The formation of porphyry copper deposits

Copper is a moderately incompatible chalcophile element. Its behavior is strongly controlled by sulfides. The speciation of sulfur is controlled by oxygen fugacity. Therefore, porphyry Cu deposits are usually oxidized (with oxygen fugacities > ΔFMQ +2) (Mungall 2002; Sun et al. 2015). The problem is that while most of the magmas at convergent margins are highly oxidized, porphyry Cu deposits are very rare, suggesting that high oxygen fugacity alone is not sufficient. Partial melting of mantle peridotite even at very high oxygen fugacities forms arc magmas with initial Cu contents too low to form porphyry Cu deposits directly (Lee et al. 2012; Wilkinson 2013). Here we show that partial melting of subducted young oceanic slabs at high oxygen fugacity (>ΔFMQ +2) may form magmas with initial Cu contents up to >500 ppm, favorable for porphyry mineralization. Pre-enrichment of Cu through sulfide saturation and accumulation is not necessarily beneficial to porphyry Cu mineralization. In contrast, re-melting of porphyritic hydrothermal sulfide associated with iron oxides may have major contributions to porphyry deposits. Thick overriding continental crust reduces the “leakage” of hydrothermal fluids, thereby promoting porphyry mineralization. Nevertheless, it is also more difficult for ore forming fluids to penetrate the thick continental crust to reach the depths of 2–4 km where porphyry deposits form.     

论斑岩铜矿的成因

较系统地论述了国内外学者对斑岩铜矿成因的不同学术观点 ,包括“岩浆热液说”(岩浆结晶分异说 )、“板块构造成矿说”(含Cu洋壳重熔说 )、“活动转移说”及“变岩浆成矿说” ;分别对它们的立论依据及不足之处进行了较详细的分析 ,并根据作者对斑岩铜矿的时空分布、物质组分、结构构造及矿物中各种包裹体等特征的深入研究 ,提出斑岩铜矿主要是由深源 (地幔或下地壳 )富碱 (K、Na)、硅的热流体 (或与地壳岩石中的裂隙水、地下水混合 )交代或局部熔融上部地壳含Cu岩石而成     

Some thoughts on gold-rich porphyry copper deposits

Porphyry copper deposits carrying more than 0.4 gm/ton gold are briefly described from northwest Argentina, northwest Pakistan, the Intermontane belt of British Columbia, the Philippines, Sulawesi, Papua New Guinea, Sabah and Puerto Rico. Gold is normally present in potassium silicate alteration, which commonly carries an unusually high magnetite content. High gold content is not directly related to geotectonic setting, composition of the host intrusive, nature of the wall rocks, age of mineralization, erosion level, size of the ore body, or the presence or absence of sericitic alteration. Conditions conducive to a high gold content are likely to have developed in porphyry copper systems at or near to their present sites in the crust rather than at deeper levels during magma generation and ascent.     

纳米比亚西南部斑岩型铜矿地质特征

纳米比亚西南部奥兰治河海伯地区是纳米比亚重要的铜矿产地之一,区内的海伯铜矿和罗雷铜矿具有明显的斑岩型成矿特征。控制铜矿的斑岩体为古元古代威尔斯锥夫岩基的岩枝、岩株状分支,矿体的围岩为古元古界奥兰治河群海伯亚群。威尔斯锥夫岩基与奥兰治河群均为钙碱性火成岩和火山-沉积岩组合,形成于大陆边缘俯冲带的构造背景环境,结合海伯铜矿和罗雷铜矿地质及同位素特征,文章认为该区斑岩型铜矿可能为板块构造成矿。     

中国大陆斑岩铜矿若干问题

斑岩铜矿床的铜金属储量占世界的一半以上,是全球最具经济意义的矿床类型.中国大陆具有独特的地质演化历史,显生宙以来一系列构造-岩浆活动,促成了富水岩浆的浅成、超浅成侵位,为斑岩铜矿床的形成创造了有利的环境.文章立足于中国大陆的成矿地质背景,对中国大陆的斑岩铜矿床的时空分布再次进行了梳理和分析,在三大古板块边界控制成矿域的基本体制下,进一步强调次级“微板块”构造与斑岩铜矿床的成因联系,提出了“3大成矿域、7大成矿区”的区划方案,并以特提斯成矿域“陆缘增生-陆内深熔作用”为重点,探讨了具有中国大陆特色的板内成矿作用.     

