کانسارهای مس پورفیری – Porphyry Copper deposits

 

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

 

ارزش این کانسارها تابعى از روش‌هاى معدنکارى اعم از روباز (open pit) و یا در صورت زیرزمینى بودن، اسخراج بلوکى (block caving) است. داده‌هاى تجربى نشان مى‌دهد که تغییرات عیار این ذخایر بین 1-0/4 درصد و میزان ذخیره آنها بالغ بر ۱۰۰۰ میلیون تن مى‌باشد. در ضمن با کمى دقت بر جدول شماره (۱) ملاحظه مى‌گردد که میزان ذخیره در مواردى بیش از رقمى است که بدان اشاره شد.

استخراج انتخابى (selective mining) در این کانسارها امر غیر ممکنى است و سنگ میزبان استوک ورک و کانه زائى افشان باید به طور یکجا استخراج شود. این امر باعث ایجاد برخى از بزرگترین حفره‌هاى ساخت بشر در پوسته زمین گردیده است.

یک کانسار تیپیک مس پورفیرى، توده‌اى نفوذى و مرکب، استوانه‌اى و استوک مانند (cylindrical stock like) است که رخنمونى کشیده یا نامنظم با ابعادى در حدود 2*1/5 کیلومتر داشته و اغلب سنگ‌هاى متوسط دانه با بافتى همسان دانه (equiqranular) آنرا در بر مى گیرد.قسمت میانى توده نفوذى با بافت پورفیرى،سازنده بخش مینرالیزه پورفیرى آن است که در بردارنده ذخایر مس مى‌باشد.

عیار و تناژ یک کانسار، مقدار کل فلز کانسار را مشخص مى‌نماید. اما افت مکرر قیمت مس سبب شده تا در سال‌هاى اخیر به عیار (grade) اهمیت بیشترى داده شود. چرا که هزینه‌هاى تولید در یک معدن با عیار پایین (low grade) و تناژ بالا در قیاس با عیار اقتصادى جهان، مى‌توان یک توده معدنى را به پیکره‌اى بى‌ارزش تبدیل کند.

بعنوان مثال اگر قیمت‌هاى مربوط به عملیات استخراج امروزى مس در دهه ۱۹۷۰ هم برقرار مى‌بود، فقط تعداد معدودى از معادن که در این دهه از فعالیت خود را آغاز کرده‌اند قادر به تامین هزینه‌هاى مربوط مى‌شدند.

 

پتروگرافى و ماهیت توده‌هاى نفوذى میزبان – Petrography and nature of the host intrusions

رایج ترین سنگ‌هاى میزبان این کانسارها، سنگ‌هاى آذرین درونى اسید از خانواده گرانیت با ترکیبى از گرانیت به سمت گرانودیوریت تا تونالیت، کوارتز مونزونیت ودیوریت هستند. به هر حال سنگ‌هایى با ترکیب دیوریت و مونزونیت (به ویژه کوارتز مونزونیت) تا سینیت (گاه آلکالى سنیتیت) نیز از سنگ‌هاى میزبان مهم محسوب مى‌شوند.

امروزه نادرستى این عقیده که سنگ‌هاى میزبان دیوریتى فقط در جزایر قوسى یافت مى‌شوند به اثبات رسیده است. سنگ میزبان فقیر از سیلیس در بریتیش کلمبیا (Britush Columbia) و در کوه‌هاى مرکزى‌آند (central Ands) هر دو یافت مى‌شوند.

در توده‌هاى نفوذى میزبان واقع در خاستگاه‌هاى جزایر قوسى نسبت ایزوتوپى اولیه استرانسیوم آغازین (primitive initial strontium isotope rations) بین (۰.۷۰۵-۰.۷۰۲) متغییر است و ظاهراً از مانتل بالایى پوسته اقیانوسى بازیابى شده (recycled oceanic crust) تامین شده است.

بالاتر بودن این نسبت‌ها در توده‌هاى نفوذى مینرالیزه واقع در خاستگاه‌هاى قاره‌اى، اغلب دلالت بر ناشى شدن آنها از مواد پوسته‌اى و یا به احتمال قوى‌تر آلودگى این سنگ‌ها توسط مواد پوسته‌اى دارد. و رخدادهاى مضاعف نفوذى (multiple intrusive events) در منطق داراى کانه زایى محل پورفیرى امرى عادى بوده و توده‌هاى میزبان کانه زا نیز در این روند معمولاً در جوان‌ترین بوده و بیشترین مقدار تفکیک را از خود بروز مى‌دهد.

