Geologinen tausta ja taloudellinen merkitysEdit
Porfyyrikupariesiintymät ovat tärkeä luonnonvara ja hallitseva kuparin lähde, jota nykyään louhitaan maailmanlaajuisen kysynnän tyydyttämiseksi. Geologisten tietojen kokoamisen avulla on havaittu, että suurin osa porfyyrikupariesiintymistä on fanerotsooisen ajan esiintymiä, jotka ovat syntyneet noin 1-6 kilometrin syvyydessä ja joiden pystysuora paksuus on keskimäärin 2 kilometriä. Phanerotsooisen kauden aikana muodostui arviolta 125 895 porfyyrikupariesiintymää, mutta 62 prosenttia niistä (78 106) on kuitenkin hävinnyt maankohoamisen ja eroosion seurauksena. Näin ollen 38 prosenttia (47 789) on jäljellä maankuoressa, josta 574 tunnettua esiintymää on pinnalla. On arvioitu, että maapallon porfyyrikupariesiintymät sisältävät noin 1,7×1011 tonnia kuparia, mikä vastaa yli 8000 vuoden maailmanlaajuista kaivostuotantoa.
Porfyyriesiintymät ovat merkittävä kuparivaranto; ne ovat kuitenkin myös merkittäviä kullan ja molybdeenin lähteitä – porfyyriesiintymien ollessa jälkimmäisen hallitseva lähde. Yleensä porfyyrisille esiintymille on ominaista alhaiset malmimineralisaatiopitoisuudet, porfyriittinen intruusiokompleksi, jota ympäröi suonikerrostuma ja hydrotermiset brekkiat. Porfyyriesiintymät muodostuvat kaariympäristöissä ja liittyvät subduktiovyöhykkeen magmoihin. Porfyyriesiintymät ryhmittyvät erillisiin mineraaliprovinsseihin, mikä viittaa siihen, että porfyyrin muodostumisen sijaintiin vaikuttaa jonkinlainen geodynaaminen kontrolli tai maankuoren vaikutus. Porfyyriset esiintymät esiintyvät yleensä lineaarisissa, orogeenin suuntaisissa vyöhykkeissä (kuten Andeilla Etelä-Amerikassa).
Näyttää myös siltä, että porfyyristen esiintymien muodostuminen on keskittynyt tai suosinut erillisiä ajanjaksoja. Kupari-molybdeeniporfyyriesiintymien muodostuminen keskittyy yleisesti ottaen kolmeen ajanjaksoon: Paleoseeni-eoseeni, eoseeni -ligoseeni ja keskimmäinen mioseeni – plioseeni. Sekä porfyyri- että epitermiset kultaesiintymät ovat yleensä peräisin ajanjaksolta, joka ulottuu keskimmäisestä mioenista viimeaikaiselle ajanjaksolle, mutta huomattavia poikkeuksia tunnetaan. Useimpien laajamittaisten porfyyriesiintymien ikä on alle 20 miljoonaa vuotta., mutta merkittäviä poikkeuksia on kuitenkin olemassa, kuten 438 miljoonaa vuotta vanha Cadia-Ridgewayn esiintymä Uudessa Etelä-Walesissa. Tämä suhteellisen nuori ikä kuvastaa tämäntyyppisten esiintymien säilymispotentiaalia, sillä ne sijaitsevat tyypillisesti erittäin aktiivisten tektonisten ja geologisten prosessien, kuten deformaation, maankohoamisen ja eroosion, alueilla. Voi kuitenkin olla, että vinoutunut jakauma, jonka mukaan suurin osa esiintymistä on alle 20 miljoonaa vuotta vanhoja, johtuu ainakin osittain etsintämenetelmistä ja mallioletuksista, sillä suuria esiintymiä tunnetaan alueilta, jotka aiemmin jätettiin vain osittain tai liian vähän tutkituiksi osittain siksi, että niiden isäntäkivien ikä katsottiin vanhemmaksi, mutta joiden myöhemmin havaittiin sisältävän suuria, maailmanluokan esiintymiä paljon vanhemmista porfyyrikupariesiintymistä.
