Földtani háttér és gazdasági jelentőségeSzerkesztés
A porfír rézlelőhelyek fontos erőforrást jelentenek, és a réz domináns forrása, amelyet ma a globális kereslet kielégítésére bányásznak. A geológiai adatok összeállításán keresztül megállapították, hogy a porfír lelőhelyek többsége fanerozoikum korú, és körülbelül 1-6 kilométeres mélységben, átlagosan 2 kilométeres függőleges vastagsággal keletkeztek. A fanerozoikum során becslések szerint 125 895 porfíres rézlelőhely alakult ki; ezek 62%-a (78 106) azonban a kiemelkedés és az erózió következtében eltűnt. Így 38% (47 789) maradt a kéregben, amelyből 574 ismert lelőhely van a felszínen. Becslések szerint a Föld porfír rézlelőhelyei körülbelül 1,7×1011 tonna rezet tartalmaznak, ami több mint 8000 év globális bányászati termelésének felel meg.
A porfírlelőhelyek fontos rézforrást jelentenek; ugyanakkor fontos arany- és molibdénforrások is – ez utóbbiak domináns forrásai a porfírlelőhelyek. Általában a porfír lelőhelyekre jellemző az alacsony ércmineralizáció, egy porfirites intruzív komplexum, amelyet erezett állomány és hidrotermális breccsák vesznek körül. A porfír lelőhelyek íves környezetben alakulnak ki, és szubdukciós zóna magmáihoz kapcsolódnak. A porfír lelőhelyek diszkrét ásványi tartományokba csoportosulnak, ami arra utal, hogy a porfírképződés helyét valamilyen geodinamikai irányítás vagy kéreghatás befolyásolja. A porfírlelőhelyek általában lineáris, orogénnel párhuzamos övekben fordulnak elő (mint például az Andok Dél-Amerikában).
Úgy tűnik, hogy vannak olyan elkülönült időszakok is, amelyekben a porfírlelőhelyek kialakulása koncentrálódott vagy előnyben részesült. A réz-molibdén porfír lelőhelyek esetében a képződés nagyjából három időszakra koncentrálódik: Paleocén-eocén, eocén-oligocén és középső miocén-pliocén. Mind a porfíres, mind az epitermális aranylelőhelyek általában a középső miocéntől a legújabb korig terjedő időszakból származnak, azonban jelentős kivételek is ismertek. A legtöbb nagyméretű porfír lelőhely kora kevesebb mint 20 millió év, azonban vannak figyelemre méltó kivételek, mint például a 438 millió éves Cadia-Ridgeway lelőhely Új-Dél-Walesben. Ez a viszonylag fiatal kor az ilyen típusú lelőhelyek megőrzési potenciálját tükrözi; mivel ezek jellemzően rendkívül aktív tektonikai és geológiai folyamatok, például deformáció, kiemelkedés és erózió zónáiban találhatók. Lehetséges azonban, hogy a 20 millió évnél fiatalabb lelőhelyek többségének ferde eloszlása legalábbis részben a feltárási módszertan és a modellfeltételezések eredménye, mivel nagy kiterjedésű példák ismertek olyan területeken, amelyeket korábban részben a vélt idősebb alapkőzet kora miatt csak részben vagy egyáltalán nem tártak fel, de amelyekről később kiderült, hogy sokkal idősebb porfírrézlelőhelyek nagy, világszínvonalú példáit tartalmazzák.
Magmák és köpenybeli folyamatokSzerkesztés
Általában a nagy porfír lelőhelyek többsége kalc-alkalikus intrúziókhoz kapcsolódik, bár a legnagyobb aranyban gazdag lelőhelyek közül néhány magas K értékű kalc-alkalikus magmakompozícióhoz kapcsolódik. Számos világszínvonalú porfír réz-arany lelőhelyet magas K-tartalmú vagy shoshonitos intrúziók fogadnak be, mint például a Bingham réz-arany bánya az USA-ban, a Grasberg réz-arany bánya Indonéziában, a Northparkes réz-arany bánya Ausztráliában, az Oyu Tolgoi réz-arany bánya Mongóliában és a Peschanka réz-arany lelőhely Oroszországban.
A porfírképződésért felelős magmákat hagyományosan úgy gondolják, hogy a tengervíz által megváltoztatott, szubdukció utáni, megrekedt lemezek felső részének részleges megolvadásával jönnek létre. A fiatal, lebegő lemezek sekély szubdukciója részleges olvadás útján adakitikus lávák keletkezését eredményezheti. Alternatív megoldásként a metaszomatizált köpeny ékek erősen oxidált körülményeket teremthetnek, ami azt eredményezi, hogy a szulfidásványok érces ásványokat (réz, arany, molibdén) szabadítanak fel, amelyek aztán képesek a kéreg felsőbb szintjeire szállítani. A köpenyolvadást a konvergens peremekről a transzformációs peremekre való átmenet, valamint a szubdukált lemez meredekebbé válása és árkokba való visszahúzódása is előidézheti. A legújabb vélekedés szerint azonban a blueschist-eclogit átmenetnél bekövetkező dehidratáció a legtöbb szubdukált palát érinti, nem pedig a részleges olvadás.
