Geologische achtergrond en economisch belangEdit
Porfierkoperafzettingen vertegenwoordigen een belangrijke hulpbron en de voornaamste bron van koper die tegenwoordig wordt gedolven om aan de wereldwijde vraag te voldoen. Door het verzamelen van geologische gegevens is gebleken dat de meeste porfierafzettingen een fanerozoïsche ouderdom hebben en zijn afgezet op diepten van ongeveer 1 tot 6 kilometer met verticale diktes van gemiddeld 2 kilometer. In het gehele Phanerozoïcum zijn naar schatting 125.895 porfier-koperafzettingen gevormd; 62% daarvan (78.106) is echter door opheffing en erosie verdwenen. Er zijn dus nog 38% (47.789) in de korst aanwezig, waarvan er 574 aan de oppervlakte liggen. Naar schatting bevatten de porfierafzettingen op aarde ongeveer 1,7×1011 ton koper, wat overeenkomt met meer dan 8.000 jaar wereldwijde mijnproductie.
Porfierafzettingen vertegenwoordigen een belangrijke koperbron; het zijn echter ook belangrijke bronnen van goud en molybdeen – waarbij porfierafzettingen de dominante bron van het laatste zijn. In het algemeen worden porfierafzettingen gekenmerkt door een lage graad van ertsmineralisatie, een porfyrisch intrusief complex dat is omgeven door een aderstamwerk en hydrothermale breccias. Porfierafzettingen worden gevormd in arc-gerelateerde omgevingen en zijn geassocieerd met subductiezone-magma’s. Porfierafzettingen zijn geclusterd in afzonderlijke mineraalprovincies, wat impliceert dat er een of andere vorm van geodynamische controle of invloed van het aardoppervlak is die de locatie van porfiervorming beïnvloedt. Porfierafzettingen hebben de neiging voor te komen in lineaire, orogeen-parallelle gordels (zoals de Andes in Zuid-Amerika).
Er blijken ook discrete tijdsperioden te zijn waarin de vorming van porfierafzettingen geconcentreerd was of de voorkeur genoot. Voor koper-molybdeen-porfierafzettingen is de vorming in grote lijnen geconcentreerd in drie perioden: Paleoceen-Eoceen, Eoceen-Oligoceen, en midden Mioceen-Plioceen. Zowel porfier- als epithermale goudafzettingen stammen over het algemeen uit de periode midden Mioceen tot recent, maar er zijn opmerkelijke uitzonderingen bekend. De meeste grootschalige porfierafzettingen hebben een ouderdom van minder dan 20 miljoen jaar, maar er zijn opmerkelijke uitzonderingen, zoals de 438 miljoen jaar oude Cadia-Ridgeway-afzetting in New South Wales. Deze relatief jonge ouderdom weerspiegelt het conserveringspotentieel van dit soort afzettingen, aangezien zij zich meestal bevinden in zones met zeer actieve tektonische en geologische processen, zoals deformatie, opheffing en erosie. Het kan echter zijn dat de scheve verdeling in de richting van de meeste afzettingen die minder dan 20 miljoen jaar is ten minste gedeeltelijk een artefact van exploratie methodologie en model aannames, zoals grote voorbeelden bekend zijn in gebieden die eerder werden gelaten slechts gedeeltelijk of onder-explored deels te wijten aan hun waargenomen oudere gastheer gesteente leeftijden, maar die dan later bleek te bevatten grote, van wereldklasse voorbeelden van veel oudere porfier koperafzettingen.
Magma’s en mantelprocessenEdit
In het algemeen is de meerderheid van de grote porfierafzettingen geassocieerd met calc-alkalische intrusies, hoewel sommige van de grootste goudrijke afzettingen zijn geassocieerd met hoge-K calc-alkalische magma samenstellingen. Talrijke porfier-koper-goudafzettingen van wereldklasse worden gehost door hoog-K- of shoshonitische intrusies, zoals de Bingham-koper-goudmijn in de VS, de Grasberg-koper-goudmijn in Indonesië, de Northparkes-koper-goudmijn in Australië, de Oyu Tolgoi-koper-goudmijn in Mongolië en het Peschanka-koper-goudvooruitzicht in Rusland.
De magma’s die verantwoordelijk zijn voor de vorming van porfieren worden over het algemeen verondersteld te ontstaan door het gedeeltelijk smelten van het bovenste deel van post-subductie, gestagneerde plakken die door zeewater zijn veranderd. Ondiepe subductie van jonge, drijvende platen kan resulteren in de productie van adakitische lavas via gedeeltelijke smelting. Anderzijds kunnen door metasomatisering van mantelwiggen sterk geoxideerde omstandigheden ontstaan, waarbij sulfidenmineralen vrijkomen (koper, goud, molybdeen), die vervolgens naar de bovenste lagen van het aardkorstoppervlak kunnen worden getransporteerd. Mantelsmelt kan ook worden geïnduceerd door overgangen van convergente naar transformatiemarges, alsmede door het steiler worden en het zich terugtrekken van de subductieve plaat in de geul. De meest recente overtuiging is echter dat dehydratie die optreedt bij de blueschist-eclogiet overgang de meeste gesubducteerde platen treft, in plaats van gedeeltelijke afsmelting.