斑岩铜矿若干问题的最新研究进展

斑岩铜矿是最重要的铜矿床类型,对其成矿作用的认识对找矿实践具有重要指导意义,为此,文章通过收集和整理有关文献总结了近年来斑岩铜矿研究在构造和岩浆对成矿作用的控制、成矿金属和成矿流体来源、矿石伴生金属组分含量的影响因素等方面所取得的成果。近几年的研究工作揭示:斑岩铜矿的大规模成矿作用与洋壳高浮力块体(包括无震海岭和洋底高原)的俯冲有关,高氧逸度的岩浆活动有利于斑岩铜矿的形成,与无矿斑岩体相比,含铜斑岩体一般具有低稀土元素含量以及亏损Ho和Er等特征;斑岩铜矿中铜和金多由俯冲洋壳所释放的流体对地幔中硫化物的氧化作用释放而来;在部分斑岩铜矿中,岩浆来源流体可构成绢英岩化期流体的主体;斑岩铜矿伴生金属组分的含量受许多因素控制,其中包括岩浆源区地幔演化、火成岩岩石类型、岩浆侵位深度和成矿温度等多个方面。部分研究成果应作为找矿标志在实践中运用。     

西藏斑岩铜矿的前景展望

世界斑岩铜矿主要产于中生代一新生代环太平洋带、古特提斯带和古生代中亚—蒙古带，因为上述3带为聚合板块集中分布地区。中国西藏集中了金沙江聚合带、雅鲁藏布江聚合带和怒江—班公错聚合带，为世界上聚合板块最发育地区之一，具有较长的大洋板块俯冲和陆—陆碰撞的造山历史，构造—花岗质岩浆十分发育，其中深源高侵位的花岗质斑岩分布广泛，对于形成斑岩铜矿和其他相关矿床十分有利，为找矿评价斑岩铜(金)矿很有前景的地区。笔者借鉴世界和中国评价斑岩铜矿的经验，同时收集了西藏近年来找寻评价斑岩铜矿有关的地质资料，对西藏斑岩铜矿的前景进行了展望。     

Exploration potential of Cu isotope fractionation in porphyry copper deposits

We examined the copper isotope ratio of primary high temperature Cu-sulfides, secondary low temperature Cu-sulfides (and Cu-oxides) as well as Fe-oxides in the leach cap, which represent the weathered remains of a spectrum of Cu mineralization, from nine porphyry copper deposits. Copper isotope ratios are reported as δ⁶⁵Cu‰ = ((⁶⁵Cu/⁶³Cu_sample/⁶⁵Cu/⁶³Cu_{NIST 976 standard}) − 1) ? 10³. Errors for all the analyses are ± 0.14‰ (determined by multiple analyses of the samples) and mass bias was corrected through standard-sample-standard bracketing. The overall isotopic variability measured in these samples range from − 16.96‰ to 9.98‰.     

斑岩铜矿研究中若干问题探讨

文章从全球角度对斑岩铜矿的若干问题进行了评述,对斑岩铜矿的源区及岩浆岩特征、Mash带的地质意义、埃达克岩与斑岩铜矿的关系、过渡岩浆的地质意义、中国斑岩铜矿概况及斑岩铜矿的一般模式等问题进行了探讨。     

