Data collection and filtering

Metal endowments, Kalliogeokemia (Sr/Y-arvot, magman affiniteetti emäksisyyden suhteen) ja geokronologiset tiedot 118 porfyyrisestä Cu-Au-esiintymästä (Supplementary Data 1) on kerätty aiemmista tutkimuksista ja verkkoaineistoista (USGS Porphyry Copper deposits of the world at http://mrdata.usgs.gov/porcu/; http://www.portergeo.com.au/database/). Kuhunkin porfyyriesiintymään liittyvien magmaattisten kivien käytettävissä olevat Sr/Y-arvot keskiarvoistettiin ja niihin liittyvät 1 keskihajonta-arvot laskettiin (Supplementary Data 1).

Esiintymiin liittyvien magmaattisten kivien magmaattinen affiniteetti emäksisyytenä ilmaistuna johdettiin pääosin aiemmasta tutkimuksesta7 , ja se pantiin täytäntöön porfyyriesiintymiä koskevista lisätutkimuksista saaduilla tiedoilla, joita ei raportoitu ref. 7 (täydentävät tiedot 1). Jälkimmäisessä tapauksessa magmaattista affiniteettia arvioitiin käyttämällä K2O-rikastumista K2O:n ja SiO2:n välisessä kuvaajassa16 , jonka avulla kivet voidaan erotella kalsium-alkalisiin, korkean K-pitoisuuden omaaviin kalsium-alkalisiin ja emäksisiin (shoshoniittisiin) kiviin. Jos geokemiallisia analyysejä ei ollut saatavilla, erottelu tehtiin käyttämällä siihen liittyvien porfyriittisten kivien nimikkeistöä (ks. tarkemmat tiedot menetelmistä).

Tässä raportoidut Cu- ja Au-varannot (lisätiedot 1) ovat epäilemättä epävarmoja, kuten eri lähteistä samalle esiintymälle raportoidut erilaiset arvot (lisätiedot 1) ja varantojen ja resurssien tarkentuminen ajan myötä osoittavat. Kaikkien maailman porfyyrien metallipitoisuuksien yleinen vaihteluväli ulottuu kuitenkin useisiin suuruusluokkiin, mikä on paljon suurempi kuin yksittäisen esiintymän metallipitoisuuksien mahdolliset epävarmuustekijät.

Toinen seikka, jota on syytä korostaa, on se, että Grasbergin kaltaisille monivaiheisille esiintymille on ominaista yksittäiset malmikappaleet, jotka ovat muodostuneet eri aikoina ja joilla voi olla vaihteleva Cu/Au-suhde. Grasbergissa Dalam-kivien sisällä ja Ertsberg-kappaleessa esiintyvällä mineralisaatiolla on hieman korkeampi Cu/Au-suhde (~2,0; jossa Cu on painoprosentteina ja Au on g t-1) kuin kaikilla muilla malmikappaleilla (0,75-1,40) ja kuin Grasberg-Ertsbergin koko alueella (~1,0)14 . Syynä näihin paikallisiin eroihin ovat myöhempien malmivaiheiden päällekkäisyys ja malminmuodostuksen erilaiset syvyydet14 (sekä Dalamin kivien että Ertsbergin malmien korkeampiin Cu/Au-pitoisuuksiin liittyy korkeampi molybdeenipitoisuus malmikappaleiden syvemmissä osissa). Seuraavassa olen tarkastellut Grasberg-Ertsbergin alueen suurimman osan Au- ja Cu-pitoisuuksia, jotka kuvastavat suurimman osan (>90 % tonnimäärästä)14 alueen malmikappaleiden Au/Cu-suhteita.

