کانسارهای سولفید توده‌ای آتشفشانی

کانسارهای ماسیوسولفید از نقطه نظر اهمیت اقتصادی به عنوان منابع فلزات غیر آهنی در رتبه دوم (بعد از کانسارهای مس پورفیری) قرار دارند. اهمیت اقتصادی این کانسارها در دهه‌های 1960 و 1970 مشخص شد. نمونه‌هایی از این کانسارها از آرکئن تا عهد حاضر، گزارش شده‌اند. در ادامه به بررسی زمین‌شناسی ساختاری این کانسارها و محیط‌های مناسب تشکیل آنها پرداخته شده است.
زمین‌شناسی ساختاری کانسارهای ماسیوسولفید
کانسارهای ماسیوسولفید در شرایط تکتونیک زیر دریایی تشکیل می‌شوند. ارتباط مکانی و زمانی میان ماگماتیسم، لرزه و محلول‌های هیدروترمال دما بالا وجود دارد. این شرایط شامل زون گسترش کف دریا، کمان‌های آتشفشانی (دریایی و حاشیه قاره) و حوضه‌های پشت قوسی هستند. همچنین در محیط‌های کششی ممکن است پس از رشد پیوسته و یا شرایط جانشینی تشکیل شوند (ریفت‌های حاشیه قاره و حوضه‌های امتداد لغز). نهشته‌های ولکانوژنیک ماسیوسولفید در سکانس‌های پرتروزوئیک و فانروزوئیک می‌توانند به رژیم‌های خاص تکتونیک صفحه‌ای مرتبط شوند. هرچند ارتباط این کانسارها در آرکئن مشخص نیست. البته ماسیوسولفیدهای آرکئن می‌توانند با توجه به مقدار سنگ‌های رسوبی، فلسیک و مافیک طبقه‌بندی شوند. به طور کلی نهشته‌های ماسیوسولفید در شرایط زون گسترش کف اقیانوس و محیط‌های قوسی شکل گرفته‌اند. نهشته‌های ماسیوسولفید جدید در هر دوی این محیط‌ها یافت شده‌اند اما نهشته‌های باقیمانده که شکل اصلی خود را حفظ کرده‌اند در اقیانوس، کمانهای قاره‎‌ای، کمانهای فرورانش و پشت قوسی تشکیل شده‌اند. زیرا درطول فعالیت‌های فرورانش، قسمت بیشتر کف اقیانوس فرو رانده شده و تنها قسمت کمی افیولیت برجا مانده است. کمانهای ریفتی قدیمی یا در حال تشکیل نتیجه فرو رفتن پوسته اقیانوسی در طول شکاف گسل‌های جابجایی هستند. در اشکال زیر محل شکل‌گیری کانسارهای ماسیوسولفید مشاهده می‌شود.
در اقیانوس‌های جدید، فعالیت‌های هیدروترمال در زون گسترش کف اقیانوس (65 درصد) و بقیه در حوضه‌های پشت قوسی (22 درصد)، کمان‌های آتشفشانی (12) و ولکانیک‌های داخل قاره (1 درصد) هستند.

نهشته‌های ماسیوسولفید را در شرایط تکتونیکی سازنده (زون گسترش کف اقیانوس و حوضه پشت قوسی) و مخرب (زون فرورانش مرتبط با حاشیه قاره‌ای و جزایر قوسی).

شرایط که کانسارهای ماسیوسولفید در آنها ممکن است تشکیل شوند نسبت به کانسارهای اپی‌ترمال- پرفیری نشان داده شده است.

جریان سیال هیدروترمال در زون گسترش سریع دریا (مانند زون گسترش در اقیانوس آرام) نشان می‌دهد که بلک اسموکرها در بالای منبع ماگمایی نیمه عمیق رخ می‌دهند.