Na dehydratie komen oplosmiddelrijke vloeistoffen vrij uit de plaat en metasomatiseren de bovenliggende mantelwig van MORB-achtige asthenosfeer, waardoor deze wordt verrijkt met vluchtige stoffen en grote ion-lithofiele elementen (LILE). Men gaat er thans van uit dat de vorming van andesitische magma’s in verschillende fasen verloopt, met inbegrip van het smelten van de korst en de assimilatie van primaire basaltische magma’s, de opslag van magma aan de basis van de korst (underplating door dicht, mafisch magma naarmate het opstijgt), en magmahomogenisatie. Het ondergeplette magma zal veel warmte toevoegen aan de basis van de korst, waardoor het korstgesteente zal smelten en de lager gelegen gesteenten zullen assimileren, waardoor een gebied ontstaat met intense interactie tussen het mantelmagma en het korstmagma. Dit geleidelijk evoluerende magma zal verrijkt worden met vluchtige stoffen, zwavel en onverenigbare elementen – een ideale combinatie voor de vorming van een magma dat een ertsafzetting kan genereren. Vanaf dit punt in de evolutie van een porfierafzetting zijn ideale tektonische en structurele omstandigheden nodig om het transport van het magma mogelijk te maken en ervoor te zorgen dat het zich in de bovenste lagen van het kristal bevindt.
Tectonische en structurele controlesEdit
Hoewel porfierafzettingen geassocieerd worden met boogvulkanisme, zijn zij niet de typische producten in die omgeving. Aangenomen wordt dat tektonische veranderingen porfiervorming in de hand werken. Er zijn vijf sleutelfactoren die tot porfierische ontwikkeling kunnen leiden: 1) compressie die de opstijging van magma door de korst belemmert, 2) een resulterende grotere ondiepe magmakamer, 3) versterkte fractionering van het magma samen met vluchtige verzadiging en generatie van magmatisch-hydrothermische vloeistoffen, 4) compressie beperkt uitlopers zich te ontwikkelen in het omringende gesteente, waardoor de vloeistof in een enkele voorraad wordt geconcentreerd, en 5) snelle opheffing en erosie bevordert decompressie en efficiënte, uiteindelijke afzetting van erts.
Porfierafzettingen worden gewoonlijk ontwikkeld in regio’s die zones zijn van lage-hoek (flat-slab) subductie. Een subductiezone die overgaat van normale naar vlakke en dan weer terug naar normale subductie produceert een reeks effecten die kunnen leiden tot het ontstaan van porfierafzettingen. Aanvankelijk zal er sprake zijn van verminderd alkalisch magmatisme, horizontale verkorting, hydratatie van de lithosfeer boven de flat-slab, en een lage warmtestroom. Bij terugkeer naar normale subductie zal de hete asthenosfeer opnieuw in wisselwerking treden met de gehydrateerde mantel, waardoor natte smelting optreedt, smelting van de korst zal optreden als gevolg van het passeren van mantelmeltingen, en lithosferische verdunning en verzwakking als gevolg van de toegenomen warmtestroom. De subducterende plaat kan worden opgetild door aseismische ruggen, onderzeese bergketens of oceanische plateaus – die een gunstige omgeving kunnen vormen voor de ontwikkeling van een porfierafzetting. Deze interactie tussen subductiezones en bovengenoemde oceanische kenmerken kan de ontwikkeling van meerdere metallogene gordels in een bepaalde regio verklaren; aangezien elke interactie tussen de subductiezone en een van deze kenmerken tot ertsvorming kan leiden. Tenslotte kan in oceanische eilandbogen ridge subductie leiden tot plaatafvlakking of arc reversal; terwijl het in continentale bogen kan leiden tot perioden van Flat Slab Subduction.
Arc reversal is aangetoond dat het ontstaan van porfierafzettingen in het zuidwesten van de Stille Oceaan iets voorafgaat aan een botsingsgebeurtenis. Boogomkering vindt plaats door een botsing tussen een eilandboog en een andere eilandboog, een continent of een oceanisch plateau. De botsing kan resulteren in de beëindiging van subductie en daardoor het smelten van de mantel veroorzaken.
Porfierafzettingen hebben over het algemeen geen vereiste structurele controle voor hun vorming; hoewel belangrijke breuken en lineamenten met sommige geassocieerd zijn. De aanwezigheid van breukstelsels binnen de boog zijn gunstig, omdat zij de porfierontwikkeling kunnen lokaliseren. Bovendien hebben sommige auteurs erop gewezen dat het voorkomen van kruisingen tussen breukzones op continentale schaal en parallelle boogstructuren in verband wordt gebracht met porfiervorming. Dit is inderdaad het geval bij de Chileense porfierische koperafzettingen Los Bronces en El Teniente, die elk op het snijpunt van twee breukstelsels liggen.