Käytetyt porfyyriesiintymiä koskevat geokronologiset tiedot (lisätiedot 1 ja lisähuomautus 1) saatiin uusimmilla tekniikoilla17 (porfyyri-intruusioiden zirkonien U-Pb-datointi CA-ID-TIMS:llä, SHRIMP:llä ja LA-ICPMS:llä, molybdeniittien Re-Os-ikämäärät N-TIMS:llä, hydrotermisien mineraalien 40Ar/39Ar-datointi: Täydentävä huomautus 1) viimeisten 20 vuoden aikana ja suurin osa niistä (15 tutkimusta 22:sta) viimeisten 10 vuoden aikana. Tietoja käytettiin yhdessä näiden tutkimusten tekijöiden antamien tulkintojen kanssa malmin mineralisaatioprosessin kokonaiskeston laskemiseen eli ajallisen jakson laskemiseen, joka kattaa mahdollisimman suurelta osin mineralisaatioprosessin pääosan tietyssä esiintymässä (täydentävät tiedot 1 ja täydentävä huomautus 1). Tämä perustui joko ajallisiin sulkuihin, joissa käytettiin malmia edeltävää ja syn- ja postmalmiaikaista porfyyristä U-Pb-zirkonidataa, tai useista malmivaiheista peräisin olevan molybdeniitin Re-Os-datointiin, jota rajoitettiin koostumuksellisesti ja joka toteutettiin lopulta malmiin liittyvien muutosmineraalien 40Ar/39Ar-datoituksella (ks. täydentävässä huomautuksessa 1 yksityiskohtainen kuvaus siitä, miten mineralisaatioprosessin kokonaiskesto saatiin kullekin esiintymälle määritettyä). Tämä pätee erityisesti suurimpiin yhdistettyihin porfyyrijärjestelmiin, kuten muun muassa Chuquicamataan, Rio Blancoon ja Grasbergiin. Koska näytteenotto on väistämättä liian pieni, näin määritetyt aikavälien pituudet ovat ensimmäisen asteen likiarvoja mineralisoitumistapahtumien todellisista kestoista kussakin porfyyrisessä esiintymässä. On kuitenkin merkittävää, että malmiprosessien kestolle on saatu samankaltaisia arvoja eri tutkimuksissa, kun ne ovat saatavilla samasta esiintymästä (esim, El Teniente, Grasberg ja Chuquicamata; lisätiedot 1).

Petrologinen mallinnus

Petrologisten prosessien Monte-Carlo-mallinnusta (Menetelmät ja taulukko 1) on sovellettu, jotta saataisiin tietoa metallogeneettisistä prosesseista, jotka voivat selittää porfyyriesiintymien Cu- ja Au-arvot ja niiden muodostumisajat (ks. edellä). Olen käyttänyt ref. 2:ssa esitettyä massatasapainoa ja petrologista lähestymistapaa arvioidakseni magman tilavuuksia ja näistä magmoista ekssolvoituvan nesteen, Cu:n ja Au:n määriä sekä niiden SiO2-pitoisuuksia (ks. tarkemmin menetelmät, täydentävät kuvat 1-5 ja täydentävä taulukko 1). Magman massat ja tilavuudet määritetään parametrisoimalla termodynaamiset olosuhteet, jotka on esitetty ref. 18 kuumien kuorivyöhykkeiden sulanmuodostuksen osalta. Mallissa basalttisulaa ruiskutetaan kuoreen vaihtelevissa syvyyksissä kiinteällä tyypillisellä pitkäaikaisella keskimääräisellä 5 mm:n vuosivauhdilla-1 (viite 18) ajanjaksolla, joka vaihtelee välillä 0-5 Ma. Riippuen syvyydestä, jossa injektointi tapahtuu, injektoidun basaltin fraktioitumisesta peräisin oleva jäännössula alkaa kertyä tietyn inkubaatioajan jälkeen (täydentävä kuva 1). Inkubaatioajan riippuvuus injektion syvyydestä selittyy sillä, että isäntäkiven lämpötila kasvaa syvyyden myötä geotermisen gradientin mukaisesti (mallissa 20 °C km-118). Näin ollen syvemmällä (eli kuumemmissa isäntäkiven lämpötiloissa) inkubaatioajat alkuvaiheen jäännössulan muodostumiselle ovat lyhyempiä. Samaan aikaan basalttisulan jatkuva injektointi johtaa myös isäntäkivien lämpötilan nousuun, joka tietyn, jäännössulan muodostumisajasta poikkeavan inkubaatioajan jälkeen saattaa saavuttaa näiden kivien soliduksen, mikä johtaa niiden osittaiseen sulamiseen (kuoren osittainen sulaminen: täydentävä kuva 1). Kaiken tämän prosessin tuloksena syntyvä sula on yhdistetty hybridisula, joka on peräisin jäännös- ja kuorisulan summasta milloin tahansa injektion alkamisen jälkeen ja missä tahansa syvyydessä basaltti-injektio tapahtuu (täydentävä kuva 1). Ajan myötä tiettyyn syvyyteen kertyneen sulan määrä kasvaa, kuten täydentävästä kuvasta 1 käy ilmi. Sulan tuottavuus syvemmillä maankuoren tasoilla on suurempi kuin matalammilla maankuoren tasoilla (Supplementary Fig. 1).