斑岩铜(钼-金)矿床的成矿流体

斑岩铜矿是主要的铜资源,是矿床研究和勘查的重要目标。斑岩铜矿按其与板块构造的关系可分为2种:俯冲带斑岩铜矿和碰撞造山带斑岩铜矿,它们在成矿流体方面有很多区别,其中较大的差别是碰撞造山带斑岩铜矿的钾化蚀变带比俯冲带斑岩铜矿的钾化蚀变带强得多,且范围也相对较宽。文章简述了这2种斑岩矿床的主要地质特征,着重从流体包裹体、蚀变作用和稳定同位素研究来探讨斑铜矿床成矿流体的主要特征,包括成矿流体的成分、形成温度和压力,氢、氧、碳和硫稳定同位素组成。这两种类型的斑岩铜矿中主要发育5种包裹体:M熔体包裹体;Ⅰ液体包裹体;Ⅱ气体包裹体;Ⅲ含子矿物的多相包裹体和CO2_H2O包裹体。Ⅱ类和Ⅲ类包裹体常共存,且均一温度相似,表明成矿流体经历了不混溶和沸腾作用。在Ⅲ类含子矿物的包裹体中发现了含金属硫化物(黄铜矿、黄铁矿)和氧化物(赤铁矿、磁铁矿)子矿物。在斑岩金矿和碰撞造山带的斑岩铜矿中出现CO2_H2O包裹体,在斑岩的斑晶和一些早期石英脉的石英中可见到熔体包裹体以及熔体_流体包裹体,它们代表斑岩岩浆的样品,说明斑岩铜矿的形成经历了岩浆和热液阶段。最近的研究表明,斑岩铜矿的初始流体是中等盐度和密度的岩浆流体。这种流体在上升过程中因压力释放而发生沸腾,形成气体包裹体和含子矿物的高盐度包裹体。     

Platinum-group elements in porphyry copper deposits: a reconnaissance study

Summary Sulphide and flotation concentrates from 33 porphyry copper deposits have been investigated for platinum-group elements (PGE), Au, Cu and platinum-group minerals (PGM). The major sulphides in the samples studied are chalcopyrite and pyrite. Bornite is less frequent and molybdenite occurs in traces only. PGM (merenskyite, sperrylite and an unidentified Pd-Sb telluride) have been found as inclusions in chalcopyrite.Pd and Pt are present in concentrations above the analytical detection limit (> 8 ppb) in 70% respectively 30% of the deposits studied. The contents of Os, Ir, Ru and Rh are below detection limits in all samples. The analytical results show that 7 deposits (six of island arc and one of continental margin setting) reveal relatively high Pd contents (130–1900 ppb) which are associated with high Au contents (1–28 ppm). In five of them discrete PGM can be identified in accordance with elevated levels of Pd. Correlations of Au, Pd and Pt point towards a common origin.Even though the data base is relatively small, a trend is obvious, suggesting that Au-rich island arc porphyry copper deposits might host more Pd and Pt than the continental margin type ones. Other aspects of intrusive rocks, such as geological age, chemical composition and magma type do not seem to influence PGE contents.

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Platingruppen-Elemente in porphyrischen Kupfer Lagerstätten: eine Überblicksstudie

Zusammenfassung Es wurden Sulfid- und Flotationskonzentrate aus 33 Porphyry Kupfer Lagerstätten: auf Platingruppenelemente (PGE), Au, Cu and Platingruppenminerale (PGM) untersucht. Die Hauptsulfide im untersuchten Probenmaterial sind Chalkopyrit und Pyrit. Bornit ist weniger häufig and Molybdänit tritt nur in Spuren auf. An PGM wurden Merenskyit (in den Lagerstätten: Elacite, Majdanpek and Skouries), Sperrylith und ein nicht näher identifizierbares Pd-Sb- Tellurid (in der Lagerstätte Mamut) als Einschlüsse in Chalkopyrit festgestellt.Pd ist in 70% and Pt in 30% der untersuchten Lagerstätten: nachweisbar (> 8 ppb), während die Gehalte von Os, Ir, Ru and Rh in allen Proben unterhalb der Nachweisgrenze liegen. In 7 Lagerstätten: (davon sechs vom Inselbogen- und eine vom Kontinentalrandtyp) wurden relativ hohe Pd-Konzentrationen (130–1900 ppb) festgestellt, die auch durch hohe Au-Gehalte (1–28 ppm) gekennzeichnet sind. In 5 Lagerstätten: sind entsprechend den hohen Pd-Gehalten PGM nachweisbar.Geochemische Korrelationen zwischen Au, Pd and Pt weisen auf eine gemeinsame Herkunft dieser Metalle hin. Obwohl der Datenbestand noch relativ klein ist, ist ein Trend bereits sichtbar, daß Au-reiche Inselbogenporphyries Where Pd- und Pt- Gehalte erwarten lassen als der Kontinentalrand-Typ. Andere Aspekte wie geologisches Alter, Magmentyp and Chemismus der betreffenden Intrusivgesteine spielen bei der PGEFührung offensichtlich keine Rolle.

