Гидрологический контроль выпадения цветных металлов и зональность в порфирах.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3786 (2023) Цитировать эту статью

1007 доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье опубликована 8 мая 2023 г.

Эта статья обновлена

Рудные отложения в медно-порфировых системах обычно характеризуются металлической зональностью (от Cu-Mo до Zn-Pb-Ag), которая, как предполагается, в разной степени связана с уменьшением растворимости при охлаждении флюида, взаимодействии флюида с породой, расслоении во время разделения и перемешивания флюидных фаз. с внешними жидкостями. Здесь мы представляем новые достижения численной модели процесса, учитывая опубликованные ограничения на растворимость Cu, Pb и Zn в рудном флюиде, зависящую от температуры и солености. Мы количественно исследуем роль разделения пара и рассола, насыщения галитом, начального содержания металлов, смешивания флюидов и ремобилизации как средств контроля первого порядка физической гидрологии рудообразования. Результаты показывают, что фазы магматического пара и рассола поднимаются с разным временем пребывания, но представляют собой смешивающиеся флюидные смеси, с увеличением солености образуются объемные флюиды, недонасыщенные металлами. Скорости выхода магматических флюидов влияют на расположение термохалинных фронтов, что приводит к контрастным механизмам рудообразования: более высокие скорости приводят к насыщению галитом без значительной металлической зональности, более низкие скорости образуют зональные рудные оболочки за счет смешивания с метеорной водой. Различное содержание металлов может повлиять на порядок окончательной последовательности осаждения металлов. Повторное растворение осажденных металлов приводит к образованию зональных рудных оболочек в более периферийных местах, а также отделяет насыщение галитом от рудных отложений.

Медно-порфировые системы являются нашим основным источником поставок меди по всему миру и, кроме того, содержат большое количество других металлов экономического или субэкономического качества1. Рудоцентрированные магматико-гидротермальные системы обычно образуют структуру полиметаллической зональности, которая переходит вверх и наружу от проксимальных Cu-Mo к дистальным Zn-Pb-Ag, с различной латеральной протяженностью до 8 км1,2. Экспериментальные исследования и термодинамическое моделирование показывают, что охлаждение магматических флюидов, сопровождающееся взаимодействием флюида с породой, является контролем первого порядка в отношении осаждения металлов и структуры зонирования, возникающих в результате различной растворимости соответствующих металлов по путям флюидов3,4. Время и роль проникновения внешних флюидов в рудообразование обсуждаются, при этом некоторые исследования показывают, что смешивание флюидов может происходить уже во время первичной минерализации и/или что последующая циркуляция может вызвать перераспределение металлов5,6,7,8.

Такие металлы, как Cu, Pb и Zn, в порфировых системах преимущественно переносятся гидротермальными флюидами в виде хлоридных комплексов при повышенных температурах и довольно кислых условиях9,10. Данные о флюидных включениях позволяют предположить, что флюиды, выделяющиеся из гранитных и гранодиоритовых интрузий в верхней коре, дают объемную соленость от 5 до 15 мас.% NaClequiv11. В зависимости от солености флюида, температуры, давления и содержания металлов в исходной магме содержание металлов в первичном однофазном магматическом флюиде варьируется от 20 до 20 000 ppm Cu (в среднем 2660 ppm), от 10 до 4500 ppm Pb (в среднем 330 ppm). ), а также 20 и 6500 ppm Zn (600 ppm)12.

Этот первичный флюид, отделившийся от фазы магмы, при подъеме разделяется в результате декомпрессии на пар низкой солености и фазу гиперсоленой жидкости (рассола). Анализ флюидных включений и экспериментальные исследования показывают, что неблагородные металлы, такие как Cu, Pb и Zn, преимущественно переходят в фазу рассола13, при этом очевидное перераспределение Cu в паровую фазу теперь объясняется как артефакт из-за диффузии после захвата в паровые включения14,15. Однако соответствующая роль паровой фазы и фазы рассола в минерализации в медно-порфировых системах остается дискуссионной, поскольку соображения баланса массы предполагают, что фазовое разделение на глубине производит большее количество пара, чем рассол16,17, и некоторая часть восходящей паровой фазы может конденсироваться в жидкая фаза при всплытии и охлаждении18,19,20. Геофизические данные и численное моделирование также позволяют предположить, что линзы рассола формируются под действующими и спящими вулканами21, что послужило основанием для предположений о том, что эти богатые металлами гиперсоленые жидкости с содержанием меди до 7000 частей на миллион, хранящиеся на глубине, могут иметь экономический потенциал22. Однако остается неизвестным, являются ли такие скопления рассола долгоживущими или, скорее, временными, причем оба сценария являются допустимыми в различных условиях численного моделирования22,23.