کنترل‌کننده مکان نهشته‌های ماسیوسولفید شامل متغیرهای آتشفشانی و نیمه آتشفشانی هستند. بعضی از این متغیرها شامل کالدرا، کراترها، گرابن و گنبدها؛ گسل‌ها و تقاطع گسل‌ها؛ فشار کف اقیانوس و حوضه‌های محلی هستند. تعیین نوع کنترل کننده اغلب محدود به نهشته‌های تغییر شکل نداده است. محل کانی‌سازی سولفیدی شامل سیستم‌های پولوم و واحدهای نفوذپذیر برای سیالات هیدروترمال فلزدار هستند. گسل‌ها، شکستگی‌های اطراف خط گسل، منحنی اثر گسل و شکستگی‌های درون سنگ‌های بکر نیز موثر هستند. به طور کلی می‌توان ارتباط کانی‌سازی و شرایط ساختاری را در دو دسته جای داد. دسته اول (شکستگی‌های فعال) کانی‌سازی در مناطقی است که تحت فشار هستند و شکستگی‌ها دور از گسل اصلی هستند. در دسته دوم (شکستگی‌های جنبشی) کانی‌سازی در طول گسل و باز شدن مجدد و شکستگی‌های قبلی شکل می‌گیرند.

شرایط مختلف برای کانی‌سازی (ستاره قرمز) و گسل (خطوط سیاه) و ناحیه شکستگی (نواحی زرد)

نشست نامتقارن کالدرا اجازه ورد آب در حاشیه گسل کالدرا می‌دهد. طی این فرآیند نهشته‌های پیروکلاستیک فوران و در حوضه گسترش ته‌نشین می‌شوند. جریان آب سرد به پایین حرکت می‌کند و سیالات کانه‌دار بالا می‌آیند. در نتیجه کانسارهای ماسیوسولفید در مکان‌های مناسب تشکیل می‌شوند. در مرحله اخر کالدرا در اثر ماگماتیسم مجدد احیا می‌شود. سنگ‌های نفوذی در بالای منبع ماگمایی اصلی تشکیل می‌شوند. این سنگ‌ها همراه با گسل‌های کششی در مرکز کالدرا هستند. این مسئله باعث چرخش دوباره سیالات هیدروترمال و تشکیل کانسارهای دیگر شود. نحوه تکامل کالدرا و تشکیل این کانسارها نشان داده شده است.

نحوه تغییر کالدرا مرتبط با محلول‌های هیدروترمال زیردریایی (الف) ورود سیالات از گسل کالدرا (ب) گسترش سیالات هیدروترمال و تشکیل ماسیوسولفید (ج) تشکیل گنبد و کانسارهای جدید

تقسیم بندی کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی

به دلیل این‌که نهشته‌های ماسیوسولفید طیف وسیعی از خصوصیات زمین‌شناسی و ژئوشیمیایی از خود نشان می‌دهند، طبقه‌بندی مناسب جهت جای دادن این تفاوت‌ها در مدل کانسار نیاز است. هاچینسون (1973) سه گروه را برای کانسارهای ماسیوسولفید پیشنهاد داد:
1- نهشته‌های روی- مس در دوره آرکئن و همراه با سنگ‌های ولکانیک
2- سرب – روی – مس – نقره در دوره پروتروزوئیک و فانروزوئیک و همراه با سنگ‌های آتشفشانی و رسوبی
3- مس پیریت‌دار مرتبط با سنگ‌های آتشفشانی مافیک و الترامافیک در دوره فانروزوئیک
ساوکینز (1976) چهار گروه را براساس شرایط تکتونیکی و ترکیب پیشنهاد داد. این چهار گروه شامل کروکو، قبرس، بشی و سولیوان می‌باشند.
کلاو و لارج (1980) نیز ماسیوسولفیدها را سه نوع همراه با سنگ‌های آتشفشانی مافیک، همراه با سنگ‌های آتشفشانی فلسیک و انواع رسوبی دانستند. فرانکلین و همکاران (1981) نهشته‌های ماسیوسولفید با توجه به نسبت سه فلز مس، سرب و روی به سه گروه (Cu-Zn)، (Zn-Cu) و (Zn-Pb-Cu) تقسیم شدند.

