Bilim adamları oksijen kaçağı ile porfir bakır mineralizasyonu arasındaki ilişkiyi keşfetti
Yüksek oksijen kaçağı, porfir bakır yataklarının evrensel bir özelliğidir.Ancak, porfir bakır yatakları oksitlendiğinde, yüksek oksijen kaçağı nasıl elde edilir ve neden oksijen kaçağı hakkında çözülemeyen bazı sorular vardır. Oksijen kaçağı yüksek olan çok sayıda ada yayı kayası porfir birikintileri oluşturamaz mı? Porfir bakır-altın yataklarının oluşması için neden okyanus kabuğunun yüksek oksijen kaçağı ile kısmen erimesi en iyi koşuldur?
Dexing porfir bakır yatağı Orta Jura döneminde (~ 170 milyon yıl önce) oluşmuş ve Jiangnan antik topraklarının doğu kesiminde yer almaktadır ve Güney Çin'deki en büyük porfir bakır yatağıdır. Yatağın yüksek oksijen kaçağı özelliklerine sahip olmasına rağmen, önceki çalışmalar, Dexing porfir bakır yatağının yüksek oksijen kaçağının Jura dönemindeki eski Pasifik plakasının batmasından ziyade Neoproterozoik'in batmasından miras kaldığına inanmaktadır. Bakır, Neoproterozoik ile ilişkili kalınlaşmış alt kabuktan gelir. Guangzhou Jeokimya Enstitüsü'nden araştırmacılar, Çin Bilimler Akademisi, U-Pb yaşını elde etmek ve zirkona karşılık gelen oksijen fugasitesini hesaplamak için Dexing porfirindeki magmatik zirkonları ve kalıtsal zirkonların eser elementlerini analiz etmek için LA-ICPMS kullandı ( Şekil 1). Araştırma sonuçları, Neoproterozoik zirkon oluşumuna karşılık gelen magmanın yüksek olmadığını (FMQ-2.4 ila FMQ + 0.7), aksine Jura magmatik zirkonun daha yüksek oksijen fugasitesine (hasFMQ + 0.7) sahip olduğunu göstermektedir. FMQ + 1.9'a). Bu nedenle, Dexing porfir bakır yatağının yüksek oksijen kaçaklığı neoproterozoik alt kabuktan miras alınmaz. Yüksek oksijen kaçaklığının, Jurassic Paleo-Pacific Plate'in batmasından etkilenmesi daha olasıdır.
Metalojenik porfiriler genellikle yüksek Sr / Y ve La / Yb oranlarına sahiptir ve aynı zamanda adakitik özellikler olarak da adlandırılır. Hem yitim levhası erimesi hem de kalınlaşmış alt kabuğun kısmi erimesi, porfir bakır yatakları için önemli genetik mekanizmalar olarak kabul edilir. Bu çalışma, başlangıç bileşenleri olarak alt kabuk ve yiten okyanus kabuğunu simüle etmek ve hesaplamak için ayrı kısmi eritme kullanır ve eriyikteki Sr / Y, La / Yb ve bakır içeriğinin kısmi erime derecesi ile değişimini kullanır. Simülasyon, okyanus kabuğunun% 5-% 30'unun kısmi erimesinin, adakite'in Sr / Y ve La / Yb özelliklerini oluşturabildiğini, alt kabuğun ise > % 40'ı kısmen erimiştir (Şekil 3).
