کانسارهای مس پورفیری – Porphyry Copper deposits

 

ذخایر مس پورفیری، توده‌های استوک ورک یا پراکنده‌ای کم عیار، با تناژ زیاد هستند که ممکن است مولیبدن، طلا و نقره نیز به صورت محصولات جنبی توام با تشکیل آن پدیده آمده باشند. پاراژنز متعارف این ذخایر عموماً بصورت مس- مولیبدن (copper-molybdenum) و یا مس- طلا (copper-gold) می‌باشد.

 

ارزش این کانسارها تابعی از روش‌های معدنکاری اعم از روباز (open pit) و یا در صورت زیرزمینی بودن، اسخراج بلوکی (block caving) است. داده‌های تجربی نشان می‌دهد که تغییرات عیار این ذخایر بین 1-0/4 درصد و میزان ذخیره آنها بالغ بر ۱۰۰۰ میلیون تن می‌باشد. در ضمن با کمی دقت بر جدول شماره (۱) ملاحظه می‌گردد که میزان ذخیره در مواردی بیش از رقمی است که بدان اشاره شد.

استخراج انتخابی (selective mining) در این کانسارها امر غیر ممکنی است و سنگ میزبان استوک ورک و کانه زائی افشان باید به طور یکجا استخراج شود. این امر باعث ایجاد برخی از بزرگترین حفره‌های ساخت بشر در پوسته زمین گردیده است.

یک کانسار تیپیک مس پورفیری، توده‌ای نفوذی و مرکب، استوانه‌ای و استوک مانند (cylindrical stock like) است که رخنمونی کشیده یا نامنظم با ابعادی در حدود 2*1/5 کیلومتر داشته و اغلب سنگ‌های متوسط دانه با بافتی همسان دانه (equiqranular) آنرا در بر می گیرد.قسمت میانی توده نفوذی با بافت پورفیری،سازنده بخش مینرالیزه پورفیری آن است که در بردارنده ذخایر مس می‌باشد.

عیار و تناژ یک کانسار، مقدار کل فلز کانسار را مشخص می‌نماید. اما افت مکرر قیمت مس سبب شده تا در سال‌های اخیر به عیار (grade) اهمیت بیشتری داده شود. چرا که هزینه‌های تولید در یک معدن با عیار پایین (low grade) و تناژ بالا در قیاس با عیار اقتصادی جهان، می‌توان یک توده معدنی را به پیکره‌ای بی‌ارزش تبدیل کند.

بعنوان مثال اگر قیمت‌های مربوط به عملیات استخراج امروزی مس در دهه ۱۹۷۰ هم برقرار می‌بود، فقط تعداد معدودی از معادن که در این دهه از فعالیت خود را آغاز کرده‌اند قادر به تامین هزینه‌های مربوط می‌شدند.

 

پتروگرافی و ماهیت توده‌های نفوذی میزبان – Petrography and nature of the host intrusions

رایج ترین سنگ‌های میزبان این کانسارها، سنگ‌های آذرین درونی اسید از خانواده گرانیت با ترکیبی از گرانیت به سمت گرانودیوریت تا تونالیت، کوارتز مونزونیت ودیوریت هستند. به هر حال سنگ‌هایی با ترکیب دیوریت و مونزونیت (به ویژه کوارتز مونزونیت) تا سینیت (گاه آلکالی سنیتیت) نیز از سنگ‌های میزبان مهم محسوب می‌شوند.

امروزه نادرستی این عقیده که سنگ‌های میزبان دیوریتی فقط در جزایر قوسی یافت می‌شوند به اثبات رسیده است. سنگ میزبان فقیر از سیلیس در بریتیش کلمبیا (Britush Columbia) و در کوه‌های مرکزی‌آند (central Ands) هر دو یافت می‌شوند.

در توده‌های نفوذی میزبان واقع در خاستگاه‌های جزایر قوسی نسبت ایزوتوپی اولیه استرانسیوم آغازین (primitive initial strontium isotope rations) بین (۰.۷۰۵-۰.۷۰۲) متغییر است و ظاهراً از مانتل بالایی پوسته اقیانوسی بازیابی شده (recycled oceanic crust) تامین شده است.

بالاتر بودن این نسبت‌ها در توده‌های نفوذی مینرالیزه واقع در خاستگاه‌های قاره‌ای، اغلب دلالت بر ناشی شدن آنها از مواد پوسته‌ای و یا به احتمال قوی‌تر آلودگی این سنگ‌ها توسط مواد پوسته‌ای دارد. و رخدادهای مضاعف نفوذی (multiple intrusive events) در منطق دارای کانه زایی محل پورفیری امری عادی بوده و توده‌های میزبان کانه زا نیز در این روند معمولاً در جوان‌ترین بوده و بیشترین مقدار تفکیک را از خود بروز می‌دهد.

توده‌های نفوذی میزبان به همراه ولکانیسم وابسته بیشتر در اواخر سیکل آتشفشانی تشکیل شده و کانه زایی نیز معمولاً متعاقب یک یا چند پالس تزریق ماگمایی صورت می‌گیرد.