Tällaisiin hybridi- eli hybridisulajuoksuihin kertyneen liuenneen H2O:n määrä eri kuoren syvyyksillä ja erilaisten kertyneisyyden aikojen jälkeen (ts, aika injektioprosessin alkamisesta) voidaan määrittää ottaen huomioon primitiivisen basalttisulan ja kuoren kivien H2O-alkupitoisuudet (taulukko 1) sekä H2O:n liukoisuuden riippuvuus silikaattisulojen paineesta ja sulan koostumuksesta19 (täydentävät kuvat 2-4). Lopuksi määritetään Cu:n ja Au:n määrät liukenevassa H2O:ssa käyttämällä näille metalleille sopivia jakaantumiskertoimia nesteen ja silikaattisulan välillä sekä sopivia Cu:n ja Au:n pitoisuuksia sulissa (taulukko 1 ja täydentävät kuvat 2 ja 3). 5).

Metallipitoisuudet ja Cu-Au-porfyyriesiintymien aikaskaalat

Au- vs. Cu-pitoisuuksien kuvaaja osoittaa, että porfyyriset Cu-Au-esiintymät määrittelevät joko Cu-rikkaan (Au/Cu ~4 × 10-6) tai Au-rikkaan (Au/Cu ~80 × 10-6) trendin (kuva 1a). Au-pitoinen suuntaus on pääasiassa seitsemän suurimman kultaesiintymän hallitsema (jotka sisältävät lähes 60 prosenttia porfyyristen Cu-Au-esiintymien kullasta20). Nämä seitsemän esiintymää (Kadjaran, Cadia, Kalmakyr, Oyu Tolgoi, Bingham, Grasberg ja Pebble) liittyvät kaikki korkean K-pitoisuuden omaaviin kalkkialkalisiin tai emäksisiin kiviin. Runsaasti Au:ta sisältävän suuntauksen varrella on myös kaikkia muita pienempiä esiintymiä, jotka liittyvät vaihtelevasti emäksisiin magmoihin, ja useita esiintymiä, jotka liittyvät normaaleihin kalkkialkalisiin magmoihin (esim. Far Southeast-Lepanto, Reko Diq, Panguna, Cerro Casale, Batu Hijau, mainitakseni joitakin suurimmista esiintymistä). Sitä vastoin kaikki Cu-rikkaan suuntauksen esiintymät liittyvät ainoastaan normaaleihin kalsium-alkalisiin kiviin.