طبقه‌بندی فلزات پایه و نهشته‌های ماسیو سولفید کانادا که اولین بار توسط فرانکلین و همکاران (1981) تعریف شد و توسط لارج (1992) اصلاح شد

کاکس وسینگر (1986) نهشته‌های ماسیوسولفید را به سه گروه تقسیم نمودند.
1- قبرس مرتبط با سنگ‌های ولکانیک مافیک زیر دریایی
2- بشی مرتبط با سنگ‌های ولکانیک مافیک زیردریایی
3- کروکو مرتبط با سنگ‌های ولکانیک حد واسط تا فلسیک زیر دریایی
انواع (Cu-Zn) و (Zn-Cu) برای نهشته‌های کانادا توسط مورتون و فرانکلین (1987) با توجه به نقش سنگ میزبان (فلسیک یا مافیک و فورانی یا ولکانو کلاستیک) و ویژگی‌های آلتراسیون کانی‌ها (کلریت-سریسیت یا سریسیت- کوارتز غنی از کربنات) به ترتیب به نوراندا و ماتابی تغییر یافتند. گروه (Zn-Pb–Cu) توسط لارج (1992) برای نهشته‌های استرالیا اضافه شد. پولسن و هانینگتن (1995) نهشته‌های ماسیوسولفید را به دو صورت نرمال و غنی از طلا معرفی کردند (شکل زیر). فرانکلین (1998) این کانسارها را به 4 دسته غنی از (Cu)، (Cu, Zn)، (Pb, Zn, Cu) و (Pb, Zn) نقسیم نمود. گروه‌بندی دیگر توسط باری و هانینگتن (1999) براساس سنگ میزبان معرفی شد. 5 گروه شامل مافیک (قبرس)، بیومدال مافیک (نوراندا)، بیومدال فلسیک (کروکو)، سیلیسی کلاستیک مافیک (بشی) و بیومدال سیلیسی کلاستیک هستند.

طبقه‌بندی نهشته‌های ماسیو سولفید بر اساس نسبت مس+روی+سرب به فلزات گران‌بها هانینگتن

تلاش‌های بیشتر جهت طبقه‌بندی ماسیوسولفیدها بر پیچیدگی انواع مرتبط با سنگ میزبان‌های رسوبی و ولکانیک تاکید داشتند. مزیت این روش طبقه‌بندی، ارتباط نزدیک میان شرایط زمین‌ساختاری و چینه‌شناسی و افزایش قابلیت پیش‌بینی در طول مطالعات منطقه‌ای است.
کرنی (2003) این کانسارها را به پنج دسته نوراندا (Cu-Zn)، ماتابی (Zn-Cu-Ag)، کروکو (Zn-Pb-Cu)، قبرس (Cu± Zn) و بشی (Cu+ Pb) تقسیم نمود [2].
فرانکلین و همکاران (2005) نهشته‌های ماسیوسولفید را به پنج گروه تقسیم نمودند:
1- مافیک بیومدال
2- مافیک
3- پلتیک مافیک
4- فلسیک بیومدال
5- سیلیسی کلاستیک فلسیک
گالی و همکاران (2007) نهشته‌های ماسیوسولفید را به شش گروه زیر تقسیم نمودند:
1- سنگ‌های مافیک در زون گسترش کف اقیانوس یا پشت قوس داخل دریا (قبرس)
2- سنگ‌های مافیک- پلتیک در پشت قوسی پوشیده شده با رسوبات (بشی)
3- سنگ‌های بیومدال مافیک در قوس‌های ولکانیکی ریفت‌های داخل دریا (نوراندا)
4- سنگ‌های بیومدال فلسیک در قوس‌ها و پشت قوس‌های حاشیه قاره‌ای (کروکو)
5- سنگ‌های فلسیک سیلیسی کلاستیک (بتراست)
ششمین گروه که توسط گالی و همکاران ذکر شد فلسیک بیومدال هیبرید (ایسکای کریک) به عنوان زیرگروهی از گروه بیومدال فلسیک است. در شکل زیر این تقسیم‌‌بندی مشاهده می‌شود.