توده‌هاى نفوذى میزبان به همراه ولکانیسم وابسته بیشتر در اواخر سیکل آتشفشانى تشکیل شده و کانه زایى نیز معمولاً متعاقب یک یا چند پالس تزریق ماگمایى صورت مى‌گیرد.

 

دگرسانى‌هاى گرمابى (hydrothermal alterations)

کانسارهاى مس پورفیرى با خاستگاه‌هاى قاره‌اى یا کانسارهاى مس پورفیرى نوع مونزونیتى-کوارتز مونزونیتى

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 معدنى سان مانوئل San Manuel –kalamazoo Ore body

در آریزونا را توصیف و یافته‌هاى خود را با ۲۷ کانسار مس پورفیرى دیگر مقایسه کرده ونشان دادند که بهترین چهارچوب در این خصوص، ماهیت و توزیع مناطق دگرسانى گرمابى سنگ دیواره است. بر اساس ادعاى آنها عموماً چهار منطقه دگرسانى وجود دارد.

این مناطق بیشتر در اطراف استوک پورفیرى به صورت مناطق هم محور که پوسته‌هایى هم مرکز و اغلب کامل را مى‌سازند متمرکز مى‌شود و غالباً در عملیات اکتشاف کانسارهاى مس پورفیرى به عنوان یک راهنما مورد استفاده قرار مى‌گیرد. این مناطق در مدل لاول وگیلبرت عبارت است:

 

۱- منطقه پتاسی  – potassic zone

این منطقه همیشه حضور ندارد. هنگام حضور این منطقه فاسیس‌هایى از اورتوکلاز و بیوتیت ثانوى، یا آنورتوکلاز-کلریت و گاه اورتوکلاز-بیوتیت-کلریت قابل شناسایى مى‌باشد. سریسیت نیز ممکن است حضور داشته باشد.

کانی‌هاى ثانوى فوق، اورتوکلاز پلاژیوکلاز و کانی‌هاى مافیک اولیه توده نفوذى را جایگزین مى‌شوند. انیدریت به وفور ممکن است در این منطقه یافت شود. فلدسپات‌هاى پتاسیم دار ثانوى عموماً از فلدسپات‌هاى پتاسیم دار اولیه، سدیم بیشترى دارند. این کانى ممکن است در رگچه‌هاى کوارتز سازنده کوارتز سازنده استوک ورک نیز موجود باشد. در این منطقه اغلب هسته‌اى با عیار پایین قرار دارد که در آن کلریت و سریسسیت کانی‌هاى غالب هستند.

 

۲- منطقه فیلیک –  phyllic zone

این منطقه دلالت بر نوعى دگرسانى مى‌نماید که در کانسارهاى دیگر به عنوان سریسیتى شدن و دگرسانى آرژلیک پیشرفته شناخته مى‌شود. این منطقه از روى حضور مجموعه کوارتز – سریسیت-پیریت مشخص مى‌شود ومعمولاً حاوى مقادیر کمى کلریت، ایلیت وروتیل است. امکان وجود پیروفیلیت نیز هست. کربنات‌ها و انیدریت از کانیهاى نادر به شمار مى‌آیند.

در بخش داخلى این منطقه سریسیت کانى غالب است، در صورتی که به سمت بخش‌هاى بیرونى تر، کانی‌هاى رسى اهمیت بیشترى مى‌یابند. سریسیتى شدن، فلدسپات‌ها و بیوتیت‌هاى اولیه را متاثر مى‌سازد، دگرسانى کانى اخیر مقدار ناچیزى روتیل نیز تولید مى‌کند.

این قبیل دگرسانى‌ها، واکنش سیلیس‌زا هستند و به همین دلیل مقدارى کوارتز تشکیل مى شود سیلیسى شدن (silicification). سطح تماس این منطقه با منطقه پتاسیک، سطح تماسى تدریجى با ضخامت چند ده متر است. وقتى منطقه فیلیک در ناحیه‌اى وجود داشته باشد، پیریت افشان (disseminated) و رگچه‌اى  (veinlets) بیشترین گسترش را در این منطقه خواهد داشت.

 

۳- منطقه آرژیلی  – Argillic zone

این منطقه دگرسانى گرچه همیشه وجود ندارد. ولى با آنچه که در دیگر کانسارها، دگرسانى آرژیلیک حد واسط خوانده مى‌شود، معادل است. کانی‌هاى رسى از ویژگی‌هاى این منطقه دگرسانى بوده و همراه با کائولن در جهت نزدیک‌تر شدن به توده معدنى فراوان شده، اما نسبت به منطقه فیلیک، فراوانى کمترى دارد.

