Самые ценные месторождения меди в мире, известные как месторождения порфира, образовались в результате остывания магмы. Но как мы можем предсказать размер этих месторождений? Какие факторы определяют количество присутствующей меди? Исследователи из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, изучили более 100 000 комбинаций, чтобы установить глубину и количество лет, необходимых для того, чтобы магма произвела заданное количество меди. Те же ученые также разработали модель, которая может определять количество меди, содержащейся в месторождении, с помощью простого факторного анализа. Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, позволит оценить потенциал добычи металла до начала любого бурения. Эта модель, несомненно, принесет большую пользу горнодобывающим компаниям.
Медно-порфировые месторождения составляют 75% природной меди во всем мире. Они образованы магматическими очагами, расположенными на глубине от 10 до 15 км под поверхностью Земли. На этой глубине магма нагревается примерно до 900°C, но когда она вступает в контакт с окружающей породой, она охлаждается и кристаллизуется. Вода в магме тогда уже не может находиться в растворе: она образует пузырьки, которые выходят на поверхность, унося с собой значительную часть меди, первоначально содержавшейся в магме. На глубине около 2-3 км пузырьки остывают в порах пород и осаждают содержащуюся в них медь в виде сульфида, создавая залежи, которые могут включать от 1 до >200 миллионов тонн меди. Это объясняет, почему Массимо Кьярадиа и Лука Карикки, исследователи отдела наук о Земле факультета естественных наук UNIGE, так стремились выяснить, что определяет количество меди в месторождении и можно ли предсказать его размер.
Больше магмы - больше меди
Объем магмы определяет количество меди, но при каких условиях формируется объем исходной магмы? Чиарадиа объясняет: «Мы использовали модели, учитывающие глубину и временной масштаб накопления магмы, продолжительность накопления, образующего отложения, содержание воды в магме и количество меди в воде. Затем мы варьировали эти параметры. параметры от минимума до максимума на основе фактических измерений». Изменив параметры, ученые получили 100 000 симуляций, которые они сравнили с имеющимися у них фактическими данными, что помогло определить идеальные условия для формирования огромного месторождения. Как добавляет Карикки: «Оптимальные условия для создания магматической системы, которая приводит к образованию месторождения от 30 до 240 миллионов тонн меди, - это глубина более 20 км и время непрерывного впрыска расплавленной магмы более 2 миллионов лет."
В поисках идеального депозита
Магма содержит воду, медь и различные другие химические компоненты, в том числе стронций (Sr) и иттрий (Y). Мы знаем, что когда отношение Sr к Y составляет от 50 до 150 в магме, существует высокая вероятность обнаружения меди в месторождении. Исследователи из UNIGE интегрировали это соотношение в свою новую модель и объединили его с расчетным временем образования месторождений. С медью в этих месторождениях связаны и другие минералы, что позволяет ученым датировать их благодаря естественному распаду урана на свинец и рения на осмий. Это позволило ученым установить возраст, то есть время рождения, а также продолжительность, то есть количество лет образования месторождения меди, которое может составлять от десятков тысяч лет до двух миллионов лет. «Эти два элемента данных - отношение Sr/Y и продолжительность образования - означали, что мы могли разработать таблицу вероятностей для определения количества меди в анализируемом месторождении», - продолжает Чиарадиа. Горнодобывающие компании смогут использовать эту модель для оценки размера месторождения меди на начальном этапе исследований, до начала каких-либо значительных буровых работ. «Наша модель, - говорит Карикки, - которую мы сравнили с реальными данными, имеет отличный коэффициент совпадения и может сэкономить огромное количество времени и денег во время разведки полезных ископаемых».