کانسار مولیبدن پورفیری چیست و چگونه تشکیل می شود؟

کانسار مولیبدن پورفیری (Porphyry Mo deposits) به سنگ‌های غنی از عنصر مولیبدن (Mo) گفته می‌شود که استخراج‌شان به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است و با هدف استخراج Mo، به روش معدنکاری روباز بهره برداری می‌شوند. این کانسارها، مهمترین منبع Mo هستند و از ماگماهایی به وجود می‌آیند که فوگاستیۀ اکسیژن‌شان بالا باشد. طبقه‌بندی‌های مختلفی برای کانسارهای پورفیری مولیبدن صورت گرفته است، از جمله کانسارهای نوعِ کوارتز مونزونیت، کلیماکس و آلکالیک. بهترین سایت‌های زمین شناسی برای تشکیل PMDها مناطق فرورانش، حوضه‌های کششی پشت قوس و کوهزایی‌های برخوردی هستند. چنانچه در این محیط‌ها، شرایط لازم برای ماگماهای گرانیتی – گرانودیوریتی برقرار باشد، امکان ته نشینی مولیبدن وجود خواهد داشت. همچنین لازم است ماگما غنی از پتاسیم باشد و به سطوح بالایی زمین حرکت کند، در آنجا به دام افتد و شروع به تبلور کند. تشکیل کانسار مولیبدن پورفیری از ماگمای آلکالیک، به محتوای سیلیس، مواد فرار، قلیائیات و هیدروژن ماگما بستگی دارد.

کانسار مولیبدن پورفیری چیست؟

به سنگ‌هایی که عنصر مولیبدن در آن‌ها متمرکز شده و غلظت این عنصر در حدی است که استخراجش به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد، کانسار مولیبدن پورفیری (به اختصار PMDs) گفته می‌شود. ذخایر پورفیری مولیبدن منبع مهمی از عنصر مولیبدن هستند. توزیع منابع Mo در پوسته زمین و در سطح جهانی نابرابر است. به این صورت که تقریباً 90 درصد مولیبدن در چین، آمریکا، پرو، شیلی و کانادا توزیع شده است. تشکیل نهشته‌های مولیبدن پورفیری ارتباط نزدیکی با فرورانش پوسته اقیانوسی دارد. کشور چین از بزرگترین تأمین کنندگان Mo در جهان است. بیشتر مولیبدنی که از کانسارهای چین استخراج می‌شود، در ذخایر مولیبدن پورفیری نهشته است (Zeng et al., 2013). چین نه تنها بزرگ‌ترین تولیدکننده Mo جهان است، بلکه با کشف ذخایر جدید، به عنوان کشوری با بزرگ‌ترین ذخایر Mo ظاهر شده است. این کشور میزبان 16 غول (بیش از 0.5 میلیون تن Mo) و 43 معدن بزرگ (0.1-0.5 میلیون تن Mo) است. (Zeng et al., 2013, Huang et al., 2015).

اکثر کانسارهای مولیبدن پورفیری همراه با سنگ‌های گرانیتی یافت می‌شوند. این کانسارها از لحاظ پایین بودن عیار شبیه کانسار مس پورفیری هستند و از جنبه‌های دیگر (مانند دگرسانی گرایزنی) مشابه کانسارهای گرانوفیلی می‌باشند.

دو عامل باعث پایین آمدن عیار در کانسار مولیبدن پورفیری می‌شود:

1. بالا بودن درجه حرارت مربوط به تودۀ باتولیتی. تا زمانی که سرد شدن توده، به اندازۀ کافی صورت نگیرد، Mo به اندازۀ کافی نهشته نخواهد شد و عیار آن پایین خواهد شد.
2. نبودن جریان آب های جوّی: وقتی جریان آب برقرار نباشد، گرادیان حرارتی کم شیب خواهد شد.

کانسارهای پورفیری مولیبدن در مقیاس بزرگ، به شکل رگه‌، شکستگی‌، انتشاری و یا برشی هستند. این کانسارها از نظر مکانی و ژنتیکی به توده‌های فلسیک پورفیری با مشخصات زیرمرتبط هستند (Carten et al., 1993):

1. گرید مولیبدن در توده های فلسیک بیش از 0.05 درصد وزنی باشد.
2. نسبت‌ مولیبدن به مس بیشتر از 1 باشد.