Kaksi erilaista kehityssuuntaa on havaittavissa myös kuvaajassa, joka esittää Au-varannot vs. Au-varannot. porfyyristen Cu-Au-esiintymien malminmuodostusprosessin kestoista (kuva 1b): Cu-rikkaan esiintymän trendissä Au saostuu keskimäärin paljon hitaammin (~100 tonnia Au/Ma) kuin Au-rikkaan esiintymän trendissä (~4500 tonnia Au/Ma). Au-rikasta suuntausta hallitsevat kolme suurta Au-rikasta porfyyriesiintymää (joista on saatavilla luotettavia geokronologisia tietoja), jotka kaikki liittyvät korkean K-pitoisuuden omaaviin kalkkialkalisiin tai emäksisiin kivilajeihin (Grasberg, Bingham, Pebble), sekä kolme Au-rikasta esiintymää, jotka liittyvät kalkkialkalisiin kivilajeihin (Reko Diq, Far Southeast-Lepanto ja Batu Hijau). Kaikki pienemmän kokoiset Au-rikkaat porfyyrit, jotka liittyvät vaihtelevan emäksisiin kiviin, ja useat niistä, jotka liittyvät normaaleihin kalkkialkalisiin kiviin, sijoittuvat Au-rikkaaseen suuntaukseen. Cu-rikkaan suuntauksen määrittelevät taas esiintymät, jotka liittyvät ainoastaan tyypillisiin kalkkialkalisiin kivilajeihin. Au-rikkaisiin porfyyriesiintymiin liittyville magmaattisille kiville on ominaista alhaisemmat Sr/Y-arvot (~50 suurimmissa porfyyri-Au-esiintymissä)21 verrattuna Cu-rikkaisiin porfyyriesiintymiin liittyviin kiviin (100 ± 50)2 (kuva 1c ja täydentävät tiedot 1).

Mahdolliset syyt erilaiseen Cu- ja Au-varustukseen

Chiaradia ja Caricchi2 ehdottivat, että Andien tyyppisten Cu-rikkaiden porfyyriesiintymien Cu-varustusta säätelevät kaksi pääparametria: maankuoren keski- ja matalammilla syvyyksillä syntyvän magman volyymi, joka määrittää toimitettavan Cu-varustuksen maksimimäärän, ja kokonaisaikaväli, jonka aikana magma nestemäisine kupari- ja kuparilatauksineen siirretään matalammille kerroksille, missä tapahtuu nestemäisen aineen ekssoluutio ja jossa Cu-varusteiden saostumista. Kuten edellä todettiin, suotuisimmat olosuhteet riittävän suurten magma- ja nestemäärien muodostumiselle vallitsevat maankuoren keski- ja alajuoksulla, jossa mallinnetut magmat tuottavat Sr/Y-arvoja (50-150), jotka ovat samaa luokkaa kuin suurimpiin porfyyrisiin Cu-esiintymiin liittyvien magmojen arvot2. Laaja lineaarinen korrelaatio Cu-pitoisuuksien ja malmiesiintymien muodostumisen keston välillä2 (kuva 1d) viittaa siihen, että magman, fluidin ja kuparin siirtyminen matalampiin kerroksiin tapahtuu keskimäärin samalla nopeudella kaikissa Cu-rikkaissa esiintymissä ja että sen kesto on tärkein parametri, joka ohjaa näiden esiintymien Cu-pitoisuuksia. Samanlaiseen johtopäätökseen on päädytty myös ref. 22:ssa. Cu-pitoisuuden ja malmiesiintymän muodostumisen keston välisessä kuvaajassa (kuva 1d) Au-rikkaat esiintymät sijoittuvat saman regressiotrendin alapäähän kuin Cu-rikkaat esiintymät, mikä viittaa siihen, että Cu-pitoisuutta ja Cu:n saostumistehokkuutta kontrolloivat tekijät ovat samankaltaisia sekä Cu- että Au-rikkaissa esiintymätyypeissä.

