Frank Schultz & I Wayan Warmada
Institut für Mineralogie und Minerische Rohstoffe
Fachgebiet Lagerstättenforschung; Technische Universität Clausthal
Adolph-Roemer-Str. 2A; D-38678 Clausthal-Zellerfeld; Germany
Bei copper porphyries handelt es sich um disseminierte, Cu-Imprägnationslagerstätten, die an subvulkanische, intermediäre Plutonite (Quarzmonzonite, Granodiorite, Diorite, Tonalite) gebunden sind. Die Intrusivstöcke sind meist durch ein porphyrisches Gefüge charakterisiert (engl. "porphyry"). Assoziierte, meteorisch-hydrothermale Systeme sind durch konzentrische Alterationszonierungen gekennzeichnet (Lowell & Guilbert, 1970). Die an diese Systeme gebundene Sulfidvererzung (z.B. Chalkopyrit, Pyrit, Chalkosin, Bornit, Molybdänit) tritt disseminiert (feinstverteilt) auf engständigen Rissen und Brüchen, dem sogenannten stockwork auf. Neben Cu und Mo sind oft auch Au, Ag, Zn und Pb angereichert. Copper Porphyries bilden trotz relativ niedriger Gehalte (durchschnittl. 0,8 % Cu, 0,02 % Mo) die größten und wirtschaftlich bedeutendsten Kupferlagerstätten der Welt (Bsp. Bingham/USA, Chuquicamata/Chile, La Escondida/Chile, Collahuasi/Chile). Mehr als 50 % der derzeitigen Weltproduktion an Kupfer stammt aus diesem Lagerstättentyp. Die zur Zeit größte copper porphyry Lagerstätte der Welt ist La Escondida mit einer Reserve von 2118 Mt Cu-Erz bei einem Gehalt von 1,31 % Cu. Die Lagerstätten werden in der Regel in ausgedehnten Tagebauen (engl. open pits), seltener auch im Tiefbau abgebaut (engl. caving).
Copper porphyries sind typische Erscheinungen von magmatischen Bögen an konvergenten Plattenrändern (Subduktionszonen). Entsprechend sind sie heute vor allem im zirkumpazifischen Raum zu finden. Man unterscheidet nach ihrem tektonischen Auftreten zwei Typen von copper porphyry Lagerstätten. Der "Diorit-Typ" tritt bevorzugt an Inselbögen auf und ist durch eine Cu-Au-Mineralisation gekennzeichnet. Kontinentale Lagerstätten zeigen dagegen eine Cu-Mo Mineralisation, die auf stärkere Assimilation von kontinentaler Kruste zurückgeführt wird (Evans, 1992). Genetisch werden die kalk-alkalinen Magmen der copper porphyry Intrusionen auf die Fraktionierung partieller Schmelzen im Oberen Mantel zurückgeführt (I-Typ). Die Schmelzbildung wird dabei durch den Aufstieg volatiler Bestandteile von der subduzierten ozeanischen Platte in den darüberliegenden Mantelkeil (engl. mantle wedge) verursacht. Die Intrusion bis in Tiefen von 0,5 bis 2 km erfolgt in der Regel passiv durch Assimilation. Es handelt sich bei copper porphyries meist um relativ kleine, mehrphasige, subvulkanische Intrusivstöcke, die zur Tiefe hin mit einem großen Plutonit in Verbindung stehen (Sillitoe, 1973). Man geht davon aus, daß die porphyry Intrusionen an der Erdoberfläche wahrscheinlich von einem Stratovulkan (Sillitoe, 1973) oder von kleinen dazitischen Domen überlagert werden (Francis et al., 1983). Häufig werden die Intrusivkörper von hydrothermalen Kollapsbrekzien ("pebble dikes") begleitet, die ebenfalls eine Vererzung aufweisen können. Sie können sowohl innerhalb der Intrusivgesteine als auch im Nebengestein auftreten.