برخی از نهشته‌های مس – مولیبدن پورفیری و حتی برخی از رسوبات مس پورفیری (که کمتر از 02/0 درصد وزنی Mo دارند؛ Carten et al., 1993) آنقدر بزرگ هستند که تناژهای بالایی از Mo دارند. بنابراین، مولیبدن در درجۀ اول از کانسارهای مولیبدن پورفیری و سپس از کانسارهای مس-مولیبدن و مس پورفیری به دست می‌آید. مورفولوژی کانسارهای مولیبدن پورفیری می‌تواند به سه حالت باشد:

1. صفحه‌ای یا نعلبکی شکل: در این مورفولوژی، منطقه معدنی فقط در سنگ‌های دیواره‎‌ای تشکیل می‌شود.
2. استوانه تو خالی: در این مورفولوژی، منطقه معدنی در توده نفوذی و در سنگ‌های دیواره‎‌ای است.
3. فنجان وارونه: منطقه معدنی در تودۀ نفوذی و در سنگ‌های دیواره‌ای است.

انواع کانسار مولیبدن پورفیری

طبقه بندی های مختلفی برای کانسارهای Mo پورفیری وجود دارد که در اینجا بیان کرده‌ایم.

الف- مولیبدن پورفیری قلیایی در مقابل کالک قلیایی (Westra and Keith, 1981).

ب- مولیبدن پورفیری غنی از فلور در مقابل فقیر از فلور (Theodore, 1986).

ج- مولیبدن پورفیری نوع کلیماکس در مقابل نوع کوارتز مونزونیت.

1. کانسار مولیبدن پورفیری نوع کلیماکس (Climax) مرتبط با مناطق شکاف (ریفت‌ها) شکل می‌گیرد؛ مثال: کانسار کلیماکس در کلورادو.
2. مولیبدن پورفیری نوعِ کوارتز – مونزونیت؛ مثال: معدن باس مونتین در بریتیش کلمبیا.

در مجموع، طرح طبقه بندی دوگانه که توسط اکثر محققان اتخاذ شده است، نشان می‌دهد که:

کانسارهای مولیبدن پورفیری با عیار بالا، در مناطق ریفت (شکاف) مرتبط با ماگماهای ریولیت غنی از فلوئور هستند و نهشته های کم عیار مرتبط با قوس، مربوط به ماگماهای کالک آلکالن و فقیر از فلوئور هستند (Carten et al., 1993).

کانسار مولیبدن پورفیری را می‌توان بر اساس مناطق تکتونیکی به وجود آورنده و همچنین سنگ میزبان‌شان نیز طبقه بندی کرد که در ادامه بیان شده است.

انواع کانسار مولیبدن پورفیری بر اساس ترکیب سنگ میزبان

1. کانسارهای داربستی کالک آلکالن: در ارتباط با تفریقی‌های گرانیتی تا گرانودیوریتی حاصل از سری‌های ماگمایی کالک آلکالیک تا کالک آلکالیک غنی از پتاسیم هستند.
2. کانسارهای داربستی کالک آلکالن و آلکالن: این کانسارها شامل نوع کلیماکس و نوع آلکالیک هستند. آن‌ها با تفریقی‌های حاصل از سری های ماگمایی آلکالی – کلسیک و آلکالیک مرتبط هستند.

انواع کانسار مولیبدن پورفیری بر اساس منطقۀ تکتونیک

1. کانسارهای مرتبط با مناطق فرورانش
2. کانسارهای مرتبط با کافت‌ها (مناطق کششی) در حوضه های پشت قوس (کلیماکس).
3. کانسار مولبیدن پورفیری مرتبط با کوهزایی‌های برخوردی.

از میان این سه نوع، نهشته‌های مولیبدن پورفیری مرتبط با قوس، منبع قابل توجه برای فلز مولیبدن هستند و ممکن است غلظت های غیرعادی تنگستن نیز داشته باشند. این کانسارها حاوی سنگ معدن مولیبدنیت با عیار پایین (0.03-0.22 درصد مولیبدن) هستند؛ اما تناژ بالایی دارند. همانند سایر کانسارهای پورفیری، عیار پایین و تناژ بالا، استخراج مولیبدن را با تکنیک‌های معدن روباز فله‌ای امکان پذیر می‌کند.

منشاء و تشکیل کانسارهای مولیبدن پورفیری

بسته به اینکه ماگمای به وجود آورنده نهشته‌های مولیبدن از چه جنسی باشد، منشاء های آن متفاوت خواهد بود. در ادامه، منشاء این کانسارها با طبقه بندی که به صورت زیر ارائه شده، توضیح داده شده است.

