Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3786(2023) 이 기사 인용
1007 액세스
2 인용
측정항목 세부정보
이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 5월 8일에 게시되었습니다.
이 기사가 업데이트되었습니다.
반암 구리 시스템의 광석 침전은 일반적으로 금속 구역화(Cu-Mo에서 Zn-Pb-Ag)를 특징으로 하며, 이는 유체 냉각 중 용해도 감소, 유체-암석 상호 작용, 유체 상 분리 및 혼합 중 분할과 가변적으로 관련되어 있는 것으로 제안됩니다. 외부 유체로. 여기에서는 광석 유체에서 Cu, Pb 및 Zn의 온도 및 염분 의존 용해도에 대한 공개된 제약 조건을 고려하여 수치 공정 모델의 새로운 발전을 제시합니다. 우리는 광석 형성에 대한 물리적 수문학의 1차 제어로서 증기-염수 분리, 암염 포화, 초기 금속 함량, 유체 혼합 및 재이동의 역할을 정량적으로 조사합니다. 결과는 마그마 증기와 염수 상이 서로 다른 체류 시간에 따라 상승하지만 혼화성 유체 혼합물로서 염분도가 증가하여 금속 불포화 벌크 유체를 생성한다는 것을 보여줍니다. 마그마 유체의 방출 속도는 열염전선의 위치에 영향을 미쳐 광석 침전에 대한 메커니즘을 대조적으로 만듭니다. 속도가 높을수록 상당한 금속 구역화 없이 암염 포화가 발생하고, 속도가 낮을수록 유성수와의 혼합으로 인해 구역화된 광석 껍질이 생성됩니다. 다양한 금속 함량은 최종 금속 침전 순서에 영향을 줄 수 있습니다. 침전된 금속의 재용해는 보다 주변 위치에 구역화된 광석 쉘 패턴을 초래하고 또한 광석 침전에서 암염 포화도를 분리합니다.
반암 구리 시스템은 전 세계 Cu 공급을 위한 당사의 주요 자원이며, 추가로 경제 또는 하위 경제 등급1의 다양한 기타 금속을 포함합니다. 반암 중심의 마그마-열수 시스템의 광석 침전은 일반적으로 근위 Cu-Mo에서 원위 Zn-Pb-Ag로 위쪽 및 바깥쪽으로 전환되는 비금속 구역 패턴을 생성하며 측면 범위는 최대 8km1,2입니다. 실험 연구 및 열역학적 모델링에 따르면 유체-암석 상호 작용을 동반하는 마그마 유체의 냉각은 유체 경로를 따라 각 금속의 서로 다른 용해도로 인해 발생하는 금속 침전 및 구역화 패턴에 대한 1차 제어입니다. 광석 형성을 위한 외부 유체 유입의 시기와 역할에 대해서는 논의가 이루어지고 있으며, 일부 연구에서는 유체 혼합이 1차 광물화 과정에서 이미 발생할 수 있거나 이후 순환이 금속 재분배를 일으킬 수 있다는 점을 지적하고 있습니다5,6,7,8.
반암 시스템의 Cu, Pb 및 Zn과 같은 금속은 주로 고온 및 산성 조건에서 염화물 복합체로서 열수 유체에 의해 운반됩니다9,10. 유체 포함 데이터에 따르면 상부 지각의 화강암에서 화강암질 침입으로 용출되는 유체는 5~15wt% NaClequiv11의 대량 염도를 생성합니다. 유체 염도, 온도, 압력 및 모 마그마의 금속 함량에 따라 1차 단상 마그마 유체의 금속 함량은 20~20,000ppm Cu(평균 2660ppm), 10~4500ppm Pb(평균 330ppm) 사이로 다양합니다. ), 20 및 6500ppm Zn(600ppm)12도 포함됩니다.
마그마에서 용출된 이 1차 유체는 상승 시 감압으로 인해 저염분 증기와 고염분 액체(염수) 상으로 분리됩니다. 유체 포함 분석 및 실험적 연구에 따르면 Cu, Pb 및 Zn과 같은 기본 금속은 우선적으로 염수 단계로 분할되며, 명백한 Cu가 증기 단계로 분할되는 것은 이제 증기 포함으로의 포집 후 확산으로 인해 인공물로 설명됩니다. 그러나 반암 Cu 시스템의 광물화를 위한 증기 및 염수 단계의 각각의 역할은 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 질량 균형 고려 사항에 따르면 깊이에서의 상 분리는 염수보다 더 많은 양의 증기를 생성하고 상승하는 증기 단계 중 일부는 상승 및 냉각 중 액체 단계. 지구물리학적 증거와 수치 모델링은 염수 렌즈가 활화산과 휴화산 아래에 형성됨을 시사하며21 깊이에 저장된 최대 7000ppm의 Cu 함량을 가진 금속이 풍부한 고염분 유체가 경제적 잠재력을 가질 수 있다는 제안에 영감을 주었습니다22. 그러나 이러한 염수 축적이 장기간 지속되는지 아니면 일시적인 특징인지는 아직 알려지지 않았으며 두 시나리오 모두 수치 시뮬레이션의 서로 다른 설정에서 허용됩니다22,23.
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>
한국어
English
Français
Deutsch
Español
Italiano
Português
日本語
Русский