Scientific Reports volume 13、記事番号: 3786 (2023) この記事を引用
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斑岩銅系における鉱石の沈殿は一般に金属ゾーニング（Cu-MoからZn-Pb-Ag）によって特徴付けられ、これは流体冷却中の溶解度の低下、流体と岩石の相互作用、流体相の分離および混合中の分配にさまざまに関連していることが示唆されています。外部の液体を使用します。 ここでは、鉱石流体中の Cu、Pb、Zn の温度と塩分に依存する溶解度に関する公表されている制約を考慮することにより、数値プロセス モデルの新たな進歩を紹介します。 鉱石形成における物理水文学の一次制御として、蒸気と塩水の分離、岩塩飽和、初期金属含有量、流体混合および再流動化の役割を定量的に調査します。 結果は、マグマ蒸気相と塩水相が異なる滞留時間で上昇するが、塩分が増加すると混和性流体混合物として上昇し、金属が不飽和のバルク流体を生成することを示している。 マグマ流体の放出速度は熱塩線フロントの位置に影響を及ぼし、鉱石の沈殿に対照的なメカニズムをもたらします。速度が高いと顕著な金属帯状化を伴わずに岩塩が飽和し、速度が低いと天水との混合により帯状の鉱石殻が生成されます。 金属含有量を変えると、最終的な金属沈殿シーケンスの順序に影響を与える可能性があります。 沈殿した金属が再溶解すると、より周縁部にゾーン状の鉱石シェルパターンが形成され、岩塩の飽和が鉱石の沈殿から切り離されます。
斑岩銅系は、Cu を世界的に供給するための当社の主要資源であり、さらに、経済的または準経済的グレードのさまざまな他の金属も含まれています1。 斑岩を中心としたマグマ熱水系での鉱石の沈殿は、一般に、基部の Cu-Mo から末端の Zn-Pb-Ag まで上方および外方に移行する卑金属のゾーン パターンを生成し、横方向の範囲は最大 8 km1,2 まで変化します。 実験研究と熱力学モデリングは、流体と岩石の相互作用を伴うマグマ流体の冷却が、流体経路に沿ったそれぞれの金属の異なる溶解度に起因する、金属の析出と帯状化パターンの一次制御であることを示しています。 鉱石形成における外部流体の侵入のタイミングと役割については議論があり、一部の研究では流体混合が一次鉱化中にすでに起こっている可能性があること、および/またはその後の循環が金属の再分布を引き起こす可能性があることを示しています5、6、7、8。
斑岩系中の Cu、Pb、Zn などの金属は、主に高温および酸性条件下で塩化物錯体として熱水流体によって輸送されます 9,10。 流体包有物のデータは、上部地殻の花崗岩から花崗閃緑岩の貫入から溶出する流体が、5 ～ 15 wt% NaClequiv のバルク塩分を生成することを示唆しています11。 流体の塩分、温度、圧力、親マグマの金属含有量に応じて、一次単相マグマ流体の金属含有量は、Cu 20 ～ 20,000 ppm (平均 2660 ppm)、Pb 10 ～ 4500 ppm (平均 330 ppm) の間で変化します。 ）、20 および 6500 ppm の Zn（600 ppm）12。
マグマから溶け出したこの一次流体は、減圧により上昇すると相分離して、低塩分濃度の蒸気と高塩分濃度の液体 (塩水) 相になります。 流体包有物の分析と実験研究は、Cu、Pb、Zn などの卑金属が優先的にブライン相に分配されることを示しており 13、蒸気相への明らかな Cu の分配は、現在では蒸気包有物への捕捉後の拡散によるアーチファクトとして説明されています 14,15。 しかし、斑岩 Cu 系における鉱化における蒸気相と塩水相のそれぞれの役割については依然として議論が続いている。なぜなら、質量バランスを考慮すると、深さでの相分離によって塩水よりも大量の蒸気が生成され 16,17 、上昇する蒸気相の一部が凝縮して水相になる可能性があることが示唆されているからである。上昇および冷却中の液相18、19、20。 地球物理学的証拠と数値モデリングはさらに、活火山と休火山の下で塩水レンズが形成されることを示唆しており 21、深層に貯蔵されている最大 7000 ppm の Cu 含有量を含む金属が豊富な超塩分流体には経済的な潜在力があるかもしれないという命題が生まれました 22。 しかし、そのような塩水の蓄積が長寿命なのか、それともむしろ一時的な特徴なのかは依然として不明であり、両方のシナリオは数値シミュレーションの異なる設定では許容されます22、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>
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