1. منشاء کانسارهای مولیبدن پورفیری کالک آلکالن.
2. منشاء کانسارهای مولیبدن پورفیری نوع کلیماکس.
3. منشاء کانسارهای مولیبدن پورفیری آلکالیک.

منشاء و نحوه تشکیل کانسار مولیبدن پورفیری کالک آلکالن

کانسارهای Mo کالک آلکالن، از ماگماهای کالک آلکالن و ماگماهای کالک آلکالنِ غنی از پتاسیم به وجود می‌آیند. ماگمای مادر مولد کانسار مولیبدن پورفیری کالک آلکالن، یک ماگمای گرانودیوریتی یا کوارتز مونزونیتی است. این ماگمای مادر، از لحاظ فلورین، مولیبدن و عناصر ناسازگار فقیر است و مقدار آب آن‌ کمتر از 1.5 درصد است.

بعد از آنکه ماگمای گرانودیوریتی یا کوارتز مونزونیتی در درون پوسته جای گرفت و تبلور جزء به جزء صورت گرفت، ممکن است یک ماگمای گرانیتی سیلیسی حاصل شود. این ماگما از کانی‌های مافیک فقیر است اما از نظر مواد فرار، پتاسیم و مولیبدن غنی است. چنانچه این ماگمای گرانیتی از ماگمای اصلی جدا شود و به عمق 1 تا 3 کیلومتری سطح زمین برسد، یک کانسار مولیبدن از نوع استوکی تشکیل خواهد شد. اما چرا کانسارهای Mo نوع کالک آلکالن، با سنگ‌های آذرین بیرونی یافت نمی‌شوند؟ این رخداد می‌تواند دو دلیل داشته باشد:

1. یا مقدار آب ماگما کم است.
2. یا اینکه جایگزینی ماگما در عمق انجام گرفته است.

پس از اشباع ماگما از بخارات، فشارهای ناشی از بخار باعث ایجاد شکستگی در سنگ‌های موجود و تشکیل یک منطقۀ داربستی می‌شود. در بخش مرکزی یک سیال گرمابی ماگمایی و در درون دیواره‌ها یک جریان همرفت از آب‌های جوی به وجود می‌آید.

متمرکز شدن مولیبدن

مولیبدن حاصل از تفریق ماگمایی، احتمالاً در درون سیال گرمابی غنی از پتاسیم که حرارت آن نزدیک به درجه حرارت ماگما است تمرکز می‌یابد. مولیبدن احتمالاً به صورت HMoO₄^– انتقال می‌یابد. ته نشینی آن نیز در نتیجۀ کاهش فشار، سرد شدن، جوشش و یا مخلوط شدن با آب‌های جوی است. به واسطۀ غلظت کم Mo در ماگمای مادر و مؤثر نبودن فرایند تمرکز در درون ماگما، عیار مولیبدنیت در کانسار حاصل، به ندرت از 0.25 درصد بالاتر می‌رود.

کانسارهای پورفیری مولیبدن نفوذی، در نتیجۀ به دام افتادن ماگمای گرانیتی تفریق شده، در درون و یا در بالای توده‌های باتولیتی ایجاد می‌شوند. پس از آنکه موادّ فرار موجود در ماگمای تفریقی، اشباع شد، Mo، K و موادّ فرار از طریق انتشار، در بخش بالایی ماگما تمرکز می‌یابند. بالا بودن فشارهای همه جانبه در این سیستم عمقی، مانع از جوشش ثانویه می‌گردد. عنصر Mo بر اثر سرد شدن و پایین آمدن pH ماگما ته نشین می‌گردد. اگر درجه حرارت تودۀ باتولیتی تبلور یافته، بالا باشد و جریان آب های جوی برقرار نباشد، گرادیان کم شیبی ایجاد می‌شود. این عوامل باعث می‌شوند تا عیار مولیبدنیت پایین آید. اگر جوشش نیز رخ ندهد، H₂S نمی‌تواند وارد فاز بخار شود. در نتیجه، در این کانسارها، هالۀ پیریتی به طور ضعیفی توسعه می‌یابد و یا آنکه اساساً تشکیل نمی‌شود.