400 °C and salinities > 40 wt% NaClequiv as they are not yet constrained by the data from Kouzmanov and Pokrovski12. For the time being, we use extrapolations to higher temperatures and salinities with this parameterization, which leads to higher solubilities in these ranges and is generally in line with other studies on Cu contents in hydrothermal fluids14. However, metal precipitation is expected to rather occur within the data range covered in Kouzmanov and Pokrovski12. Metals are completely dissolved in the fluid phases if \({c}_{t}\le {c}_{metal}(T,x)\) and metals are precipitated when \({c}_{t}>{c}_{eq}(T,x)\). The capacity to form sulfide minerals typical for porphyry systems (e.g., Cu: chalcopyrite, bornite, chalcocite; Pb: galena; Zn: sphalerite) would depend on sulfur availability and other chemical parameters such as pH and redox, which cannot be resolved here./p> 0.7) under near-lithostatic pressures, the fluids separate into a low-salinity, low-density vapor and a high-salinity, high-density brine phase. This region is characterized by elevated bulk salinities between 30 and 50 wt% NaCl (Fig. 2b, e), low Cu saturation (Fig. 3a, c), but relatively high Cu contents (Fig. 3b, d). Even though the Cu content increases due to preferential partitioning into the brine phases, the bulk Cu saturation is reduced because metal solubilities are not linearly correlated with salinity (Fig. 1). The spatial extent of the two-phase region is smaller in simulation 1 (Fig. 3a, b) than in simulation 2 (Fig. 3b, d)./p>

0.9 (dark red; Fig. 5d). In contrast, at initial fluid contents of 330 ppm, Pb has a rather moderate ratio because of the partial overlap with the Cu and Zn shells and is located proximal to the Cu zone (Fig. 5c). Initial Pb contents of 33 ppm result in low ratios located more distal to the Cu zone (Fig. 5d)./p> 0.5 kg/m3 of the total rock metal contents is displayed for simulation 4 (Fig. 7a) and 5 (Fig. 7b). Both simulations exhibit a zonation pattern from Cu to Pb to Zn. The highest total metal contents are found on and beneath the intersection of the Cu and Pb shells (Fig. 7a, b), while areas overlain by the related Zn shells yield lower values (Fig. 7a, b). The Pb and Zn ore shells are discontinuous and thickened at their outermost parts, whereas the corresponding Cu shell is continuous and rather stretched down to greater depths along the flanks (Fig. 7a). In contrast, the Zn ore shell of simulation 5 is discontinuous and peripheral precipitates are rather oriented to shallower depths, whereas the Cu and Pb shells are continuous and regularly formed (Fig. 7b)./p> 10% to the overall fluid budget (Fig. 3a). Our simulations indicate that meteoric water incursion is generally necessary as a cooling and diluting fluid component for the hydrothermal systems. Progressive fluid mixing along the porphyry-epithermal transition is in line with interpretations of modern stable isotope studies, but the modelled amount of meteoric water incursion required for base metal precipitation generally exceeds their estimates3. The modeled sequence of base metal precipitations (Cu–Pb–Zn) follows the parameterization of metal solubilities used for this study and is also detectable in natural ore bodies41, especially when considering the strong overlap of the Pb–Zn mineralized zones2,42,43. Other porphyry-related base metal deposits show a zonation from Cu to Zn to Pb, which is more common1,6,44 and could be reproduced if the initial fluid is Pb-poor./p>

Блог

Гидрологический контроль выпадения цветных металлов и зональность в порфирах.