کانسار پورفیری چیست و انواع آن کدامند؟

کانسار پورفیری (Porphyry deposits) به ذخایر معدنی فلزی تناژ بالا و کم عیار گفته می‌شود که در سنگ‌های آذرین نفوذی اسیدی تا حد واسط تشکیل می‌شوند. این کانسارها حاوی فلزات ارزشمندی چون مس، مولیبدن، طلا، قلع، تنگستن و نقره هستند. به طور کلی، کانسارهای پورفیری با عیار کم کانه‌سازی و یک مجموعه نفوذی که توسط یک استوک رگه‌ای و بِرش‌های گرمابی احاطه شده است، مشخص می‌شوند و به روش معدن‌کاری بزرگ مقیاس و روباز بهره‌برداری می‌گردند. محیط زمین‌شناسی تشکیل کانسار پورفیری، محیط‌های تکتونیکی مرتبط با قوس قاره‌ها می‌باشد که با ماگماهای ناحیه فرورانش همراه است. این کانسارها در پوسته بالایی زمین، در عمق 2 – 10 کیلومتری تشکیل می‌شوند. دمای 350 – 700 درجۀ سانتیگراد و استقرار سریع ماگما از اعماق زیاد به اعماق کم زمین، از شرایط لازم برای تشکیل ذخایر پورفیری است. از انواع کانسارهای پورفیری می‌توان به کانسار مس پورفیری، مولیبدن، مس – مولیبدن، طلا، قلع، تنگستن و نقرۀ پورفیری اشاره کرد.

کانسار پورفیری چیست؟

کانسارهایی را که با سنگ های گرانیتوئیدی یافت می‌شوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد:

1. کانسارهای نوع پورفیری
2. کانسارهای نوع گرانوفیلی

پورفیری (Porphyry) واژه‌ای است که به سنگ‌های آذرینی اتلاق می‌شود که دارای کانی‌های دانه درشت در زمینه‌ای از کانی‌های دانه ریز هستند. کانسار پورفیری به نهشته‌های معدنی گفته می‌شود که دارای تناژ بالا، عیار پایین، غیر همزاد و درون زاد باشند و از طریق روش های معدن کاری بزرگ مقیاس قابل بهره برداری باشند. به عنوان مثال، لوول و گیلبرت، کانسارهایی با وسعت چند هزار فوت و عیار حدود 0.8 درصد مس و 0.02 درصد مولیبدنوم را کانسار پورفیری در نظر می گیرند.

ذخایر این کانسارها بزرگ (100 میلیون تا چند میلیارد تن) و عیارشان پایین هستند. این عیار در مورد کانسارهای مس، مولیبدن و طلای پورفیری به ترتیب به صورت زیر است:

• مس: حدود 0.2 –5 درصد وزنی.
• مولیبدن: حدود 0.01> – 0.3 درصد وزنی.
• طلا: حدود 0.01> – 1 گرم در تن.

بزرگترین معادن جهان در حال حاضر 0.1 تا 1 میلیون تن مس در سال تولید می‌کنند. بیش از 70% مس جهان و تقریباً کل مولیبدن دنیا از معادن پورفیری تأمین می‌شود. حدود 20% از طلای جهان نیز از این معادن بهره برداری می‌شود. در کنار این‌ها، 80 درصد رنیوم (rhenium) و تقریباً تمام تلوریم دنیا، به عنوان محصولات جانبی، از معادن پورفیری به دست می‌آید. نقره و روی نیز از دیگر محصولات جانبی این معادن محسوب می‌شوند.

مس و مولیبدن در درجۀ اول و سپس طلا، فلزات اصلی کانسارهای پورفیری محسوب می‌شوند. اما قلع، تنگستن و نقره را نیز می‌توان در برخی از ذخایر پورفیری یافت.

سن نهشته های پورفیری از آرکئن تا امروز متغیر است. اما ذخایری که از نظر اقتصادی ارزشمند هستند، سنی معادل ژوراسیک و جوان‌تر دارند.

مختصری از تاریخچه کانسار پورفیری

عبارت کانسار پورفیری اولین بار در سال 1918 توسط شخصی به نام W. H. Emmons استفاده شد. Emmons در کتاب درسی زمین شناسی‌اش که The Principles of Economic Geology نام داشت، از عبارت کانسارهای پورفیری استفاده کرد. پس از آن، این عبارت به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. از دهۀ 1920 این کانسارهای به این نام موسوم گردیدند. تا قبل از سال 1950 میلادی، هیچکدام از کانسارهای با ارزش مس پورفیری مورد استخراج قرار نمی‌گرفتند. اهمیت یافتن این کانسارها و استخراج آن ها، بیشتر مرهون پیشرفت در فناوری استخراج و تغلیظ مواد معدنی است.