Kahden erillisen lineaarisen trendin esiintyminen Au-Cu-tonnimäärän ja Au-tonnimäärän ja reiän keston kuvaajissa (kuvat 1a, b) sen sijaan viittaa siihen, että kullan saantia ohjaavat erilaiset prosessit Cu-rikkaissa ja Au-rikkaissa esiintymissä. Seitsemän suurimman Au-rikkaan porfyyriesiintymän liittyminen lievästi emäksisiin tai emäksisiin kivilajeihin (kuva 1a) voisi viitata jonkinlaiseen petrogeneettiseen kontrolliin, jota ei tunneta selvästi8,23,24. Toisaalta Au-rikkaat porfyyriesiintymät, joissa on vaihtelevan suuria kultapitoisuuksia, liittyvät myös normaaleihin kalkki-alkalisiin magmakiviin (kuva 1a). Tämä viittaa siihen, että magmakemia ei voi olla ainoa Au-rikkaan porfyyrisuuntauksen muodostumiseen vaikuttava tekijä. Tarkastelen tässä kolmea tärkeintä mekanismia, jotka voivat olla vastuussa Au-rikkaiden porfyyriesiintymien muodostumisesta ja siitä, että ne liittyvät mieluiten, mutta eivät yksinomaan, vaihtelevan emäksisiin magmoihin: (i) korkeammat Au-pitoisuudet emäksisissä magmoissa25 (ja kalsiumemäksisissä magmoissa, jotka liittyvät Au-rikkaisiin porfyyrikiviin), (ii) erilaiset Au:n nesteen ja sulan välisen jakaantumiskertoimen (KD) arvot nesteen ja sulan välillä ja (iii) erilainen saostustehokkuus.

Saostustehokkuuden kontrollointi Au-varantojen osalta

Monte Carlo -simuloinnit osoittavat, että olettaen yleisesti käytetyn 50 %:n saostustehokkuuden sekä Au:lle että Cu:lle, magmamäärät (~2000 km3), jotka vastaavat suurimpia kuparirikastumia (~100 Mt Cu), jotka liittyvät kalkkialkalisiin magmoihin2 , tarjoaisivat Au:ta huomattavasti (mediaaniarvo ~14 000 tonnia Au:ta) enemmän kuin Au-rikkaiden porfyriittiesiintymiin sisältyvän maksimaalisen kullan (~2700 tonnia Au:ta) saannot ovat (Kuvio. 2c; vielä suuremmat potentiaaliset Au-varannot liittyvät suurimpiin simuloituihin emäksisten järjestelmien magmamääriin 50 prosentin hyötysuhteella: Kuva 2d). Tämä viittaa siihen, että Cu- ja Au-pitoisuuksien erottaminen toisistaan Cu-rikkaissa vs. Cu-rikkaissa ja Au-rikkaissa malmioissa on mahdollista. Au-rikkaat esiintymät eivät todennäköisesti liity ainoastaan emäksisten magmojen Au-rikastumiseen verrattuna kalkkialkalisiin magmoihin25,26 , koska jälkimmäisistä voi liueta nesteitä, joissa on suurelta osin riittävästi kultaa suurimpien Au-rikkaiden porfyyriesiintymien muodostamiseksi. Fluidin ja sulan KD-arvojen vaihtelu ei myöskään voi selittää Cu-rikkaiden esiintymien vähäistä Au-pitoisuutta. Käyttämällä Au:n (10-100)27 ja Cu:n (2-100)2 tavanomaisten fluidisulan KD-arvojen vaihteluvälejä sekä Au:n ja Cu:n 50 %:n saostustehokkuutta Monte Carlo -simuloinnit johtavat nimittäin fluidien Au/Cu -arvoihin, jotka ovat paljon korkeammat kuin ne, joita on todettu luonnollisissa Au-rikkaissa porfyyriesiintymissä sekä kalkkialkalisten että emäksisten magmojen osalta (kuvat 3a, b). Cu-rikkaiden esiintymien alhaisia Au/Cu-arvoja on mahdotonta toistaa, ellei oleteta kohtuuttoman alhaisia fluidi-sulan KD-arvoja Au:lle (“1) (kuva 3c). Lisäksi mallinnetuilla ja geologisilla magmoista liuenneilla nesteillä (vulkaaniset päästöt ja porfyyriesiintymien yksivaiheiset nesteet) on hyvin samankaltaiset Au/Cu-arvot (kuva 3, taulukko 2). Tämä tukee väitettä, jonka mukaan magmasta peräisin olevien fluidien Au- ja Cu-pitoisuudet esiintyvät pitoisuuksina, jotka ovat sopusoinnussa niiden pitoisuuksien kanssa, jotka on saatu käyttämällä kokeellisesti määritettyjä fluidin ja sulan välisiä Au:n ja Cu:n KD-arvoja.