طبقه‌بندی دسته‌بندی سنگ‌شناسی کانسارهای ماسیوسولفید با اضافه شدن گروه سولفید بالای بیومدال فلسیک به عنوان زیرگروهی از گروه بیومدال فلسیک

موسیر و همکاران (2009)، به بررسی عیار و تناژ 1090 نهشته ماسیوسولفید پرداختند. آنها در بررسی‌های خود تفاوت معنی‌داری میان منحنی عیار- تناژ نهشته‌های مافیک- پلتیک با مافیک‌های پشت قوسی و نهشته‌های فلسیک- سیلیسی کلاستیک و فلسیک بیومدال مشاهده نکردند و در نتیجه ماسیوسولفیدها را در سه دسته مافیک، مافیک بیومدال و فلسیک جای دادند.
شنکس و همکاران (2012) این کانسارها در پنج گروه دسته سیلیسی کلاستیک- فلسیک، بیومدال- فلسیک، بیومدال مافیک، سیلیسی کلاستیک –مافیک و مافیک – اولترامافیک جای داد. در جدول زیر انواع تقسیم‌بندی‌های انجام شده از سال 1986 تا 2012 به صورت معادل یکدیگر آورده شده است.

انواع تقسیم‌بندی‌های انجام شده از سال 1986 تا 2012 به صورت معادل یکدیگر

خصوصیات کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی

نوع کانسار: مافیک بایمدال
شرایط: کمان اقیانوسی- اقیانوس، کمان ریفتی
ترکیب و اندازه: 4/5 میلیون تن، 1/1 مس، 3/4 روی، 0/8 سرب 1/1 گرم بر تن طلا و 37 گرم بر تن نقره

زمین‌شناسی: بیش از 75 درصد آندزیت – بازالت تولئیت پیلو، کمتر از 25 درصد ولکانوکلاستیک فلسیک، روانه مافیک و برشی، پوش رسوبی (توفیت) نفوذی‌های نیمه آتشفشانی فلسیک
کانه: ماسیو سولفید صفحه‌ای، پیریت، آرسنیک، و آنتیموان به طور غالب، قلع متغیر و زون مس محدود به استیرینگر
دگرسانی: زون سیلیسی- سریسیتی ضعیف، (پیروفیلیت، آندالوزیت، کلروتوئید)
لایه‌های هم‌شیب: اپیدوت، آلبیت، اکتینولیت، کربنات‌زایی،

مدل شماتیک کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی نوع مافیک بایمدال (اعداد مربوط به تناژ و میانگین عیار مربوط به کانسارهای کانادا می‌باشند)

نوع کانسار:فلسیک بایمدال
شرایط: قوس قاره‌ای- اقیانوسی، ریفت‌های قوسی در حال تشکیل
ترکیب و اندازه: 3/4 میلیون تن، 1 درصد مس، 4/4 درصد روی، 1/1 درصد سرب، 1/1 گرم بر تن طلا، 56 گرم بر تن نقره
زمین‌شناسی: کمتر از 65 درصد Na+/-K باندهای پیروکلاستیک فلسیک، گنبدهای درونی، رسوبات فرعی (توفیت)، کمتر از 35 درصد تولئیت تا آندزیت‌های کالک آلکالن، نفوذی‌های فلسیک نیمه آتشفشانی
کانه: ماسیوسولفید لایه لایه تا صفحه‌ای، پیریت، آرسنیک، آنتیموان، قلع متغیر، بعضا غنی از طلا، زون‌های گوگرد بالا، زون استرینگر مس محدود
دگرسانی: سیلیسی شدن و سریسیتی، زون کلریتی Fe-Mg مرکزی، سریسیت حاشیه
لایه‌های هم‌شیب: آلبیت، غنی از فلدسپات پتاسیک، تهی‌شدگی سدیم، کربنات‌های بالایی

مدل شماتیک کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی نوع فلسیک بایمدال (اعداد مربوط به تناژ و میانگین عیار مربوط به کانسارهای کانادا می‌باشند)