منشاء و نحوه تشکیل کانسار مولیبدن پورفیری نوع کلیماکس

منشاء ماگمای مادر کانسار مولیبدن پورفیری کلیماکس، جبه بالایی است. ذوب بخشی در جبۀ بالایی، باعث به وجود آمدن ماگمای آلکالیک – کلسیک و آلکالیک می شود. این ماگما از مواد فرار و عناصر ناسازگار غنی است. متعاقب تشکیل این ماگماها، تفریق و ورود مواد پوسته‌ای به درون این ماگماها، باعث تشکیل مذاب گرانیتی غنی از فلورین، سلیکا و پتاسیم می‌شود (برنهام، 1997). این ماگمای سیلیسی پس از نفوذ ممکن است در عمق 2 تا 6 کیلومتری، اتاقک ماگمایی وسیعی را تشکیل دهد (Issacson and Smithson, 1976). بالا بودن مقدار موادّ فرار و پتاسیم باعث افزایش انحلال آب در درون ماگما و در نتیجه تشکیل بعدی یک مذاب سیلیکاتی آبدار و پتاسیم دار (Tuttle and Bowen, 1958) غنی از F شده و مولیبدن در درون این مذاب تمرکز می‌یابد.

کانسار مولیبدن پورفیری نوع Climax ارتباط نزدیکی با مجموعه خاصی از گرانیت‌ها و ریولیت‌های سیلیس بالا دارد. به طور خاص، سنگ ها به شدت از نظر روبیدیم، نیوبیم و فلوئور غنی شده‌اند و به شدت در استرانسیوم و زیرکونیوم تهی هستند.

افزایش فشار سیال و استنباط آن

پس از اشباع آب، فشار بخار در بالای ستون ماگمایی افزایش می‌یابد و در نهایت از فشار لیتوستاتیک بیشتر می‌شود (Ganster, 1976; Kamilli, 1978). نتیجۀ آن، تشکیل شکستگی و کانسار سازی رگچه‌ای در درون این شکستگی‌ها است. سیال گرمابی که با مذاب باقی مانده غنی از مولیبدن در حال تعادل است، خود نیز از لحاظ مولیبدن غنی است. با تبلور کوارتز و فلدسپار پتاسیم از مذاب نهایی، پتاسیم اضافی همراه با سیال گرمابی – ماگماییِ غنی از مولیبدن و موادّ فرار و فلورین، به صورت رگه‌های کوارتزی اولیه بی بر تبلور می‌یابد. در این شرایط، مقدار فشار، بیشتر و یا برابر با فشارهای لیتوستاتیک می‌باشد. با کاهش فشارهای همه جانبه، سیالات گرمابی – ماگمایی که مقدار نمک شان کمتر است، متصاعد می‌شوند. این سیالات، عامل اصلی کانسارسازی هستند (Hal et al.; 1974).

پس از استنباط سیال ماگماییِ گرمابی، درجه حرارت و فشار سیال کاهش می‌یابد. دلیل این کاهش حرارت و فشار، کاهش سرعت جریان همرفت و یا کاهش تبلور ماگما است. به واسطۀ سرد شدن بخش مرکزی، آب‌های جوّی به طرف مرکز سیستم حرکت می‌کنند و رگه‌های حاوی فلوریت، کوارتز و عناصر پایه را ته نشین می‌نماید. در کانسارهای نوع کلیماکس، عیار Mo گاه به 1000 تا 3000 هزار برابر زمینه می‌رسد.

به طور خلاصه، تشکیل کانسارهای مولیبدن پوفیری نوع کلیماکس، در نتیجۀ فرایندهای زیر است:

1. تفریق بلوری در درون یک ماگمای مادر آلکالیک – کلسیکِ غنی از مولیبدن و تشکیل ماگمای گرانیتی سیلیسیِ غنی از مولیبدن؛
2. تمرکز مولیبدن موجود در ماگمای گرانیتی سیلیسی در یک مذاب سیلیکاتی آبدار غنی از فلدسپار پتاسیم؛
3. آزاد شدن سیالات گرمابی غنی از مولیبدن از مذاب فوق؛
4. ته نشینی مولیبدن از سیالات گرمابی غنی از مولیبدن (وسترا و کیث، 1981).

تشکیل کانسار مولیبدن پورفیری آلکالیک

تشکیل کانسار مولیبدن پورفیری از سنگ‌های آلکالیک، به محتوای سیلیس، مواد فرار، قلیائیات و هیدروژن ماگما بستگی دارد. پس از اشباع بخارات موجود در ستون ماگمایی، سیستم گرمابی روندی مشابه با روند سیستم گرمابی مربوط به کانسارهای نوع کلیماکس را دنبال می نماید. اگر اشباع بخارات صورت نگیرد، مولیبدن موجود در مذاب به صورت ذرات انتشاری مولیبدنیت در مراحل آخر تبلور ماگما در تودۀ در حال تبلور ظاهر می‌شود. چنین وضعیتی در سنگ های سینیتی و نفلین سینیتی قابل مشاهده است (وسترا و کیث، 1981).