Kuvien 2 ja 3 kuvaajat viittaavat siis siihen, että Au-rikkaiden ja Cu-rikkaiden esiintymien erilaiset Au/Cu-suuntaukset voivat johtua erilaisista Au-saostustehoista. Au-Cu-avaruuden kaksi porfyyrisuuntausta toistuukin hyvin Monte Carlo -simuloinneissa, jotka suoritettiin kullan saostumistehokkuudella, joka on Au-rikkaissa esiintymissä ~6-15-kertaisesti ja Cu-rikkaissa esiintymissä ~75-kertaisesti alhaisempi kuin Cu:n saostumistehokkuus (kuva 4a, b; ks. tarkemmat tiedot menetelmistä). Tämä tarkoittaa Au:n saostumistehokkuuksia, jotka ovat ~5-12 kertaa suuremmat Au-rikkaissa porfyyreissä kuin Cu-rikkaissa porfyyreissä (Kuva 4a, b ja Menetelmät).

Au:n lisääntynyt saostumistehokkuus, joka johtaa porfyyriesiintymien Au-rikkaaseen kehityssuuntaan, voi johtua seuraavista syistä: (i) matalammasta syvyydestä, jossa Au-rikkaat esiintymät muodostuvat28 ja (ii) hydrosulfidikullan suuremmasta stabiilisuudesta emäksisissä nesteissä24. Kuten viitteessä 28 on yksityiskohtaisesti käsitelty, matalissa porfyyrisysteemeissä (<~3 km) kullan ja kuparin liukoisuus vähenee nopeasti laajenevassa S-rikkaassa höyryssä, joka kuljettaa molempia metalleja. Seurauksena on kuparin ja Au:n samanaikainen saostuminen ja korkeat Au/Cu -arvot. Sitä vastoin syvemmissä porfyyrisysteemeissä (>~3 km) vallitsee yksifaasinen neste, josta jäähtyessään saostuu lähinnä Cu, kun taas Au pysyy liuoksena tiheässä höyryfaasissa. Viitteen 24 mukaan alkalikloridien läsnäolo lisää voimakkaasti kullan liukoisuutta H2S-pitoiseen fluidiin, mikä voisi selittää Au-rikkaiden porfyyriesiintymien liittymisen emäksisiin magmoihin, joista oletettavasti liukenee enemmän alkaliklorideja sisältäviä fluidia.

Lisätekijä, joka aiheuttaa kullan ja kuparin irtoamisen toisistaan joissakin tietyissä porfyyriesiintymissä, voi olla magmaattis-hydrotermaalisen järjestelmän pelkistynyt luonne, joka on joko luontainen magmalle tai joka johtuu fluidien vuorovaikutuksesta pelkistyneiden isäntäkivien kanssa29. Toisin kuin Cu, jonka liukoisuus vähenee pelkistyneissä malminesteissä, kulta voi kulkeutua malminesteissä samankaltaisina pitoisuuksina riippumatta niiden hapetusasteesta29. Tämän vuoksi on ehdotettu, että pelkistyneet magmaattis-hydrotermiset järjestelmät voisivat olla vastuussa joidenkin Au-rikkaiden porfyyriesiintymien muodostumisesta30.

