Tło geologiczne i znaczenie gospodarczeEdit
Złoża miedzi porfirowej stanowią ważny surowiec i dominujące źródło miedzi, która jest obecnie wydobywana w celu zaspokojenia globalnego popytu. Dzięki kompilacji danych geologicznych ustalono, że większość złóż porfirowych pochodzi z okresu fanerozoicznego i powstała na głębokości od około 1 do 6 kilometrów, a ich miąższość w pionie wynosi średnio 2 kilometry. Szacuje się, że w całym fanerozoiku powstało 125 895 porfirowych złóż miedzi, jednak 62% z nich (78 106) zostało zlikwidowanych w wyniku wypiętrzenia i erozji. Tak więc 38% (47 789) pozostaje w skorupie ziemskiej, z czego 574 znane złoża znajdują się na powierzchni. Szacuje się, że złoża miedzi porfirowej na Ziemi zawierają około 1,7×1011 ton miedzi, co odpowiada ponad 8000 lat światowej produkcji górniczej.
Złoża porfirowe stanowią ważne źródło miedzi, ale są również ważnym źródłem złota i molibdenu – przy czym złoża porfirowe są dominującym źródłem tego ostatniego. Ogólnie rzecz biorąc, złoża porfirowe charakteryzują się niskimi stopniami mineralizacji rudnej, porfirowatym kompleksem intruzji, który jest otoczony przez sieć żył i brekcje hydrotermalne. Złoża porfirowe powstają w warunkach łukowych i są związane z magmami strefy subdukcji. Złoża porfirowe są skupione w dyskretnych prowincjach mineralnych, co sugeruje, że istnieje jakaś forma kontroli geodynamicznej lub wpływ skorupy ziemskiej na lokalizację powstawania porfirów. Złoża porfirowe mają tendencję do występowania w liniowych, równoległych do orogenów pasach (takich jak Andy w Ameryce Południowej).
Wydaje się również, że istnieją odrębne okresy czasu, w których powstawanie złóż porfirowych było skoncentrowane lub preferowane. W przypadku złóż porfirów miedziowo-molibdenowych formowanie się złóż jest zasadniczo skoncentrowane w trzech okresach: Paleocen-Eocen, Eocen-Oligocen i środkowy Miocen-Pliocen. Zarówno porfirowe, jak i epitermalne złoża złota pochodzą na ogół z okresu od środkowego miocenu do ostatnich lat, choć znane są godne uwagi wyjątki. Wiek większości wielkoskalowych złóż porfirowych nie przekracza 20 milionów lat, jednak znane są wyjątki, takie jak liczące 438 milionów lat złoże Cadia-Ridgeway w Nowej Południowej Walii. Ten stosunkowo młody wiek odzwierciedla potencjał konserwacyjny tego typu złóż, ponieważ są one zazwyczaj zlokalizowane w strefach bardzo aktywnych procesów tektonicznych i geologicznych, takich jak deformacja, wypiętrzanie i erozja. Może się jednak okazać, że skośny rozkład w kierunku większości złóż mających mniej niż 20 milionów lat jest przynajmniej częściowo artefaktem metodologii poszukiwań i założeń modelowych, ponieważ duże przykłady są znane z obszarów, które wcześniej pozostawały tylko częściowo lub były słabo zbadane częściowo ze względu na ich postrzegany starszy wiek skał macierzystych, ale które później okazały się zawierać duże, światowej klasy przykłady znacznie starszych złóż miedzi porfirowej.
Magmy i procesy zachodzące w płaszczuEdit
Ogólnie rzecz biorąc, większość dużych złóż porfirowych jest związana z intruzjami wapienno-alkalicznymi, chociaż niektóre z największych złóż bogatych w złoto są związane z wapienno-alkalicznymi składami magmowymi o wysokiej zawartości K. Liczne światowej klasy złoża porfirów miedziowo-złotych znajdują się w intruzjach o wysokim K lub szoszonitowych, takich jak: kopalnia miedziowo-złota Bingham w USA, kopalnia miedziowo-złota Grasberg w Indonezji, kopalnia miedziowo-złota Northparkes w Australii, kopalnia miedziowo-złota Oyu Tolgoi w Mongolii i obiekt poszukiwawczy miedziowo-złotej Peszanka w Rosji.
Magmy odpowiedzialne za powstawanie porfirów są konwencjonalnie uważane za powstałe w wyniku częściowego stopienia górnej części post-subdukcyjnych, zatrzymanych płyt, które są zmienione przez wodę morską. Płytka subdukcja młodych, wypornych płyt może skutkować produkcją law adakitycznych poprzez częściowe topnienie. Alternatywnie, zmetasomatyzowane kliny płaszcza mogą wytworzyć silnie utlenione warunki, w wyniku których minerały siarczkowe uwalniają minerały rudne (miedź, złoto, molibden), które następnie mogą być transportowane do wyższych poziomów skorupy. Topnienie płaszcza może być również indukowane przez przejścia od marginesów konwergentnych do transformacyjnych, jak również przez stromiznę i cofanie się płyty subdukowanej w kierunku rowu. Jednak najnowsze przekonanie jest takie, że dehydratacja, która zachodzi przy przejściu blueschist-eclogit dotyczy większości płyt subdukowanych, a nie częściowego topnienia.