Magmat ja vaippaprosessitEdit
Yleisesti suurin osa suurista porfyyrisistä esiintymistä liittyy kalkkialkalisiin intruusioihin, vaikkakin jotkin suurimmista kultarikkaista esiintymistä liittyvät korkean K:n pitoisuuden omaaviin kalkkialkalisiin magmakoostumuksiin. Lukuisat maailmanluokan porfyyriset kupari-kultaesiintymät ovat korkean K-kokoluokan tai shoshoniittisten intruusioiden ympäröimiä, kuten Binghamin kupari-kultakaivos Yhdysvalloissa, Grasbergin kupari-kultakaivos Indonesiassa, Northparkesin kupari-kultakaivos Australiassa, Oyu Tolgoin kupari-kultakaivos Mongoliassa ja Peschankan kupari-kultaesiintymä Venäjällä.
Porfyyrin muodostumisesta vastaavien magmojen ajatellaan tavanomaisesti syntyvän subduktion jälkeisten, meriveden muuttamien, pysähtyneiden laattojen yläosan osittaisesta sulamisesta. Nuorten, kelluvien laattojen matala subduktio voi johtaa adakiittisten laavien syntyyn osittaisen sulamisen kautta. Vaihtoehtoisesti metasomatisoituneet vaippakiilat voivat tuottaa voimakkaasti hapettuneita olosuhteita, jolloin sulfidimineraaleista vapautuu malmimineraaleja (kuparia, kultaa, molybdeeniä), jotka voivat sitten kulkeutua ylempiin kuorikerroksiin. Mantelin sulamista voivat aiheuttaa myös siirtymät konvergentista reunasta transformoituneeseen reunaan sekä subduktoituneen laatan jyrkkeneminen ja vetäytyminen kaivannon suuntaan. Viimeisin käsitys on kuitenkin se, että blueskiitti-eklogiitti-siirtymässä tapahtuva dehydraatio vaikuttaa useimpiin subduktoituneisiin laattoihin eikä niinkään osittainen sulaminen.
Dehydraation jälkeen liukoisuutta sisältävät nesteet vapautuvat laatasta ja metasomatisoivat yläpuolella olevan MORB:n kaltaisen astenosfäärin manttelin kiilaa rikastuttaen sitä haihtuvilla aineilla ja suurikokoisilla ioni-iittilöydöksillä (Large ion lithophile elements, LILE). Nykyisen käsityksen mukaan andesiittisten magmojen synty on monivaiheinen, ja siihen kuuluu kuoren sulaminen ja primääristen basalttimagmojen assimilaatio, magman varastoituminen kuoren pohjaan (tiheän, mafisen magman alittavuus sen noustessa ylöspäin) ja magman homogenisoituminen. Aliplastoitunut magma lisää paljon lämpöä kuoren pohjaan, mikä saa aikaan kuoren sulamisen ja alemman kuoren kivien assimilaation, jolloin syntyy alue, jossa vaipan magman ja kuoren magman vuorovaikutus on voimakasta. Tämä vähitellen kehittyvä magma rikastuu haihtuvilla aineilla, rikillä ja yhteensopimattomilla alkuaineilla – ihanteellinen yhdistelmä sellaisen magman syntymiselle, joka pystyy synnyttämään malmiesiintymän. Tästä porfyyriesiintymän kehitysvaiheesta eteenpäin tarvitaan ihanteelliset tektoniset ja rakenteelliset olosuhteet, jotka mahdollistavat magman kulkeutumisen ja varmistavat sen sijoittumisen ylempiin kuorikerroksiin.