Cu- ja Au-pitoisuuksien tektoninen kontrolli

Andean-tyyppisissä subduktiokaarissa pitkäkestoiset kompressiojaksot (>2 Ma) johtavat vaihtelevan suurten magmamäärien kerääntymiseen syvälle maankuoreen, ja niille on tyypillistä kalsium-alkalinen ominaispiirre, jolle ovat tunnusomaisia korkeat Sr/Y-arvot2,31. Tällaisessa tilanteessa porfyyriset Cu-rikkaat esiintymät muodostuvat, koska ne ovat olennaisesti riippuvaisia suurista magmamääristä, jotka kerääntyvät keski- ja matalamman maankuoren syvyyksiin kompressiokauden aikana, ja siitä, kuinka kauan syvästä varastosta on sen jälkeen tapahtunut magmaattis-hydrotermaalinen vuoto matalampaan maankuoreen, jossa malmi laskeutuu. Tämän prosessin aikana kultaa saostuu keskimäärin alhaisella nopeudella (kuva 1b), koska näistä kalkkialkalisista magmoista liuenneilla nesteillä on huono saostustehokkuus kullan osalta (~75 kertaa pienempi kuin Cu:n saostustehokkuus: ks. edellä). Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että Cu-rikkaat esiintymät muodostuvat keskimäärin syvällä tällaisessa kontekstissa28 ja ehkä myös siihen liittyvien fluidien tehottomasta kemiasta24. Kuva 5a, b osoittaa, että suurimmat kalkkialkalisiin magmoihin liittyvät Cu-rikkaat porfyyriesiintymät (>30 Mt Cu) esiintyvät >~3 km:n syvyydessä, ja niiden kultapitoisuudet ovat <500 tonnia Au. Tällöin merkittävä osa kullasta voi hävitä vulkaanisiin päästöihin, joiden Au/Cu-arvot ovat yhtä korkeita kuin magmakivien ja magmoista korkeassa paineessa liuenneiden yksifaasisten nesteiden Au/Cu-arvot (Kuva 5a, b).

Myöhäisessä tai myöhemmässä subduktiossa ja törmäyksen jälkeisessä ympäristössä lievästi emäksiset tai emäksiset magmat liittyvät laajentumiseen6 tai kaaren kääntymiseen ohuemmissa saarikaarissa26 (esim, Grasberg13,14, Bingham11 ja Kisladag32). Laajeneminen suosii magmojen nousua, kehittymistä ja sijoittumista matalammille kuoren tasoille33,34 , kun taas ohuempi kuori johtaa matalampiin keskimääräisiin magmojen kehittymistasoihin31. Au-rikkaisiin porfyyriesiintymiin liittyvien vaihtelevan emäksisten (ja joidenkin kalkkialkalisten) magmojen yleisesti alhaisemmat Sr/Y-arvot (~50) (kuva 1c) tukevat niiden kehittymistä keskimäärin matalammilla maankuoren tasoilla, koska Sr/Y on magman kehittymisen syvyyden mittari31,35,36. Kaikki vaihtelevasti emäksisiin magmoihin liittyvät Au-rikkaat porfyyriesiintymät ovat todellakin muodostuneet matalalla maankuoren tasolla (<~3 km; kuva 5b), mikä johtuu todennäköisesti siitä, että nämä magmat liittyvät tektonisiin (laajeneminen) ja geodynaamisiin (ohuempi maankuori) olosuhteisiin, jotka suosivat niiden syntymistä matalalla maankuoren tasolla.

Kalkkialkalisiin magmakiviin liittyvät porfyyriesiintymät sen sijaan kattavat laajemman muodostumissyvyysalueen, mutta vain matalat (<~3 km) järjestelmät voivat liittyä suuriin (>500-<1500 tonnia Au:ta) Au-rikkaisiin porfyyreihin (kuva 5b). Tämä viittaa siihen, että matalan tason magman syrjäytyminen ja sen seurauksena Au-rikkaiden järjestelmien muodostuminen voi tapahtua myös kalsium-alkalisten magmojen yhteydessä sekä Andien tyyppisissä subduktioympäristöissä (esim. Maricungan Au-rikkaat porfyyrijärjestelmät37), esimerkiksi laajenemisjaksojen aikana, jotka sijoittuvat yleiseen kokoonpuristumisjärjestelmään38,39 , että kuoreltaan ohuemmissa saarikaariympäristöissä, esimerkiksi törmäykseen liittyvän kaaren suuntaisen laajenemisen aikana (esim, Batu Hijau40 ja Grasberg14).

