Geologisk bakgrund och ekonomisk betydelseRedigera
Porfyriska kopparfyndigheter är en viktig resurs och den dominerande källan till koppar som bryts idag för att tillgodose den globala efterfrågan. Genom sammanställning av geologiska data har man funnit att majoriteten av porfyrförekomsterna är av fanerozoisk ålder och att de har placerats på ett djup av cirka 1 till 6 kilometer med en vertikal tjocklek på i genomsnitt 2 kilometer. Under hela Phanerozoikum bildades uppskattningsvis 125 895 porfyriska kopparfyndigheter, men 62 % av dem (78 106) har avlägsnats genom upphöjning och erosion. Således finns 38 % (47 789) kvar i jordskorpan, varav 574 kända fyndigheter ligger på ytan. Man uppskattar att jordens porfyriska kopparfyndigheter innehåller cirka 1,7×1011 ton koppar, vilket motsvarar mer än 8 000 års global gruvproduktion.
Porfyriska fyndigheter utgör en viktig kopparresurs, men de är också viktiga källor till guld och molybden – där porfyriska fyndigheter är den dominerande källan till det sistnämnda. I allmänhet kännetecknas porfyriska fyndigheter av låga halter av malmmineralisering, ett porfyriskt intrusivt komplex som är omgivet av ett lagerverk av ådror och hydrotermiska breccior. Porfyriska fyndigheter bildas i bågrelaterade miljöer och är förknippade med magma från subduktionszonen. Porfyrfyndigheter är grupperade i diskreta mineralprovinser, vilket innebär att det finns någon form av geodynamisk kontroll eller inverkan från jordskorpan som påverkar platsen för porfyrbildningen. Porfyrfyndigheter tenderar att förekomma i linjära, orogenparallella bälten (såsom Anderna i Sydamerika).
Det verkar också finnas diskreta tidsperioder under vilka bildandet av porfyrfyndigheter var koncentrerat eller föredraget. För koppar- och molybdenporfyravlagringar är bildningen i stort sett koncentrerad till tre tidsperioder: Paleocen-Eocen, Eocen-Oligocen och mitten av Miocen-Pliocen. Både porfyriska och epitermala guldfyndigheter är i allmänhet från tidsperioden från mitten av miocen till den senaste tiden, men det finns dock anmärkningsvärda undantag. De flesta storskaliga porfyrfyndigheter har en ålder på mindre än 20 miljoner år, men det finns anmärkningsvärda undantag, t.ex. den 438 miljoner år gamla Cadia-Ridgeway-fyndigheten i New South Wales. Denna relativt unga ålder återspeglar den här typen av fyndigheters bevarandepotential, eftersom de vanligtvis ligger i zoner med mycket aktiva tektoniska och geologiska processer, t.ex. deformation, upphöjning och erosion. Det kan dock vara så att den skeva fördelningen mot att de flesta fyndigheter är yngre än 20 miljoner år åtminstone delvis är en artefakt av prospekteringsmetodik och modellantaganden, eftersom stora exempel är kända i områden som tidigare endast delvis eller underutforskats delvis på grund av deras förmodade äldre ålder på värdberget, men som sedan senare visade sig innehålla stora exempel i världsklass på mycket äldre porfyriska kopparfyndigheter.
Magma och mantelprocesserEdit
I allmänhet är majoriteten av stora porfyrifyndigheter förknippade med kalkalkaliska intrusioner, även om några av de största guldrika fyndigheterna är förknippade med kalkalkaliska magmasammansättningar med hög K-halt. Många porfyriska koppar-guldfyndigheter i världsklass har hög-K- eller shoshonitiska intrusioner, t.ex. Bingham koppar-guldgruvan i USA, Grasberg koppar-guldgruvan i Indonesien, Northparkes koppar-guldgruva i Australien, Oyu Tolgoi koppar-guldgruva i Mongoliet och Peschanka koppar-guldprospekt i Ryssland.
Den magma som är ansvarig för porfyrbildningen anses vanligtvis skapas genom partiell smältning av den övre delen av post-subduktion, stallade plattor som förändrats av havsvatten. Grunda subduktioner av unga, flytande plattor kan resultera i produktion av adakitisk lava via partiell smältning. Alternativt kan metasomatiserade mantelkilar ge upphov till starkt oxiderade förhållanden som leder till att sulfidmineraler frigör malmmineraler (koppar, guld, molybden), som sedan kan transporteras till övre jordskorpanivåer. Mantelavsmältning kan också induceras av övergångar från konvergerande till transformationsmarginaler, samt av att den subducerade plattan blir brantare och drar sig tillbaka mot diket. Den senaste uppfattningen är dock att uttorkning som sker vid övergången mellan blueschist och eklogit påverkar de flesta subducerade plattor, snarare än partiell smältning.