Die Entstehung von copper porphyry Lagerstätten beruht auf der Entmischung von wäßrigen Fluidphasen aus teilweise kristallisierten Magmen im obersten Krustenstockwerk (orthomagmatisches Modell). Durch fortschreitende randliche Kristallisation eines primär wasseruntersättigten, intermediären Magmas (3 % H2O) kommt es zu einer Anreicherung von volatilen Phasen im Restmagma. Bei Überschreitung des lithostatischen Auflastdruckes durch den internen Volatildruck kommt es zum sogenannten retrograden Sieden (second boiling) und zur Entmischung einer wässrigen Fluidphase. Die daraus resultierende Volumenzunahme führt zu einer Überschreitung der Zugfestigkeit des Gesteins und somit zu einer intensiven Bruchbrekziierung (stockwork) des umgebenden Gesteins. Im Restmagma kommt es durch schnelle Kristallisation zur Ausbildung des charakteristischen porphyrischen Gefüges. Metall- und volatilreiche Fluide initiieren ein Hydrothermalsystem mit Alteration und Mineralisation. Bei mehrphasigen Intrusionen ist eine episodische Wiederholung dieser Prozesse möglich. Die Chloridionen der entmischten wässrigen Phasen stellen einen idealen Transportmechanismus für Buntmetalle dar. Durch Reaktion mit Bisulfidionen kommt es dann zur Erzbildung durch Sulfidausfällung (Burnham, 1979). Durch die hohe Permeabilität in den weitreichend zerklüfteten Gesteinen kommt es zu einer großen Verbreitung der Erzminerale und somit zur Entstehung der enormen Ausmaße der Erzkörper.
In ihrer grundlegenden Arbeit zur hydrothermalen Alteration von copper porphyries beschreiben Lowell & Guilbert (1970) modellhaft die konzentrische Anordnung von Alterations- und Mineralisationszonen. Die hydrothermale Alteration ist nicht auf den Intrusivkörper beschränkt sondern tritt auch in bedeutendem Maße im Nebengestein auf. Lowell & Guilbert unterscheiden vier Alterationszonen, die in koaxialen Zonen im Bereich des Porphyrystocks auftreten und konzentrische, oft unvollständige Hüllen bilden. Die Alterationszonierung überlappt dabei mit der Mineralisationszonierung. Die Alterationszonen des Lowell-Guilbert-Modells sind folgende:
Während die Fluide, die für die Kalimetasomatose verantwortlich sind fast ausschließlich aus dem Magma stammen, wird für die Serizitisierung und Argillitiserung eine starke Beteiligung von meteorischen Wässern angenommen. Auf Grund der höheren Permeabilität verläuft die hydrothermale Alteration bevorzugt entlang der Bruchflächen des stockworks. Auf diesen Bruchflächen kommt es dabei oft zur Ausbildung von charakteristischen hydrothermalen Mineralparagenesen (hydrothermal veins), die nicht der Alterationszonierung des Nebengesteins entsprechen. So können beispielsweise "potassic veins" innerhalb einer Zone mit durchgreifender Serizitisierung auftreten.
Generell unterscheidet man bei copper porphyries eine hypogene (primäre) und eine supergene (sekundäre) Mineralisation.
Die hypogene Mineralisation tritt sowohl disseminiert als auch auf den stockworks-Flächen auf. Charakteristische Erzminerale der hypogenen Mineralisation sind: Pyrit (FeS2), Kupferkies (CuFeS2), Enargit (Cu3AsS4), Bornit (Cu5FeS4), Molybdänit (MoS2).
Nach dem Modell von Lowell & Guilbert (1970) kommt es teilweise zu einer Überlappung der Vererzungszonierung und der Alterationszonierung. Im erzarmen Kern des Hydrothermalsystems liegt die Mineralisation meist disseminiert vor. Die Hauptvererzungszone ("ore shell")tritt am Übergang von der potassic zur sericitic alteration auf (Lowell & Guilbert, 1970). Oft ist sie als steilwandiger Zylinder, tafel- oder haubenförmig ausgebildet. Die Hauptvererzungszone wird von einer wird von einer Pyrit-dominierten Vererzungszone (pyrite shell) umgeben. Sie tritt vor allem innerhalb der Serizitisierungszone auf.