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

 

۴- منطقه پروپیلیتیک – prophylitic zone 

این منطقه که خارجى‌ترین بخش دگرسانى است همواره حضور دارد، کلریت رایج ترین کانى آن بوده پیریت، کلسیت و اپیدوت نیز آن را همراهى مى‌نماید.

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

زون دگرسانى	کانی هاى شاخص	ویژگی ها
پتاسیک	فلدسپات بصورت: -جانشینى در پلاژیوکلازها  – تبلور مجدد در آپلیت ها	حاوى رگچه هاى: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 دگرسانى کانی هاى فرومنیزین، پلاژیوکلاز و فلدسپات پتاسیک – پیریت	بالا بودن درصد پیریت،فراوانى رگچه هاى کوارتز+پیریت،شدت دگرسانى نسبت به زون زیرین خود(زون پتاسیک) کمتر مى باشد.
آرژیلیک	کائولینیت، مونت موریونیت ، کربنات ها و مقدار جزئى سریسیت	آرژلیک فوقان:درصد مقدار کائولینیت بطرف مرکز زون افزایش نشان مى دهد. درصد مقدار مونتموریونیت بطرف خارج این زون افزایش نشان میدهد آرژلیک تحتانى: فلدسپات هاى اولیه وثانویه اکثراً به کائولینیت ومقدار جزیى مونتموریونیت تبدیل مى گردد وفرق اساسى آن با زون آرژیلیک تحتانى: فلدسپات هاى اولیه وثانویه اکثراً به کائولینیت ومقدار جزیى مونتوموریونیت تبدیل مى گردد وفرق اساسى آن با زون آرژلیک فوقانى در بالا بودن درصد کائولینیت آن است
پروپیلیتیک	اپیدوت، کلریت، کربنات و کانی هاى رسى
سیلیسى	کوارتز در بخش خارجى زون: + توپاز کلریت وبیوتیت سبز رنگ	۷۰ درصد زون را رگچه هاى کوارتز تشکیل داده است و علاوه بر کوارتز در بخش خارجى آن توپاز،کلریت وبیوتیت، سبز رنگ نیز دیده مى شود.
منیتیت- توپاز	منیتیت-کوارتز-توپاز-پیریت	رگچه هاى:منیتیت- کوارتز ، منیتیت- کوارتز- توپاز، توپاز-کوارتز-پیریت
گرى زن	توپاز-مسکویت، کوارتز ،فلئوریت و کرندوم	در زیر زون آرژیلیک تحتانى قرار دارد
گرونا	اسپسارتین	جانشین فلدسپات پتاسیم دار توسط گرونا، در بالاى زون فیلیک وآرژلیک قرار دارد

 

 

 

کانسارهاى مس پورفیرى واقع در خاستگاه جزایر قوسى (یا در اصطلاح کانسارهاى مس پورفیرى نوع دیوریتى)

این کانسارها در کمربندهاى زون فرورانش قوسى همراه سنگ‌هایى با ترکیب دیوریتى-تونالیتى کالکوآلکالن که نسبت ایزوتوپى اولیه استرانسیوم آنها یعنى (sr87/Sr)i=.702-0705 باشد تشکیل مى‌شوند. اکثر ذخایر کشف شده از این نوع در حاشیه غربى اقیانوس آرام واقع شده‌اند.

وجود اختلاف در ترکیب شیمیایى محلول‌هاى ماگمایى و مونزونیتى-کوارتز مونزونیتى (واقع درخاستگاه‌هاى قاره‌اى) و محلول‌هاى ماگمائى نوع مونزونیتى- کوارتز مونزونیتى (واقع در خاستگاه قاره‌اى) و محلول‌هاى ماگمایى نوع دیوریتى (واقع در خاستگاه جزایر قوسى) موجب تغییراتى در زون‌هاى آلتراسیون، عیار و مواد جانبى ذخیره مى‌شوند.

در محلول‌هاى نوع دیوریتى مقدار CA,Fe,Mg افزایش یافته ولى مقدار S2-,K+1 کاهش مى‌یابد. به دلیل پایین بودن مقدار سولفیدها، زون فیلیک (زون کوارتز-سریسیت-پیریت) در نوع دیوریتى تشکیل نمى‌شود.

در سیستم نوع دیوریتى فقط دو زون پروپیلیتیک و پتاسیک یافت مى‌شود. محصول جانبى این کانسارها طلا است در صورتى که در نوع مونزونیتى-کوارتز مونزونیتى (واقع در خاستگاه قاره‌اى) محصول جانبى مولیبدن است. عیار مس در نوع دیوریتى کمتر است.

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