نوع کانسار:سیلیسی کلاستیک مافیک
شرایط: پشت قوس اقیانوسی
ترکیب و اندازه: 4/7 میلیون تن، 1/2 مس 1/6 روی، 0/7 سرب، 0/75 گرم بر تن طلا، 19 گرم بر تن نقره
زمین‌شناسی: پلتیک، تا نیمه پلتیک، رسوبات سیلیسی کلاستیک، بازالت تولئیتیک، بازالت کف اقیانوس، بازالت جزایر اقیانوسی
کانه: ماسیو سولفید صفحه‌ای، پیریت و پیروتیت، آرسنیک پایین، آنتیموان، قلع، کبالت بالا، (+/- نیکل) زون استرینگر مس کوچک، رسوبات سولفیدی، چرت، آهن نواری
دگرسانی: زون کلریتی Fe-Mg مرکزی، سرسیت

مدل شماتیک کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی نوع سیلیسی کلاستیک مافیک

نوع کانسار:سیلیسی کلاستیک-فلسیک
شرایط: پشت قوس قاره‌ای- اقیانوسی بالغ
ترکیب و اندازه: 7/1 میلیون تن، 0/6 درصد مس، 2/7 درصد روی، 1/1 درصد سرب، 0/6 گرم بر تن طلا، 38 گرم بر تن نقره
زمین‌شناسی: سیلیسی کلاستیک (آتشفشانی) رسوبات، جریان‌های پیروکلاستیک فلسیک، جریان‌های مافیک کالک آلکالن
کانه: ماسیو سولفید صفحه‌ای، پیریت، پیروتیت، آرسنیک متغیر، آنتیموان، قلع، زون استرینگر مس کوچک، بعضا همراه با آهن نواری، چرت
دگرسانی: اندازه متغیر، معمولا کوچک، سریسیت، سیلیسی، آهن کلریتی
لایه‌های هم‌شیب: زون‌های غنی از پتاسیم در بالا و غنی از سدیم (اپیدوت- اکتینولیت) در پایین

مدل شماتیک کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی نوع سیلیسی کلاستیک-فلسیک

نوع کانسار:مافیک
شرایط: پشت قوس اقیانوسی، زون گسترش اقیانوس
ترکیب و اندازه: 2/7 میلیون تن، 1/8 مس، 0/84 روی، 0/02 سرب، 1/4 طلا گرم بر تن، 11 گرم بر تن نقره
زمین‌شناسی: تولئیت، بازالت‌های اقیانوس، بازالت جزایر اقیانوسی
کانه: مپیریت ماسیوسولفید، آرسنیک پایین، آنتیموان، قلع، زون استرینگر مس
دگرسانی: زون Fe-Mg، کلریت، سریسیت، رگه‌های سیلیسی
لایه‌های هم‌شیب: اپیدوت، آلبیت، اکتینولیت، سیلیسی شدن

مدل شماتیک کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی نوع مافیک

مدل‌های تشکیل کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی
با توجه به بررسی‌های انجام شده توسط Tornos et al., 2015 چهار مدل برای تشکیل کانسارهای ماسیوسولفید آتشفشانی معرفی شده است:
1- دودکش های بلک اسموکر در محیط های اکسیدی
2- مدل استخر شورابه‌ای
3-سولفیدهای استراتیفرم در محیطهای غیر اکسیدی ناحیه ای
4- جانشینی زیر کف دریا

انواع مختلف شرایط تشکیل کانسارهای #VMS

مدل دودکش‌های سیاه و تپه‌ای در محیط‌های اکسیدان (Mounds and black smoker chimneys in oxic environments):
در این مدل ورود سیالات داغ کانه‌ساز از طریق پهنه استرینگر به داخل حوضه با تشکیل و شروع دودکش‌های سولفیدی- سولفاتی همراه است. در واقع مخلوط شدن سیالات داغ شناور بروندمی (به دلیل چگالی کم) با آب دریا موجب تشکیل دودکش‌های سولفیدی شده که نهایتا در اثر انحلال و فروریزش آنها انباشته‌های پشته مانند یا تپه‌ای (mound) سولفیدی در کف دریا تشکیل می‌شود و متعاقبا با نفوذ سیالات داغ‌تر بعدی مس‌دار از زیر به داخل پیکره معدنی پدیده پالایش پهنه‌ای (zone refining) و جانشینی کالکوپیریت به جای پیریت، اسفالریت و گالن رخ می‌دهد. این مدل به طور تیپیک برای نهشته‌های کوروکو ارائه شده است و امروزه در کف اقیانوس‌ها در حال تشکیل هستند.