Tukena edellä esitetyille väitteille sekä kalkkialkalisten että vaihtelevasti emäksisten magmaattisten systeemien Sr/Y-keskiarvot (jotka ovat magman kehittymisen keskisyvyyttä kuvaavia arvoja: ks. edellä) korreloivat porfyyrinmuodostuksen syvyyden kanssa (Kuva. 5c; ainoa poikkeus on Chino-Santa Rita): toisin sanoen mitä matalampi tai syvempi on magman keskimääräinen kehitys kuoressa (magman kemiasta riippumatta), sitä matalampi tai syvempi on magman sijoittuminen ylempään kuoreen ja siitä seuraava porfyyrin muodostuminen. Todennäköisesti tämä on seurausta siitä, että kuoren paksuus ja tektoninen järjestelmä (kompressio vs. ekstensio) säätelevät näitä molempia prosesseja.

Suurimpien Au-rikkaiden porfyyriesiintymien selvä liittyminen lievästi emäksisiin tai emäksisiin magmaattisiin kivilajeihin (kuva 1 a) edellyttää kuitenkin, että on löydettävä lisätekijöitä, jotka parantavat entisestään näiden esiintymien kultapitoisuutta. Au-rikkaiden emäksisten ja kalkkialkaalisten järjestelmien Monte Carlo -mallinnusten vertailu (kuvat 4a ja 4b) osoittaa, että emäksisiin magmoihin liittyvien Au-rikkaiden porfyyriesiintymien korkeampi kultapitoisuus selittyy emäksisten magmojen korkeammilla kultapitoisuuksilla. Toinen tekijä, joka lisää emäksisiin systeemeihin liittyvien Au-rikkaiden porfyyriesiintymien Au-pitoisuuksia, voi olla tällaisiin magmoihin liittyvien fluidien suotuisa kemia24.

Toisaalta matalan maankuoren magmakehitys ei ole suotuisa suurimpien mahdollisten magmamäärien ja Cu-pitoisuuksien syntymiselle2,33. Näin ollen matalassa muodostuneilla esiintymillä ei voida saavuttaa tyypilliseen Andien-tyyppiseen subduktioon paksun mannermaisen kuoren alla liittyviin magmaattisiin järjestelmiin liittyviä merkittävimpiä Cu-pitoisuuksia (>50 Mt Cu) (kuva 1d).

Cu- ja Au-pitoisuuksien monivaiheinen prosessi

Mikäli porfyyrinmuodostuksen syvyys sekä magmojen ja niihin liittyvien fluidien kemiallinen koostumus näyttäisivät kontrolloivan Au-rikkaiden vs. Au-pitoisten magmojen ja niihin liittyvien fluidien välillä. Cu-Au-porfyyriesiintymien Cu-Au-pitoisuutta, Cu- ja Au-pitoisuuksien kasvu malmin kerrostumisen keston myötä (kuva 1b, d) viittaa siihen, että näiden esiintymien lopulliset Cu- ja Au-pitoisuudet määräytyvät mineralisoitumisvaiheiden kumulatiivisen lukumäärän41,42 perusteella, jota viime kädessä kontrolloivat magman tilavuus ja malmiprosessin kesto2. Erona on se, että vaihtelevasti emäksiset järjestelmät ja matalan maankuoren kalkkialkaliset järjestelmät liittyvät luonnostaan magmoihin, joiden fluidit ovat tektonisesti (ts. matalassa paikassa: viite 28) ja kemiallisesti24 optimoituja kullan suuren saostustehokkuuden kannalta. Sitä vastoin tyypilliset kalsium-alkaliset (korkea Sr/Y) magmat muodostuvat geodynaamisessa kontekstissa, joka suosii valtavia magmakertymiä, jotka ovat välttämättömiä behemothian Cu-rikkaiden esiintymien2 tuottamiseksi, mutta jotka on sijoitettu syvyyksiin, joissa liuenneet fluidit eivät ole yhtä tehokkaita kullan saostumisen kannalta.