Eriyik eriyiğin bir kısmının bakır içeriği, oksijen kaçağı, kaynak S ve bakır içeriğinin kombinasyonundan etkilenir. Eriyik eriyiğin bir kısmı yüksek oksijen kaçaklığındadır ( > FMQ + 1.5) daha yüksek bakır içeriğine sahiptir. Okyanus kabuğunun kısmen erimesi ile oluşan adakitik kayanın bakır içeriği 390 ppm'e kadar ulaşabilir; kalınlaşmış alt kabuğun kısmi erimesi ile oluşan adakitik kayaç Sr / Y ve La / Yb özelliklerine sahip olduğunda karşılık gelen erimiş bakır içeriği düşüktür. 75 ppm'de (Şekil 4). Aynı zamanda, Lee CT ve arkadaşları (2012) tarafından simüle edilen manto kamasının kısmi erimesi sonuçlarını karşılaştırarak, oluşan ark magmasındaki bakır içeriği (% 20-30 kısmi erime) < 150 ppm. Çok miktarda sülfit yığın kristaline sahip kaynak bölgenin, yüksek oksijen kaçağı ortamında kısmen eritilse bile bakırdan zengin magma oluşturamayacağına dikkat etmek önemlidir (ayrıntılar için bkz. Sun ve diğerleri (2016) Açta Geochimica). Porfir bakır yataklarına karşılık gelen ilk sıvı kapanımlarında sıvı ile eriyik (100-400'de konsantre) ve bakır içeriği (ağırlıkça% 3000 ppm -% 10) arasındaki bakır dağılım katsayısı kullanılarak, magma kaynağı alanındaki bakır tahmin edilir. Porfir bakır cevheri oluşturmak için içeriğin en az 160 ppm'ye ihtiyacı vardır. Bu nedenle yüksek oksijen kaçağı ( > FMQ + 1.5) ortamı altında, yiten okyanus kabuğunun kısmen erimesi, porfir bakır yataklarının oluşumu için en olası mekanizmadır. Yüksek oksijen kaçağı, porfir bakır yataklarının ortak bir özelliği olmasına rağmen, küresel porfir bakır yataklarının zirkon oksijen kaçağı, karşılık gelen bakır rezervleriyle belirgin bir korelasyona sahip değildir (Şekil 2). Bu, mineralizasyonun temel göstergesi olarak oksijen kaçaklığını (~ FMQ +1.5) desteklemekle kalmaz, aynı zamanda oksijen kaçağına ek olarak, bakır rezervlerini kontrol eden kaynak alandaki ve hidrotermal plakaların oranı gibi başka faktörlerin de bulunduğunu gösterir. Zenginleştirmenin etkinliği, kabuktaki tortunun korunması ve açığa çıkarılması vb.
Araştırma sonuçları yakın zamanda Geochimica et Cosmochimica Acta'da çevrimiçi olarak yayınlandı.İlk yazar, Guangzhou Jeokimya Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi Mineraloji ve Mineralleştirme Temel Laboratuvarı'nda doktora öğrencisi olan Zhang Yunchan ve danışmanı araştırmacı Sun Weidong'dur. Araştırma sonuçları, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı "Derin Yer Kaynakları Arama ve Madencilik" anahtar özel projesi (2016YFC0600408), Çin Bilimler Akademisi Stratejik Öncü Bilim ve Teknoloji Projesi (XDB18020000) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (91328204, 41421062) tarafından finanse edildi.
Şekil 1 (A) Dexing porfir bakır yatak yapısı arka plan jeolojik haritası, koyu mavi noktalar, kalıtsal zirkon oksijen kaçaklığını hesaplamak için kullanılan Neoproterozoyik kayaların dağılımını temsil eder. (B, C) Dexing porfir bakır yatağının jeolojik haritası.
Şekil 2 Porfir bakır yatağı ve oksijen kaçağı. Sağdaki şekil Dexing zirkonunu ve buna karşılık gelen oksijen kaçağı tahminini göstermektedir. Neoproterozoik zirkonun oksijen kaçağı, mineralizasyon periyodu sırasında magmatik zirkonunkinden daha düşüktür. Soldaki resim küresel porfir bakır yataklarının aynı yöntemle tahmin edilen zirkon oksijen fugasite değerini göstermektedir Parantez içindeki değerler yatağın karşılık gelen bakır rezervlerini (Mt cinsinden) temsil etmektedir. Bunların arasında, Yangtze Nehri'nin orta ve alt kesimlerindeki Shaxi porfir bakır yatağıyla aynı dönemde cevher içermeyen kaya kütlesi, porfir bakır yatağına göre daha düşük oksijen kaçağına sahiptir.
Şekil 3 Ayrılmış kısmi erime modeli altında, yiten okyanus kabuğu (A, B) ve alt kabuk (C, D) içindeki kısmi ergime erimelerinin Sr / Y ve La / Yb oranlarının tahmini.
Şekil 4 Farklı oksijen kaçağı koşulları altında, yiten okyanus kabuğu ve alt kabuk kısmen eritilir ve buna karşılık gelen eriyik bakır içeriği. Sarı kesik çizgi, kısmen erimiş bir eriyik oluşturmak ve sonunda bir porfir bakır yatağı oluşturmak için gereken minimum bakır içeriğini (160 ppm) temsil eder; sarı gölge, cevher oluşturan porfirin kaynak alanındaki eriyiğin bakır içeriği aralığına karşılık gelir. Pembe ve mavi tonlar, okyanus kabuğunun ve kalınlaşmış alt kabuğun kısmen erimesi ile oluşan cevher oluşturan porfirin Sr / Y ve La / Yb özelliklerine karşılık gelen bakır içeriği aralıklarını temsil eder (Şekil 3). Düz yeşil çizgi, Lee CT ve diğerleri (2012) tarafından farklı oksijen kaçaklığının simüle edilmiş koşulları altında manto kamasının kısmi erimiş erimesine karşılık gelen bakır içeriğidir. Yeşil gölge, ark magmaya karşılık gelen bakır içeriği aralığını temsil eder.