Supergene Alteration hat häufig einen bedeutenden Anteil an der Gesamtmineralisation einer copper porphyry Lagerstätte (Bsp. Chuquicamata). Charakteristische Cu-Erzminerale der supergenen Mineralisation sind Chalkosin (Cu2S) und Covellin CuS. Supergene Mineralisation stellt eine Anreicherung von oben nach unten dar. Die hypogenen Erzminerale (Bsp. Chalkopyrit mit 30% Cu) werden an der Oberfläche (Oxidationszone) geleacht und in größerer Tiefe bei reduzierendem Milieu in Form von Erzmineralen mit höherem Cu-Gehalt abgeschieden (Bsp. Chalkosin 80% Cu). Eisenhaltige Minerale wie Pyrit werden oxidiert und in Limonit umgewandelt. Nach Sillitoe (1998) wirkt sich ein halbarides Klima besonders günstig auf eine supergene Anreicherung aus. Der Prozeß kann im Laufe großer Zeiträume zu reichen Erzkörpern führen.
Die copper porphyry Lagerstätten der Zentralen Anden sind an vier parallele Cu-Gürtel gebunden, die verschiedene metallogenetische Epochen repräsentieren (Sillitoe, 1988). Entsprechend der Verlagerung der magmatischen Bögen nimmt das Alter der Subgürtel von West nach Ost ab. Folgende Subgürtel werden unterschieden:
Durch die zahlreichen großen copper porphyry Lagerstätten ist Chile heutzutage der größte Cu-Produzent der Welt. Hinweis auf die Tabelle mit den Lagerstätten.
Die copper porphyry Lagerstätte Chuquicamata ist eine der größten und bekanntesten Kupferminen der Welt. Sie befindet sich nördlich von Calama, etwa 250 km NE von der chilenischen Küstenstadt Antofagasta. Die Tagesproduktion der Mine, die als open pit betrieben wird, liegt bei 160.000 t Erz bei einem Gehalt von durchschnittlich 1,08 % Cu. Die Vorräte dieser Lagerstätte werden auf 1 Gt mit durchschnittlich 0,88% Cu geschätzt (SEG Newsletter 10/98). Chuquicamata ist Teil einer etwa 14 km langen Vererzungszone auf der auch die copper porphyry Lagerstätten Radomiro Tomic, MM (Mensa Mina) sowie die exotischen Vererzungen der Mina Sur liegen.
Der Intrusivkörper von Chuquicamata setzt sich aus drei quarz-monzonitischen bis monzodioritischen Phasen zusammen. Die älteste Intrusivphase bildet der Porphyry Este, der im Norden vom Porphyry Oeste intrudiert wurde. Die jüngste magmatische Phase ist der Porphyry Banco der fleckenweise im Porphyry Este auftritt (siehe Abb. X). Chuquicamata zeigt beispielhaft einen stark strukturorientierte Charakter von Intrusion, Alteration und Mineralisation. Das ungefähre Alter (radiometrische Datierung) von Intrusion und Alteration liegt bei 36-31 Ma (Sillitoe, 1988).
Nach Westen wird der copper porphyry von Chuquicamata durch die Oeste-Störung begrenzt. Es handelt sich dabei um eine sinistrale Blattverschiebung die zum Domenyko Störungssystem zählt und seit dem frühen Eozän aktiv ist. An dieser Störung grenzt der Porphyry-Komplex an den sterilen Fortuna Granodiorit (39,5-35,9 Ma). Alteration und Mineralisation sind im Süden der Lagerstätte an Störungen gebunden die sich im Nordteil des Tagebaues auffiedern (Lindsay et al. 1995, Reutter et al. 1996). Im copper porphyry System von Chuquicamata tritt eine ungewöhnlich tief greifende supergene Anreicherungszone auf. Sie kann bis in eine Tiefe von 1000 m nachgewiesen werden. Charakteristische Minerale der supergenen Anreicherung sind Chalkosin, Covellin und Digenit.