مدل استخر شورابه‌ای (brine pools):
در این مدل، در اثر ورود سیالات داغ احیایی یا اکسیدان با شوری بالا به داخل حوضه و مخلوط شدن آنها با آب دریا، سیالات دچار شناوری معکوس شده و به سمت کف دریا متمایل می‌شوند. گسترش آنها به طور جانبی در کف دریا موجب ایجاد یک استخر شورابه‌ای می‌شود. از ویژگی‌های بارز تشخیص این مدل می‌توانبه موارد زیر اشاره نمود:
1- داشتم اندازه بسیار بزرگ و تناژ زیاد و نسبت طول به عرض بالا
2- داشتن میزان نسبت‌های Zn/Cu و Fe/Cu بالاتر
3- نبود شواهدی از دودکش و ضعیف بودن پهنه استرینگر
4- داشتن مقادیر پیریت فراموبوئیدالی زیاد و بافت نواری فراوان
5- داشتن پارازنر کانی‌شناسی احیایی شامل پیریت- آرسنوپیریت و پیروتیت و مقادیر کم و یا کمیاب باریت در ماده معدنی
6- همراهی کربنات‌های چینه سان یا رگه‌ای
7-پدیده پالایش پهنه‌ای (zone refining) نسبتا بی اهمیت
8- نبود تغییرات قائم در ترکیب اسفالریت و ترکیب ایزوتوپی گوگرد
9- شواهد احیای سولفاتی باکتریایی محلی

مدل mound and stratiform sulphides in regional anoxic environments:
که در شرایطی مشابه با استخر شورابه‌ای ولی در مقیاس وسیع‌تر در آبهای غیراکسیدان تشکیل شده است. این مدل در 5 دوره مهم شکل گرفته اند.
1- در آرکئن پیش از 2.4 Ga که دوره اصلی تشکیل آنها بوده است.
2- در طول پالئوپروتروزوئیک
3- اواخر کامبرین تا دونین
4- از دونین تا کابنیفر
5-در طول ژوراسیک تا کرتاسه
کانی‌سازی اگزالاتیو استراتیفرم دارای مشخصه‌های زیر می باشند:
1- شکل صفحه‌ای قبل از دگرگونی
2- وجود سنگ میزبان کلاستیک ریز دانه که در سرعت نسبی آرام انباشته شده‌اند (مانند مادستون)
3- وجود طبقه‌بندی صفحه‌ای به صورت محلی یا ناحیه ای

مدل جانشینی زیر کف دریا Sub-sea floor replacement:
شواهدی زیادی وجود دارد که کانسارهای VMS علاوه بر کف دریا در زیر آن نیز تشکیل می‌شوند. جایگزینی به خصوص در سنگهای واکنشی یا متخلخل مانند رخسارهای ولکانیکلاستیک و رسوباتی مانند شیل شکل می‌گیرند. کانسارهایی که به این شکل تشکیل می‌شوند چندان اکسیده نمی‌شوند و یا در کف دریا دچار فرسایش نمی‌شوند. چرخش سیالات در طول حرکات بالارونده و جانبی می‌توانند سولفیدها را درون شکستگی، شکاف و فضاهای خالی با جایگزینی کانه‌های ناپایدار (مانند زئولیت، فلدسپار و کربنات) و شیشه‌های ولکانیک نهشته کنند. در اغلب موارد جایگزینی سنگ میزبان به صورت کامل رخ نمی‌دهد و قطعاتی از سنگ اولیه آلتره در توده‌های سولفیدی وجود دارد.
این مدل دارای شاخصه‌های زیر است:
1- نامنظم بودن ژئومتری و توزیع توده های سولفیدی
2- درجه‌بندی از توده های سولفیدی به نیمه سولفیدی و کانی‌سازی افشان با قطعاتی از سنگ میزبان
3- سنگ میزبان واکنشی یا شیشه‌ای در نرخ شدید واکنش جایگزین می‌شود.

گردآورنده: سعید حاج‌صادقی – کارشناس بخش فنی گروه معدنی و بازرگانی زرمش