Tektoniset ja rakenteelliset ohjauskeinotEdit
Vaikka porfyyriesiintymät liittyvät kaarivulkanismiin, ne eivät ole tyypillisiä tuotteita tässä ympäristössä. Uskotaan, että tektoninen muutos toimii porfyyrin muodostumisen laukaisijana. On olemassa viisi keskeistä tekijää, jotka voivat synnyttää porfyyrin kehittymisen: 1) puristuminen, joka estää magman nousun kuoren läpi, 2) tästä johtuva suurempi matala magmakammio, 3) magman tehostunut fraktioituminen sekä haihtuvien aineiden kyllästyminen ja magmaattis-hydrotermaalisten fluidien muodostuminen, 4) puristuminen estää sivuhaarojen kehittymisen ympäröivään kallioon, jolloin fluidit keskittyvät yhteen varastoon, ja 5) nopea maankohoaminen ja eroosio edistävät dekompressiota ja tehokasta, lopullista malmin kerrostumista.
Porfyyriset esiintymät kehittyvät yleisesti alueille, jotka ovat matalan kulman (flat-slab) subduktion vyöhykkeitä. Subduktiovyöhyke, joka siirtyy normaalista tasaisesta subduktiosta tasaiseen ja sitten takaisin normaaliin subduktioon, tuottaa useita vaikutuksia, jotka voivat johtaa porfyyriesiintymien syntyyn. Aluksi emäksinen magmatismi vähenee, horisontaalinen lyheneminen, litosfäärin hydratoituminen flat-slabin yläpuolella ja vähäinen lämpövirtaus. Kun normaali subduktio palautuu, kuuma astenosfääri on jälleen vuorovaikutuksessa hydratoituneen vaipan kanssa aiheuttaen märkää sulamista, kuoren sulamista vaipan sulan kulkeutuessa läpi ja litosfäärin ohenemista ja heikkenemistä lisääntyneen lämpövirran vuoksi. Subduktoituvaa laattaa voivat nostaa aseismiset harjanteet, merimassiiviketjut tai valtamerten tasangot, jotka voivat tarjota suotuisan ympäristön porfyyrisen esiintymän kehittymiselle. Tämä subduktiovyöhykkeiden ja edellä mainittujen valtamerellisten piirteiden välinen vuorovaikutus voi selittää useiden metallogeenisten vyöhykkeiden kehittymisen tietyllä alueella, sillä aina kun subduktiovyöhyke on vuorovaikutuksessa jonkin tällaisen piirteen kanssa, se voi johtaa malmin syntyyn. Lopuksi, valtamerellisissä saarikaarissa harjujen subduktio voi johtaa laatan litistymiseen tai kaaren kääntymiseen, kun taas mannerkaarissa se voi johtaa tasaisen laatan subduktion kausiin.
Kaaren kääntymisen on osoitettu ajoittuvan hieman ennen porfyyriesiintymien muodostumista Lounais-Tyynellämerellä törmäystapahtuman jälkeen. Kaaren kääntyminen tapahtuu saarikaaren ja joko toisen saarikaaren, mantereen tai valtameren tasangon törmäyksen seurauksena. Törmäys voi johtaa subduktion loppumiseen ja siten vaipan sulamisen käynnistymiseen.
Porfyyriesiintymillä ei yleensä ole niiden muodostumiseen tarvittavia rakenteellisia ohjauskeinoja, vaikka joihinkin esiintymiin liittyykin suuria rikkonaisuuksia ja lineamentteja. Kaaren sisäiset rikkonaisuusjärjestelmät ovat hyödyllisiä, koska ne voivat paikallistaa porfyyrin kehittymisen. Lisäksi jotkut kirjoittajat ovat todenneet, että maanosan laajuisten poikkihalkeamavyöhykkeiden ja kaaren suuntaisten rakenteiden väliset leikkauspisteet liittyvät porfyyrin muodostumiseen. Näin on itse asiassa Chilen Los Broncesin ja El Tenienten porfyyrikupariesiintymissä, joista kumpikin sijaitsee kahden rikkonaisuusjärjestelmän risteyskohdassa.