Der Collahuasi Distrikt liegt etwa 180 km südöstlich von Iquique in der I. Region von Chile in einer Höhe von 3600 bis 4800 m. In diesem Lagerstättendistrict treten mindestens drei Weltklasse copper-(Mo)-porphyry Lagerstätten (Quebrada Blanca, Rosario, Ujina) mit assoziierten Cu-Ag-(As-Au) Gangsystemen sowie exotischen Cu-Mineralisation auf (Dick et al., 1994). Die copper porphyry Lagerstätten des Collahuasi Distrikts treten zusammen mit anderen bekannten copper porphyry Lagerstätten wie z. B. El Salvador im Obereozänen bis Unteroligozänen Cu-Subgürtel auf, der sich nach N hin bis nach Peru erstreckt. Die copper-(Mo) porphyry Lagerstätten besitzen eigene spezifische Hydrothermalsysteme, die durch Bereiche mit unalteriertem Nebengestein getrennt sind. Die Ressourcen dieses bisher kaum entwickelten Lagerstättenbezirks werden auf 3100 Mt Cu Erz mit einem Gehalt von 1,03% Cu. Dies ergibt einen zu erwartenden Metallgehalt von 25,49 Mt Cu. Damit wäre Collahuasi zur zeit die zweitgrößte Lagerstätte der Welt. Der Abbau der Cu-reichen Gangsysteme kann bis in die Inkazeit zurückverfolgt werden.
Die Cu Mineralisation ist teilweise in großem Maße an Cu-haltige störungsbedingte Gangsysteme Gebunden (Bsp. Rosario). Die wichtigsten gangartigen Cu-Ag-(As, Au) Mineralisationen bilden das Rosario, Poderosa und La Grande System. Daneben tritt die für copper porphyries normale disseminierte Vererzung auf. Die wichtigsten strukturellen Einheiten bilden die NW-SE streichende Rosario und Jack-Störung. Besonders die Rosario hatte großen Einfluß auf die strukturelle Ausrichtung des Rosario Hydrothermalsystems sowie der hypogenen und supergenen Mineralisation. Die disseminierte Mineralisation tritt vor allem in den dazitischen Porphyries Inés und Collahuasi sowie im jüngeren Rosario Porphyry auf.
| Deposits | Resources (Mt) | Grade (%) | Fine Metal (Mt) |
| Cerro Colorado | 221 | 1,03 | 2,28 |
| Quebrada Blanca | 836 | 0,95 | 7,94 |
| Collahuasi | 3.108 | 0,82 | 25,49 |
| Radomiro Tomic1 | 1.363 | 0,59 | 8,05 |
| Chuquicamata2 | 1.306 | 1,6 | 20,9 |
| Mansa Mina | 325 | 0,96 | 3,12 |
| Antucoya | 300 | 0,45 | 1,35 |
| Spence | 400 | 1,00 | 4 |
| Santa Catalina | 109 | 0,70 | 0,76 |
| Tesoro-Leonor | 228 | 0,76 | 1,73 |
| Lomas Bayas | 479 | 0,35 | 1,68 |
| Fortuna del Cobre | 322 | 0,37 | 1,19 |
| Chimborazo | 236 | 0,6 | 1,42 |
| Zaldivar | 1.000 | 0,57 | 5,7 |
| Escondida Norte | 1.472 | 0,88 | 12,95 |
| Escondida | 2.118 | 1,31 | 27,75 |
| Damiana | 300 | 0,3 | 0,9 |
| Manto Verde | 93 | 0,82 | 0,76 |
| Candelaria | 366 | 1,29(3) | 4,72 |
| Relincho | 150 | 0,7 | 1,05 |
| Los Pelambres | 3.000 | 0,65 | 19,5 |
| Sur-Sur | 100 | 1 | 1 |
| Source: Cabello (2000); 1Cuadra and Camus (1998); 2Long (1995). 3Plus 0.26 g/t Au and 0.45 g/t Ag. |
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The command line arguments were:
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The translation was initiated by I Wayan Warmada on 2000-08-31