 

دگرسانی‌های گرمابی (hydrothermal alterations)

کانسارهای مس پورفیری با خاستگاه‌های قاره‌ای یا کانسارهای مس پورفیری نوع مونزونیتی-کوارتز مونزونیتی

در سال ۱۹۷۰، لاول وگیلبرت در مقاله خود تحت عنوان:

Lateral and vertical alternation mineralization zoning In porphyry ore deposits .Econ .Geol.65,373-408.

 

توده معدنی سان مانوئل San Manuel –kalamazoo Ore body

در آریزونا را توصیف و یافته‌های خود را با ۲۷ کانسار مس پورفیری دیگر مقایسه کرده ونشان دادند که بهترین چهارچوب در این خصوص، ماهیت و توزیع مناطق دگرسانی گرمابی سنگ دیواره است. بر اساس ادعای آنها عموماً چهار منطقه دگرسانی وجود دارد.

این مناطق بیشتر در اطراف استوک پورفیری به صورت مناطق هم محور که پوسته‌هایی هم مرکز و اغلب کامل را می‌سازند متمرکز می‌شود و غالباً در عملیات اکتشاف کانسارهای مس پورفیری به عنوان یک راهنما مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مناطق در مدل لاول وگیلبرت عبارت است:

 

۱- منطقه پتاسی  – potassic zone

این منطقه همیشه حضور ندارد. هنگام حضور این منطقه فاسیس‌هایی از اورتوکلاز و بیوتیت ثانوی، یا آنورتوکلاز-کلریت و گاه اورتوکلاز-بیوتیت-کلریت قابل شناسایی می‌باشد. سریسیت نیز ممکن است حضور داشته باشد.

کانی‌های ثانوی فوق، اورتوکلاز پلاژیوکلاز و کانی‌های مافیک اولیه توده نفوذی را جایگزین می‌شوند. انیدریت به وفور ممکن است در این منطقه یافت شود. فلدسپات‌های پتاسیم دار ثانوی عموماً از فلدسپات‌های پتاسیم دار اولیه، سدیم بیشتری دارند. این کانی ممکن است در رگچه‌های کوارتز سازنده کوارتز سازنده استوک ورک نیز موجود باشد. در این منطقه اغلب هسته‌ای با عیار پایین قرار دارد که در آن کلریت و سریسسیت کانی‌های غالب هستند.

 

۲- منطقه فیلیک –  phyllic zone

این منطقه دلالت بر نوعی دگرسانی می‌نماید که در کانسارهای دیگر به عنوان سریسیتی شدن و دگرسانی آرژلیک پیشرفته شناخته می‌شود. این منطقه از روی حضور مجموعه کوارتز – سریسیت-پیریت مشخص می‌شود ومعمولاً حاوی مقادیر کمی کلریت، ایلیت وروتیل است. امکان وجود پیروفیلیت نیز هست. کربنات‌ها و انیدریت از کانیهای نادر به شمار می‌آیند.

در بخش داخلی این منطقه سریسیت کانی غالب است، در صورتی که به سمت بخش‌های بیرونی تر، کانی‌های رسی اهمیت بیشتری می‌یابند. سریسیتی شدن، فلدسپات‌ها و بیوتیت‌های اولیه را متاثر می‌سازد، دگرسانی کانی اخیر مقدار ناچیزی روتیل نیز تولید می‌کند.

این قبیل دگرسانی‌ها، واکنش سیلیس‌زا هستند و به همین دلیل مقداری کوارتز تشکیل می شود سیلیسی شدن (silicification). سطح تماس این منطقه با منطقه پتاسیک، سطح تماسی تدریجی با ضخامت چند ده متر است. وقتی منطقه فیلیک در ناحیه‌ای وجود داشته باشد، پیریت افشان (disseminated) و رگچه‌ای  (veinlets) بیشترین گسترش را در این منطقه خواهد داشت.

 

۳- منطقه آرژیلی  – Argillic zone

این منطقه دگرسانی گرچه همیشه وجود ندارد. ولی با آنچه که در دیگر کانسارها، دگرسانی آرژیلیک حد واسط خوانده می‌شود، معادل است. کانی‌های رسی از ویژگی‌های این منطقه دگرسانی بوده و همراه با کائولن در جهت نزدیک‌تر شدن به توده معدنی فراوان شده، اما نسبت به منطقه فیلیک، فراوانی کمتری دارد.

پیریت نسبت به حالت افشان بیشتر به فرم رگچه‌ها یافت می‌شود. بیوتیت اولیه ممکن است یا بدون تغییر بماند و یا به کلریت تبدیل شود و فلدسپات پتاسیم دار معمولاً به نحوه گسترده متاثر نمی‌شود.

 

۴- منطقه پروپیلیتیک – prophylitic zone 

این منطقه که خارجی‌ترین بخش دگرسانی است همواره حضور دارد، کلریت رایج ترین کانی آن بوده پیریت، کلسیت و اپیدوت نیز آن را همراهی می‌نماید.