اولین کانسار مس پورفیری دنیا که برای اولین بار به عنوان یک کانسار عیار پایین (1 – 2% مس) مورد استخراج قرار گرفت، کانسار بینگهام (Bingham) واقع در یوتا آمریکا است. در این کانسار، از وسایل معدنی نظیر بیل های مکانیکی بزرگ که در معادن آهن لیک سوپر یور آمریکا مورد استفاده قرار می‌گرفت، استفاده و کارخانۀ تغلیظ مخصوصی برای تغلیظ سنگ معدن کم عیار آن ساخته شد.

انواع کانسار پوفیری

1. کانسار پورفیری مس
2. کانسار پورفیری مولیبدن
3. کانسارهای اورانیوم پورفیری
4. کانسارهای پورفیری تنگستن
5. کانسارهای نقره پورفیری
6. کانسارهای قلع پورفیری
7. کانسارهای پورفیری سرب و روی

سیدروف و همکاران (2005) در تقسیم بندی خود، کانسارهای پورفیری را بر اساس فلزات اصلی به 5 دسته طبقه بندی می‌کنند:

1. طلای پورفیری
2. مس پورفیری
3. مولیبدن پورفیری
4. تنگستن پورفیری
5. قلع پورفیری

در اطراف بسیاری از کانسارهای مس پورفیری، رگه هایی از کانسارسازی سرب، روی، منگنز، نقره و طلا وجود دارد.

کانسارهای تنگستن و اورانیوم پورفیری را فقط از نظر پایین بودن عیار، بالا بودن تناژ و اهمیت‌شان از نظر اقتصادی می‌توان با کانسارهای مس پورفیری مقایسه نمود. اما از نظر خصوصیاتی مانند سنگ منشاء، متفاوتند. در کانسارهای پورفیری مس، سنگ‌ منشاء از نوع کالک آلکالن است. این در حالیست که سنگ منشاء کانسارهای اورانیوم پورفیری از نوع نفوذی‌های آناتکتیت است.

مس، مولیبدنوم، قلع و تنگستن پورفیری می‌توانند به صورت انتشاری و رگچه‌ای در نزدیکی توده‌های نفوذی همراه تجمع یابند. سرب و روی معمولاً به این صورت تجمع نمی‌یابند.

سیستم‌های مس – مولیبدن پورفیری معمولاً در ارتباط با ماگماهای اکسید شده هستند. در مقابل، سیستم‌های قلع و تنگستن، با ماگماهای کاهشی مرتبط هستند. در شرایط کاهشی، تنگستن با مذاب گرانیتی ناسازگار است در حالیکه مس و مولیبدن سازگار هستند. نهشته های قلع – تنگستن معمولاً با گرانیت های نوع S مرتبط هستند. فلزاتی که از گرانیت‌های نوع s به وجود می‌آیند، عمدتاً منشاء پوسته‌ای دارند. اگرچه نقش جزئی بالقوه ماگماهای مشتق از گوشته در برخی موارد پیشنهاد شده است (دیتریش و همکاران، 1999؛ نیوبری و سوانسون، 1986).

ویژگی و مشخصه های مهم انواع کانسار پورفیری را می‌توانید در جدول زیر ملاحظه کنید.

شرایط تشکیل کانسار پورفیری

شکل گیری و وجود کانسار پورفیری، منعکس کننده فرآیندهایی مانند اکسیداسیون هیدروسفر و بازیافت فرورانش گوگرد اکسید شده در گوشته است. اکثر کانسارهای پورفیری، احتمالاً در پاسخ به گاز زدایی از یک اتاقک ماگمایی کم عمق تشکیل می‌شوند. محدودۀ سنی این ذخایر 1 Ma> تا 1.9 Ga است. سنگ مادر بیشتر ذخایر پورفیری آندزیت تا داسیت و گاه ریولیت است که ترکیبات متا آلومینیوس و کالک آلکالن داشته باشند. البته سنگ‌هایی با ترکیب آلکالن نیز می‌توانند میزبان نهشته‌های پورفیری باشند. یک مثال در این مورد، کانسار Cadia در جنوب شرق استرالیا است. دیگر شرایط لازم برای به وجود آمدن یک کانسار پورفیری عبارتست از:

• مکان: پوستۀ بالایی زمین (upper crust)
• عمق: 2 – 10 کیلومتری سطح زمین.
• درجه حرارت: 350 – 700 درجۀ سانتی گراد.

واژۀ پورفیری، از ارتباط تقریباً جهانی سنگ معدن با دایک‌ها و پلاگ‌های کوارتز دیوریت غنی از فنوکریست (حدود 30 تا 60 درصد حجمی) از کوارتز دیوریت تا گرانیت پورفیری گرفته شده است و معمولاً آپلیتی هستند

پورفیری‌ها حکایت از استقرار سریع ماگما از اعماق زیاد به اعماق کم زمین دارند؛ جایی که دما کمتر است (حدود 700 درجۀ سانتی گراد). به دنبال بالا آمدن ماگما و خروج موادّ فرار موجود در آن، بافت آپلیتی در سنگ ایجاد می‌شود.