A dehidratáció után az oldott anyagokban gazdag fluidumok kiszabadulnak a palából, és metaszomatizálják a MORB-szerű asztenoszféra feletti köpeny ékét, feldúsítva azt illékony anyagokkal és nagy ionú litofil elemekkel (LILE). A jelenlegi meggyőződés szerint az andezites magmák keletkezése többlépcsős, és magában foglalja a kéreg olvadását és az elsődleges bazaltos magmák asszimilációját, a magma tárolását a kéreg alján (a sűrű, mafikus magma felemelkedése során történő alápalaztatást), valamint a magma homogenizálódását. Az alulplattírozott magma sok hőt ad a kéreg aljához, ezáltal kéregolvadást és az alsó kéreg kőzetek asszimilációját idézi elő, olyan területet hozva létre, ahol a köpeny magma és a kéreg magmája intenzív kölcsönhatásban van egymással. Ez a fokozatosan fejlődő magma illékony anyagokban, kénben és inkompatibilis elemekben fog gazdagodni – ideális kombináció egy olyan magma keletkezéséhez, amely képes érclelőhelyet létrehozni. A porfírlelőhely kialakulásának ettől a pontjától kezdve ideális tektonikai és szerkezeti feltételek szükségesek ahhoz, hogy lehetővé tegyék a magma szállítását és biztosítsák a felső kéregszintekben való elhelyezkedését.
Tektonikai és szerkezeti kontrollokSzerkesztés
Bár a porfírlelőhelyek az ívvulkanizmushoz kapcsolódnak, ebben a környezetben nem ezek a tipikus termékek. Úgy vélik, hogy a tektonikai változások a porfírképződés kiváltó okaként hatnak. Öt olyan kulcsfontosságú tényező van, amely porfír kialakulását eredményezheti: 1) a magma kéregben való felemelkedését akadályozó kompresszió, 2) az ebből eredő nagyobb, sekély magmakamra, 3) a magma fokozott frakcionálódása az illékony telítődéssel és a magmás-hidrotermikus fluidumok keletkezésével együtt, 4) a kompresszió korlátozza a mellékágak fejlődését a környező kőzetbe, így a fluidum egyetlen állományba koncentrálódik, és 5) a gyors felemelkedés és erózió elősegíti a dekompressziót és az érc hatékony, végső lerakódását.
A perifériás lelőhelyek általában olyan régiókban alakulnak ki, amelyek alacsony szögű (laposlemezes) szubdukciós zónák. Egy szubdukciós zóna, amely normál szubdukcióról laposra, majd ismét normál szubdukcióra vált át, olyan hatások sorozatát idézi elő, amelyek porfír lelőhelyek kialakulásához vezethetnek. Kezdetben csökken a lúgos magmatizmus, a vízszintes rövidülés, a flat-slab feletti litoszféra hidratálódása és alacsony hőáramlás. A normál szubdukcióhoz való visszatérés után a forró asztenoszféra ismét kölcsönhatásba lép a hidratált köpennyel, ami nedves olvadást okoz, a kéreg olvadása következik be a köpenyolvadék áthaladásával, valamint a litoszféra elvékonyodása és meggyengülése a megnövekedett hőáramlás miatt. A süllyedő palát aszeizmikus gerincek, tengerfenékláncok vagy óceáni fennsíkok emelhetik ki – amelyek kedvező környezetet biztosíthatnak egy porfírlelőhely kialakulásához. A szubdukciós zónák és a fent említett óceáni jellemzők közötti kölcsönhatás magyarázatot adhat egy adott régióban több metallogén öv kialakulására; mivel minden egyes alkalommal, amikor a szubdukciós zóna kölcsönhatásba lép e jellemzők valamelyikével, az ércesedéshez vezethet. Végül, az óceáni szigetívekben a gerincek szubdukciója lemezelapuláshoz vagy ívforduláshoz vezethet; míg a kontinentális ívekben lapos lemez szubdukciós időszakokhoz vezethet.
Kimutatták, hogy az ívfordulás kissé megelőzi a porfír lelőhelyek kialakulását a Csendes-óceán délnyugati részén, egy ütközéses eseményt követően. Az ívfordulás egy szigetív és egy másik szigetív, egy kontinens vagy egy óceáni fennsík ütközése miatt következik be. Az ütközés a szubdukció megszűnését eredményezheti, és ezáltal köpenyolvadást idézhet elő.
A porfírlelőhelyek kialakulásához általában nem szükséges szerkezeti kontroll; bár néhányhoz jelentős törések és lineamentumok kapcsolódnak. Az ívközi törésrendszerek jelenléte előnyös, mivel lokalizálhatják a porfír kialakulását. Továbbá egyes szerzők jelezték, hogy a kontinentális léptékű traverzális törészónák és az ívparalell struktúrák közötti metszéspontok előfordulása összefügg a porfírképződéssel. Valójában ez a helyzet a chilei Los Bronces és El Teniente porfír rézlelőhelyek esetében, amelyek mindegyike két törésrendszer metszéspontjában fekszik.