Efter uttorkning frigörs lösningsmedelsrika vätskor från plattan och metasomatiserar den överliggande mantelns klyfta av MORB-liknande asthenosfär, vilket anrikar den med flyktiga ämnen och lithofila grundämnen med stora joner (LILE). Den nuvarande uppfattningen är att genereringen av andesitisk magma sker i flera steg och inbegriper smältning i jordskorpan och assimilering av primär basaltisk magma, lagring av magma vid jordskorpans bas (underplätering av tät, mafisk magma när den stiger uppåt) och homogenisering av magma. Den underplattade magman kommer att tillföra mycket värme till jordskorpans bas och därigenom inducera jordskorpans smältning och assimilering av bergarter från den lägre jordskorpan, vilket skapar ett område med intensiv interaktion mellan mantelmagma och jordskorpans magma. Denna magma som successivt utvecklas kommer att bli berikad på flyktiga ämnen, svavel och inkompatibla element – en idealisk kombination för att skapa en magma som kan generera en malmfyndighet. Från denna punkt i utvecklingen av en porfyrfyndighet är idealiska tektoniska och strukturella förhållanden nödvändiga för att möjliggöra transporten av magman och säkerställa dess placering i övre skorpnivåerna.
Tektoniska och strukturella kontrollerRedigera
Och även om porfyrfyndigheter förknippas med bågvulkanism, är de inte de typiska produkterna i den miljön. Man tror att tektoniska förändringar fungerar som en utlösande faktor för porfyrbildning. Det finns fem nyckelfaktorer som kan ge upphov till porfyrutveckling: 1) Kompression som hindrar magma från att stiga upp genom jordskorpan, 2) en större, ytlig magmakammare som följd av detta, 3) ökad fraktionering av magman tillsammans med flyktiga mättnader och generering av magmatiska-hydrotermiska vätskor, 4) kompression som hindrar utlöpare från att utvecklas i den omgivande berggrunden, vilket koncentrerar vätskan till ett enda lager, och 5) snabb upphöjning och erosion som främjar dekompression och effektiv, slutlig avlagring av malm.
Porfyrfyndigheter utvecklas vanligen i regioner som är zoner med subduktion med låg vinkel (flat-slab). En subduktionszon som övergår från normal till platt och sedan tillbaka till normal subduktion ger upphov till en rad effekter som kan leda till att porfyrfyndigheter bildas. Inledningsvis kommer det att finnas minskad alkalisk magmatism, horisontell förkortning, hydrering av litosfären ovanför den platta plattan och lågt värmeflöde. Vid en återgång till normal subduktion kommer den varma asthenosfären återigen att interagera med den hydratiserade manteln, vilket leder till våt smältning, smältning av jordskorpan när mantelsmältor passerar igenom, och litosfärisk gallring och försvagning på grund av det ökade värmeflödet. Den subducerande plattan kan lyftas upp av aseismiska ryggar, sjömontkedjor eller oceaniska platåer – vilket kan ge en gynnsam miljö för utveckling av en porfyrfyndighet. Detta samspel mellan subduktionszoner och de ovannämnda oceaniska dragen kan förklara utvecklingen av flera metallogena bälten i en viss region, eftersom varje gång subduktionszonen interagerar med ett av dessa drag kan det leda till malmbildning. Slutligen, i oceaniska öbågar kan ås-subduktion leda till platt utplattning av plattan eller bågomvändning, medan det i kontinentala bågar kan leda till perioder av platt slab-subduktion.
Bågomvändning har visats vara något före bildandet av porfyrförekomster i sydvästra Stilla havet, efter en kollisionshändelse. Bågvändning sker på grund av kollision mellan en öbåge och antingen en annan öbåge, en kontinent eller en oceanisk platå. Kollisionen kan leda till att subduktionen upphör och därmed inducera mantelsmältning.
Porfyravlagringar har i allmänhet inga nödvändiga strukturella kontroller för sin bildning; även om större förkastningar och lineament är förknippade med vissa. Närvaron av förkastningssystem inom bågar är fördelaktig, eftersom de kan lokalisera porfyrutvecklingen. Dessutom har vissa författare angett att förekomsten av korsningar mellan tvärgående förkastningszoner i kontinental skala och bågparallella strukturer är förknippade med porfyrbildning. Detta är faktiskt fallet med de chilenska porfyrkopparfyndigheterna Los Bronces och El Teniente, som var och en ligger i skärningspunkten mellan två förkastningssystem.