به طور کلی، کانسارهای پورفیری یکپارچه هستند. زیرا سیال اصلی سنگ معدن، از ماگمای آبدار مشتق شده است و در بسیاری از موارد ارتباط نزدیکی با دایک های پورفیری دارد که از طریق یک گنبد در قسمت های بالایی بدنه گرانیتی قرار دارند.

جایگاه زمین شناسی تشکیل کانسار پورفیری

نهشته های پورفیری در محیط‌های زمین شناسی مشابه ذخایر اپی ترمال شکل می‌گیرند. تفاوت اصلی این دو، پتانسیل حفظ آن‌هاست. کانسار پورفیری در سطوح عمیق‌تر پوسته شکل می‌گیرند. از این رو، حفظ آن‌ها اندکی بهتر است. اگر بخواهیم محیط های تکتونیکی شکل‌گیری کانسارهای پورفیری را با یکدیگر مقایسه کنیم، باید بگوییم که کمان‌ها (arcs) پتانسیل حفظ نسبتاً ضعیفی ارائه می‌دهند. به همین دلیل هم است که ذخایر پورفیری در سازندهای پرکامبرین فقیر است.

بسیاری از ذخایر مولیبدن پورفیری با تکتونیک کششی قاره‌ای و ریولیت‌های مجموعه‌های بازالت-ریولیت دو وجهی مرتبط هستند. تصویر زیر، یک شکل شماتیک از وضعیت زمین ساختی نهشته‌های پورفیری نشان می‌دهد. نقاط قرمز محل بالقوه انواع مختلف نهشته‌های پورفیری را نسبت به مرز بین پوسته اقیانوسی و پوسته قاره‌ای نشان می‌دهد.

نهشته‌های پورفیریِ باکیفیت، معمولاً در کمان‌های ماگمایی (Magmatic Arc) کالک آلکالن به صورت نوار خطی بر روی صفحات اقیانوسی فروراننده ایجاد می‌شوند و گسترش پیدا می‌کنند و ممکن است با شکاف‌های قوس پشتی (back arc rifts) همراه شوند. به شکل زیر نگاه کنید.

ابزارهای کاوش کانسار پورفیری

اکتشاف هر کانسار پورفیری، به یک سری مراحل اکتشافی اولیه نیازمند است. این مراحل عبارتند از:

1. تعیین موقعیت زمین شناسی
2. بررسی زمین شناسی محلی
3. نقشه برداری زمین شناسی
4. نمونه برداری

آگاهی از اینکه ذخایر مس پورفیری در حاشیه‌های همگرا شکل می‌گیرد، خود یک عامل اصلی، اولیه و کمک کننده است. ابزارها و روش‌های مختلفی برای عملیات اکتشاف معادن وجود دارد که بسته به شرایط منطقه، هر یک از آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پوشیده شدن سنگ بستر توسط چندین متر خاک، رسوب و یخبندان، علاوه بر اینکه اکتشاف را مشکل می‌کند، سبب ایجاد ناهنجاری ژئوشیمیایی شده و بر نتایج نمونه برداری‌ها تأثیر می‌گذارد. در بریتیش کلمبیا، بسیاری از ذخایر اقتصادی در زیر یخبندان ضخیم مدفون هستند. شرکت‌های اکتشافی این چالش را با حفاری RC  که به تعیین سریع زمین شناسی سنگ بستر کمک می‌کند، حل می‌کنند. حفاری RC برای نمونه برداری از رسوبات پوشیده شده همچنین می‌تواند برای تجزیه و تحلیل کنسانتره فلزات سنگین (HMC/sulphides) در شرایط یخبندان استفاده شود.

• برای نقشه ‌برداری سیستم‌های پورفیری: روش‌های گرانشی.
• جهت بررسی شکل و اندازه توده‌های سنگ معدن پورفیری: ابزارهای ژئوفیزیکی مانند مقاومت ویژه و IP (پلاریزاسیون القایی) و بررسی های الکترومغناطیسی.
• در مورد کانسار پورفیری که کانی‌سازی پراکنده است: مقاومت ویژه، پلاریزاسیون القایی (IP) و بررسی‌های الکترومغناطیسی.
• در شرایطی که زون دگرسانی پتاسیک نزدیک به مناطق معدنی است، بررسی طیف سنجی پرتو گاما کارآمد است.
• در مورد کانسار پورفیری مس و مس – طلا که در اطراف سنگ‌های نفوذی مرتبط با پورفیری دارای مناطق اسکارن و هورنفلس حاوی مگنتیت، پیروتیت و / یا مگنتیت هیدروترمال فراوان هستند می‌توان از روش‌های مغناطیسی (audio-frequency magneto telluric) برای بررسی و طرح بندی نهشته‌ها استفاده کرد.
• در برخی از ذخایر مس پورفیری، به دلیل تخریب مگنتیت در زون دگرسانی فیلیک، روش‌های مغناطیسی کارآمد نیست. در چنین شرایطی، می‌توان از روش EMبرای ترسیم عمق و وسعت جانبی سیستم‌های پورفیری استفاده کرد.