کانی‌های مافیک اولیه (بیوتیت وهورنبلند) بطور بخشی یا کامل به کلریت و کربنات تبدیل می‌شود. پلاژیوکلاز ممکن است بدون تغییر بماند. این زون در طول صدها متر مسافت به سمت سنگ‌های دربرگیرنده آن، محو می‌شود.

زون دگرسانی	کانی های شاخص	ویژگی ها
پتاسیک	فلدسپات بصورت: -جانشینی در پلاژیوکلازها  – تبلور مجدد در آپلیت ها	حاوی رگچه های:کوارتز+مولیبدنیت،کوارتز+فلدسپات پتاسیم دار+مولیبدنیت+پیریت+منیتیت+کوارتز،کوارتز+پیریت،کوارتز+منیتیت+توپاز +فلوئوریت،کوارتز+مولیبدنیت+فلئوریت+فلدسپات پتاسیم دار+توپاز
زون فیلیک یا زون کوارتز – سریسیت – پیریت	سریسیت در اثر دگرسانی کانی های فرومنیزین، پلاژیوکلاز و فلدسپات پتاسیک – پیریت	بالا بودن درصد پیریت،فراوانی رگچه های کوارتز+پیریت،شدت دگرسانی نسبت به زون زیرین خود(زون پتاسیک) کمتر می باشد.
آرژیلیک	کائولینیت، مونت موریونیت ، کربنات ها و مقدار جزئی سریسیت	آرژلیک فوقان:درصد مقدار کائولینیت بطرف مرکز زون افزایش نشان می دهد. درصد مقدار مونتموریونیت بطرف خارج این زون افزایش نشان میدهد آرژلیک تحتانی: فلدسپات های اولیه وثانویه اکثراً به کائولینیت ومقدار جزیی مونتموریونیت تبدیل می گردد وفرق اساسی آن با زون آرژیلیک تحتانی: فلدسپات های اولیه وثانویه اکثراً به کائولینیت ومقدار جزیی مونتوموریونیت تبدیل می گردد وفرق اساسی آن با زون آرژلیک فوقانی در بالا بودن درصد کائولینیت آن است
پروپیلیتیک	اپیدوت، کلریت، کربنات و کانی های رسی
سیلیسی	کوارتز در بخش خارجی زون: + توپاز کلریت وبیوتیت سبز رنگ	۷۰ درصد زون را رگچه های کوارتز تشکیل داده است و علاوه بر کوارتز در بخش خارجی آن توپاز،کلریت وبیوتیت، سبز رنگ نیز دیده می شود.
منیتیت- توپاز	منیتیت-کوارتز-توپاز-پیریت	رگچه های:منیتیت- کوارتز ، منیتیت- کوارتز- توپاز، توپاز-کوارتز-پیریت
گری زن	توپاز-مسکویت، کوارتز ،فلئوریت و کرندوم	در زیر زون آرژیلیک تحتانی قرار دارد
گرونا	اسپسارتین	جانشین فلدسپات پتاسیم دار توسط گرونا، در بالای زون فیلیک وآرژلیک قرار دارد

 

 

 

کانسارهای مس پورفیری واقع در خاستگاه جزایر قوسی (یا در اصطلاح کانسارهای مس پورفیری نوع دیوریتی)

این کانسارها در کمربندهای زون فرورانش قوسی همراه سنگ‌هایی با ترکیب دیوریتی-تونالیتی کالکوآلکالن که نسبت ایزوتوپی اولیه استرانسیوم آنها یعنی (sr87/Sr)i=.702-0705 باشد تشکیل می‌شوند. اکثر ذخایر کشف شده از این نوع در حاشیه غربی اقیانوس آرام واقع شده‌اند.

وجود اختلاف در ترکیب شیمیایی محلول‌های ماگمایی و مونزونیتی-کوارتز مونزونیتی (واقع درخاستگاه‌های قاره‌ای) و محلول‌های ماگمائی نوع مونزونیتی- کوارتز مونزونیتی (واقع در خاستگاه قاره‌ای) و محلول‌های ماگمایی نوع دیوریتی (واقع در خاستگاه جزایر قوسی) موجب تغییراتی در زون‌های آلتراسیون، عیار و مواد جانبی ذخیره می‌شوند.

در محلول‌های نوع دیوریتی مقدار CA,Fe,Mg افزایش یافته ولی مقدار S2-,K+1 کاهش می‌یابد. به دلیل پایین بودن مقدار سولفیدها، زون فیلیک (زون کوارتز-سریسیت-پیریت) در نوع دیوریتی تشکیل نمی‌شود.

در سیستم نوع دیوریتی فقط دو زون پروپیلیتیک و پتاسیک یافت می‌شود. محصول جانبی این کانسارها طلا است در صورتی که در نوع مونزونیتی-کوارتز مونزونیتی (واقع در خاستگاه قاره‌ای) محصول جانبی مولیبدن است. عیار مس در نوع دیوریتی کمتر است.

بالا بودن فشار گاز اکسیژن در محلول ماگمایی نوع دیوریتی موجب می‌شود که طلا در مرکز سیستم متمرکز شود. بالا بودن مقدار منیتیت و انیدریت، دلیل بر بالا بودن اکسیژن محلول ماگمایی است.