Po dehydratacji, bogate w rozpuszczalniki płyny są uwalniane z płyty i metasomatyzują leżący nad nią klin płaszcza astenosfery podobnej do MORB, wzbogacając go w wolatyle i duże jonowe pierwiastki litofilne (LILE). Obecnie uważa się, że powstawanie magm andezytowych jest wieloetapowe i obejmuje topnienie skorupy oraz asymilację pierwotnych magm bazaltowych, magazynowanie magmy u podstawy skorupy (podpiętrzanie przez gęstą, maficzną magmę w miarę jej wznoszenia się) oraz homogenizację magmy. Podpiętrzona magma doda dużo ciepła do podstawy skorupy, indukując w ten sposób topnienie skorupy i asymilację niżej położonych skał skorupy, tworząc obszar intensywnych interakcji magmy płaszcza i skorupy. Ta stopniowo rozwijająca się magma wzbogaci się w substancje lotne, siarkę i pierwiastki niezgodne – idealne połączenie do wytworzenia magmy zdolnej do wytworzenia złoża rudy. Od tego momentu w ewolucji złoża porfirowego konieczne są idealne warunki tektoniczne i strukturalne, aby umożliwić transport magmy i zapewnić jej osadzenie w górnych poziomach skorupy.
Kontrola tektoniczna i strukturalnaEdit
Chociaż złoża porfirowe są związane z wulkanizmem łukowym, nie są one typowymi produktami w tym środowisku. Uważa się, że zmiany tektoniczne działają jako czynnik wyzwalający powstawanie porfirów. Wyróżnia się pięć kluczowych czynników, które mogą doprowadzić do rozwoju porfirów: 1) kompresja utrudniająca wznoszenie się magmy przez skorupę, 2) powstała w wyniku tego większa płytka komora magmowa, 3) wzmożona frakcjonacja magmy wraz z nasyceniem lotnym i wytworzeniem płynów magmowo-hydrotermalnych, 4) kompresja ogranicza rozwój odrostów w otaczające skały, przez co płyn koncentruje się w jednym zasobie, oraz 5) szybkie wypiętrzanie i erozja sprzyjają dekompresji i efektywnemu, ostatecznemu osadzaniu się rudy.
Złoża porfirowe są powszechnie rozwijane w regionach, które są strefami subdukcji o niskim kącie nachylenia (płaska płyta). Strefa subdukcji, która przechodzi z normalnej subdukcji do subdukcji płaskiej, a następnie z powrotem do normalnej subdukcji, wywołuje szereg efektów, które mogą prowadzić do powstawania złóż porfirów. Początkowo obserwuje się zmniejszony magmatyzm alkaliczny, skrócenie horyzontalne, uwodnienie litosfery nad płytą płaską i słaby przepływ ciepła. Po powrocie do normalnej subdukcji, gorąca astenosfera ponownie wejdzie w interakcję z uwodnionym płaszczem, powodując mokre topnienie, topnienie skorupy w miarę przechodzenia przez nią topików płaszcza, a także rozrzedzenie i osłabienie litosfery z powodu zwiększonego przepływu ciepła. Płyta subdukcyjna może być unoszona przez grzbiety asejsmiczne, łańcuchy gór podwodnych lub płaskowyże oceaniczne – co może stanowić korzystne środowisko dla rozwoju złóż porfirów. Ta interakcja pomiędzy strefami subdukcji i wyżej wymienionymi cechami oceanicznymi może wyjaśniać rozwój wielu pasów metalogenicznych w danym regionie, ponieważ za każdym razem, gdy strefa subdukcji wchodzi w interakcję z jedną z tych cech, może to prowadzić do powstania rudy. Wreszcie, w oceanicznych łukach wyspowych, subdukcja grzbietowa może prowadzić do spłaszczenia płyty lub odwrócenia łuku, podczas gdy w łukach kontynentalnych może prowadzić do okresów subdukcji płaskiej płyty.
Odwrócenie łuku zostało wykazane jako nieznacznie poprzedzające powstanie złóż porfiru w południowo-zachodnim Pacyfiku, po zdarzeniu kolizyjnym. Odwrócenie łuku następuje w wyniku zderzenia łuku wyspiarskiego z innym łukiem wyspiarskim, kontynentem lub płaskowyżem oceanicznym. Kolizja może spowodować zakończenie subdukcji, a tym samym indukować topnienie płaszcza.
Złoża porfirowe nie mają na ogół żadnych wymaganych kontroli strukturalnych dla ich powstania, chociaż główne uskoki i lineamenty są związane z niektórymi z nich. Obecność wewnątrzłukowych systemów uskokowych jest korzystna, ponieważ może ona lokalizować rozwój porfirów. Co więcej, niektórzy autorzy wskazują, że występowanie przecięć między strefami uskoków poprzecznych na skalę kontynentu a strukturami równoległymi do łuku wiąże się z powstawaniem porfirów. Tak właśnie jest w przypadku chilijskich złóż miedzi porfirowej Los Bronces i El Teniente, z których każde leży na przecięciu dwóch systemów uskokowych.
.