مدل رسوب Mo در کانسارهای مولیبدن پورفیری مرتبط با قوس

ویژگی‌های زمین‌شناسی، ژئوشیمیایی و کانی‌شناسی وجود دارد که این نوع کانسار را از ذخایر مس پورفیری و ریولیت-گرانیت قلیایی-فلدسپات مولیبدن پورفیری متمایز می‌کند. سازمان زمین شناسی ایالات متحده در سال 2012 در یک گزارش، مدل نهشته شدن مولیبدن پورفیری در کانسارهای مرتبط با قوس را به صورت زیر توصیف کرده است.

تشکیل کانسار مولیبدن پورفیری مرتبط با قوس معمولاً در محیط‌های قوس قاره‌ای مربوط به قوس قاره یا برخورد و فرورانش قاره – قاره رخ می‌دهد.

منابع قابل توجه فلز مولیبدن، نهشته‌های مولیبدن پورفیری مرتبط با قوس هستند که ممکن است غلظت‌های غیرعادی تنگستن نیز داشته باشند. این کانسارها حاوی سنگ معدنی با عیار پایین (0.03-0.22 درصد مولیبدن) به عنوان مولیبدنیت هستند، اما تناژ بالایی دارند. در سیستم کانی سازی، محتوای فلوئور معمولاً کمتر از 0.1 درصد است. ماگماهای نفوذی کوژنتیک (cogenetic) یک گرانیتوئید کالک آلکالن تمایز یافته، معمولاً با گرانودیوریت تا کوارتز مونزونیت است. در این ماگمای نفوذی، غلظت روبیدیم و نیوبیم کم و غلظت استرانسیوم متوسط ​​تا زیاد است. فلزات و سیالات گرمابی از این نفوذی‌ها حاصل می‌آیند. ایجاد هورنفلس‌های ناشی از دگرگونی مجاورتی، در مجاروت توده‌های ماگمایی نفوذی رایج است. در صورت وجود واحدهای کربناته نیز ممکن است به اسکارن که حاوی کانی سازی اقتصادی است منجر گردد.

دگرسانی در کانسار مولیبدن پورفیری مرتبط با قوس قاره

دگرسانی هیدروترمال یک جزء کلیدی برای شناسایی کانسارها فراهم می‌کند. در کانسار Mo پورفیری مرتبط با قوس قاره، دگرسانی معمولاً  به صورت زیر است:

هستۀ دگرسانی‌ها از نوعِ سیلیسی، همراه و یا بدون پتاسیم است و به سمت خارج، از دگرسانی فیلیک به پروپیلیتیک تقسیم می‌شود. دگرسانی آرژیلیک ممکن است شکل نامنظم داشته باشد و تغییرات هیدروترمال قبلی را بپوشاند.

اکتشاف کانسار مولیبدن پورفیری، باید محدود به کمربندهای قوسی ماگمایی باشد که سقف آن تا عمق چند کیلومتری فرسایش یافته و برداشته شده است. نشانه های زمین شناسی مهم به سمت مناطق با درجه کانی سازی بالاتر شامل دگرسانی گرمابی شدید، رگه‌بندی و گسل‌شدن است. سطوح غیرعادی مولیبدن، تنگستن، مس، سرب یا روی در خاک، خاک‌زارها، رسوبات نهرها و آب‌های زهکشی، می‌تواند نشان‌دهنده وجود یک کانسار مولیبدن پورفیری مرتبط با قوس باشد. به دلیل غلظت کلی کم کانی‌های سولفیدی و اکسیدی همراه، تکنیک‌های اکتشاف ژئوفیزیک اکتشاف کانسار مولیبدن پورفیری چندان موفقیت آمیز نیست.

به طور کلی، در کانسارهای Mo پورفیری، حجم کانی‌های سولفیدی کم است. بنابراین، نگرانی‌های ژئو زیست محیطی ناشی از استخراج معدن آن نیز پایین است. بیشتر نهشته‌های موجود در حاشیه قاره ای اسید زا تا غیر اسیدی هستند. pH آب‌های زهکشی تقریباً خنثی است، زیرا پتانسیل تولید اسید پیریت تا حدی توسط رگه‌های حاوی کلسیت در مرحله آخر بافر می‌شود. محتوای کم سنگ معدن منجر به نسبت ضایعات: سنگ معدن تقریباً 1: 1 و انباشته‌های بزرگ باطله از روش روباز استخراج می‌شود.