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With 8 Figures     

大型斑岩铜矿成矿的深部构造岩浆活动背景

笔者以深部地球物理探测结果为基础，将地球物理与地质、地球化学资料结合起来分析了南美稳态的洋陆俯冲体制下安第斯斑岩铜矿带、藏南不稳态的陆陆碰撞体制下冈底斯斑岩铜矿带和不稳态的陆岛陆碰撞体制下三江地区的玉龙斑岩铜矿带渐新世以来深部成矿的构造岩浆活动背景条件，总结归纳出6条成矿的基本条件：（1）要有上地幔来源的高温岩浆热液的大量供给；（2）要有区域性铜的萃取来源；（3）要有上地壳的部分熔融层或岩浆房。以提供含铜热液的循环沉淀条件；（4）地壳上层构造体系中的张性断裂。以供岩浆热液的就位；（5）围岩的化学性质对矿质沉淀是重要的；（6）构造的相对稳态期。为矿质大量沉淀积累创造条件。在不稳态体制下要寻找相对稳态的时段。陆陆碰撞体制与洋陆俯冲体制下成矿作用的主要不同之处是构造的不稳态期长、陆壳加厚与构造复杂化．岩石层碎裂发育机制等。提出了冈底斯带的新的找矿远景地带。     

碰撞型斑岩铜矿中氯的来源及演化研究展望

斑岩铜矿作为一种岩浆热液型矿床,其形成过程与Cu在熔体与流体间的迁移密切相关。而大量研究表明Cl在这一过程中起到了至关重要的作用,因此岩浆中Cl含量的高低或直接决定了岩浆的成矿潜力。俯冲型斑岩铜矿成矿所需的Cl主要来自于俯冲大洋板片,而碰撞型斑岩铜矿形成时则缺乏洋片俯冲,因此其Cl的来源尚不确定。为了进一步推进对上述科学问题的探究,文章总结了常见含Cl岩浆矿物的富Cl特性及岩浆Cl逸度计的使用方法,并利用磷灰石估算了碰撞型斑岩铜矿成矿岩浆中的Cl含量;计算了新生下地壳角闪石与熔体间Cl和OH的交换系数,以此对冈底斯碰撞型斑岩铜Cl的来源进行讨论。研究显示：(1)成矿岩浆演化过程中结晶的磷灰石、角闪石和黑云母中的Cl含量可以指示岩浆或流体中的Cl逸度;(2)碰撞型斑岩铜矿的成矿岩浆Cl含量明显低于俯冲型斑岩铜矿;(3)冈底斯出露的新生下地壳作为弧岩浆固结的产物,其中的角闪石可能继承了弧岩浆的高Cl含量特征;(4)印度陆壳俯冲过程中诱发地幔楔部分熔融所形成的超钾质岩浆可能含有较高的Cl含量。同时,幔源超钾质岩浆的加入将促进成矿岩浆中角闪石的大量结晶分异,有利于Cl在残余熔体中富集。     

新疆东天山斑岩铜矿的找矿模型试探

东天山斑岩铜（钼）矿床位于新疆东天山觉洛塔格晚古生代岛弧北缘的大草滩断裂南侧。该区自早石炭世开始拉张，晚石炭世早期转入汇聚阶段，区内经历了拉张、汇聚、碰撞－固结，陆内堆积和纾张作用多类地质事件，形成一套双峰式火山－沉积建造，复理石建造和钙碱笥系列的花岗岩类侵入建造（属辉长岩－闪长岩－花岗长岩，斜长花岗岩－二长花岗岩组合）。与成矿作用有成因联系的含矿母岸为斜长花岗斑岩和闪长玢岩。研究认为属斑岩型铜（钼）矿床，矿床蚀变强烈，有明显的分带性。在矿产勘查中，应用地质、遥感、地球物理和地球化学勘查方法，其效果甚佳，试探建立了东天山斑岩铜（钼）矿床的找矿模型雏型。     

