyrdannelse. Der er fem nøglefaktorer, der kan give anledning til porfyrudvikling: 1) kompression, der forhindrer magma i at stige op gennem skorpen, 2) et større, lavt magmakammer, 3) øget fraktionering af magma sammen med flygtig mætning og dannelse af magmatisk-hydrotermiske væsker, 4) kompression forhindrer udgroninger i at udvikle sig i den omgivende bjergart, hvorved væsken koncentreres i et enkelt lager, og 5) hurtig hævning og erosion fremmer dekompression og effektiv, eventuel aflejring af malm.
Porfyrforekomster udvikles almindeligvis i regioner, der er zoner med lavvinklet (flat-slab) subduktion. En subduktionszone, der overgår fra normal til flad og derefter tilbage til normal subduktion, frembringer en række virkninger, der kan føre til dannelse af porfyrforekomster. I første omgang vil der være mindre alkalisk magmatisme, horisontal afkortning, hydrering af lithosfæren over den flade plade og lav varmestrømning. Ved en tilbagevenden til normal subduktion vil den varme asthenosfære igen interagere med den hydrerede kappe og forårsage vådsmeltning, der vil ske en smeltning af jordskorpen, når kappesmelter passerer igennem, og lithosfærisk udtynding og svækkelse på grund af den øgede varmestrøm. Den subducerende plade kan blive løftet af aseismiske højderygge, seamountkæder eller oceaniske plateauer – hvilket kan skabe et gunstigt miljø for udvikling af et porfyrforekomstforekomst. Denne vekselvirkning mellem subduktionszoner og ovennævnte oceaniske træk kan forklare udviklingen af flere metallogene bælter i et givet område, da hver gang subduktionszonen vekselvirker med et af disse træk, kan det føre til malmgenese. Endelig kan højderygsubduktion i oceaniske øbuer føre til pladeaffladning eller bueomvendelse; mens det i kontinentale buer kan føre til perioder med flad pladesubduktion.
Bueomvendelse har vist sig at være lidt forud for dannelsen af porfyrforekomster i det sydvestlige Stillehav, efter en kollisionsbegivenhed. Bueomvendelse opstår som følge af kollision mellem en ø-bue og enten en anden ø-bue, et kontinent eller et oceanisk plateau. Kollisionen kan resultere i ophør af subduktion og derved fremkalde en mantelsmeltning.
Porfyraflejringer har generelt ikke nogen nødvendig strukturel kontrol for deres dannelse; selv om større forkastninger og lineamenter er forbundet med nogle af dem. Tilstedeværelsen af intra-arkforkastninger er gavnlig, da de kan lokalisere porfyrudviklingen. Desuden har nogle forfattere påpeget, at forekomsten af krydsninger mellem tværgående forkastningszoner i kontinentskala og bueparallelle strukturer er forbundet med porfyrdannelse. Dette er faktisk tilfældet med Chiles Los Bronces- og El Teniente-porfyr-kobberforekomster, som hver især ligger på krydset af to forkastelsessystemer.