东天山古生代斑岩铜矿床成矿规律和构造背景

东天山铜成矿带是中亚成矿域的重要组成部分, 发育土屋、延东大型铜矿, 三岔口、玉海中型铜矿, 赤湖、福兴、灵龙、玉带和四顶黑山等小型铜矿床。其中的斑岩铜矿带主要沿大南湖-头苏泉岛弧带近东西向展布, 其成岩作用集中于志留纪和石炭纪, 而成矿峰期为石炭纪。东天山斑岩铜矿带赋矿围岩包括火山岩、花岗岩和沉积岩, 围岩蚀变主要有黑云母-磁铁矿化、绢英岩化和青磐岩化, 钾化相对较弱。成矿岩体主要为中酸性钙碱性花岗岩, 富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素, 具有高Sr/Y比值, 显示典型的岛弧岩浆岩和埃达克质特征。成矿流体早阶段发育大量含子晶的高盐度包裹体, 为H₂O-NaCl±CO₂体系, 氢氧硫同位素显示明显的岩浆热液特征。锶钕铪同位素表明成矿岩体具有新生地壳和亏损地幔混合来源。东天山斑岩铜矿带形成于古天山洋的多期次俯冲造山, 因而具有多期叠加成矿的特征。石炭纪钙碱性岩浆岩是下一步找矿的主要目标, 后期构造叠加可能导致富矿体的形成。

     

Hydrogeochemical prospecting for porphyry copper deposits in the tropical-marine climate of Puerto Rico

A hydrogeochemical survey utilizing waters from streams and springs was conducted in the area of two known porphyry copper deposits in the tropical-marine climate of westcentral Puerto Rico. The most important pathfinder for regional hydrogeochemical surveys is sulfate which reflects the associated pyrite mineralization. Because of increased mobility due to intense chemical weathering and the low pH environment, dissolved copper can also be used as a pathfinder for regional surveys and has the advantage of distinguishing barren pyrite from pyrite associated with copper mineralization. For follow-up surveys, the most important pathfinders are copper, sulfate, pH, zinc, and fluoride. High concentrations of dissolved copper and moderate concentrations of sulfate is a diagnostic indication of nearby sources of copper minerals.An understanding of the geochemical processes taking place in the streambeds and the weathering environment, such as the precipitation of secondary copper minerals, contributes to the interpretation of the geochemical data and the selection of the most favorable areas for further exploration.     

新疆准噶尔斑岩铜矿地质特征及成矿作用

在前人工作基础上,文章综述了新疆准噶尔斑岩铜矿地质特征和成矿背景。划分出4个成矿带,即晚志留世—早泥盆世初琼河坝地区斑岩铜钼矿带、中泥盆世卡拉先格斑岩铜矿带、早石炭世希勒库都克-索尔库都克斑岩-矽卡岩铜钼矿带和晚石炭世包古图斑岩铜矿带。准噶尔成岩成矿时代分为4期,即晚志留世—早泥盆世初（427～411 Ma）、中泥盆世（378～374 Ma）、石炭纪（332～296 Ma）、二叠纪—三叠纪叠加成矿期（269～266 Ma;230～200 Ma）。斑岩铜矿成矿温度从高温延续到低温（530～120℃）,但主要成矿区间在中温阶段（300～180℃）;流体盐度w(NaCleq)变化于0.5%～21.75%之间和28.9%～66.76%之间。包古图和云英山矿床成矿流体主要为岩浆水,哈腊苏和玉勒肯哈腊苏矿床成矿流体为岩浆水混合大气降水。硫同位素组成集中于零值附近,指示成矿物质来源于地幔或与地幔有关的岩浆。斑岩铜矿的形成主要与中性、中酸性和酸性斑岩侵入活动有关,其形成的构造环境有大陆岛弧、大洋岛弧和后碰撞环境。     

新疆北部斑岩铜矿成矿规律及找矿方向

新疆北部斑岩铜矿受中亚造山带早古生代固结的哈萨克斯坦—准噶尔板块在华力西期稳定化作用影响，主要形成于华力西中-晚期后造山期挤压向伸展的转换阶段，多数斑岩铜矿带围绕准噶尔板块边缘，分布于板块、陆块边缘造山带中，以及伊犁陆块内部裂谷和觉罗塔格裂陷槽中，几乎均表现出铜（金）-钼矿化特征，并构成了与构造环境有关的斑岩铜钼矿-韧性剪切带型金矿-岩浆岩型铜镍矿成矿系统和与结晶基底建造有关的斑岩铜钼矿-矽卡岩型铜多金属矿-脉状多金属矿成矿系统。