El Teniente - Institut für Geologie
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Die Geologie des Lagerstättendistrikts El Teniente Bearbeiter: Betreuer: Carsten Weise, 8. Semester Fachrichtung Geologie Dr. Thomas Seifert, Institut für Mineralogie, Bereich Lagerstättenlehre Zusammenfassung: Die Lagerstätte El Teniente, eine Kupfer-Molybdän-Lagerstätte, gelegen in den Anden von Zentralchile, ist mit geschätzten Reserven von mehr als 75x106 t reinen Kupfers eine der weltgrößten Kupferlagerstätten. In der Vergangenheit wurde El Teniente immer als eine Porphyry-Lagerstätte klassifiziert. Neue Studien belegen aber, dass die Lagerstätte eher zu den Brekzienlagerstätten zu zählen ist. Der Großteil des Kupfers tritt feinverteilt in den vielen magmatisch-hydrothermalen Brekzien-Schloten auf. Die vielen verschiedenen Brekzien, z.B. kupfer- und sulfidreiche Biotit-, Turmalin- und Anhydritführende Brekzien, sind durch die Auslaugung von magmatischen Fluida aus sich abkühlenden Plutonen entstanden. Das Nebengestein, das die Brekzien beherbergt, ist ein intensiv alterierter und vererzter Intrusivkomplex, der aus Gabbros, Diabasen und porphyrischen Basalten besteht. Die Lagerstätte wurde in einem begrenzten Zeitraum von 7,1 bis 4,4 Mio. a gebildet. Carsten Weise Die Geologie von El Teniente 1. Juni 2003 Einleitung Abb.1 Lage der Lagestätte in Chile Die Lagerstätte El Teniente, die weltgrößte Untertagemine, ist etwa 70 km südöstlich der Hauptstadt Santiago in den Anden von ZentralChile, 2400 m über NN, gelegen. Sie zählt zu den weltweit größten Kupfer-Molybdän-Lagerstätten. Erste offizielle Aufzeichnungen über Besitzverhältnisse stammen aus dem Jahre 1819. Die Besitzverhältnisse wechselten danach mehrmals. Seit 1967 gehört die Lagerstätte dem chilenischen Volk und wird seitdem von der staatlichen Bergbaugesellschaft CODELCO betrieben. Anfang des Jahrhunderts betrug die tägliche Produktion 250 t Erz. Bis in die 60er Jahre steigerte sich die Ausbeute auf 34000 t Erz pro Tag. Gegenwärtig werden pro Tag 98000 t Erz gefördert. Der durchschnittliche Vererzungsgrad beträgt 1,2% Kupfer und 0,026% Molybdän. Ursprünglich betrug der Gesamtgehalt mehr als 93x106 Tonnen Kupfer im Erz und mehr als 1,4x106 Molybdän im Erz. Derzeit betragen die Ressourcen noch mehr als 75x106 t Kupfer. Im Bergwerk findet das Verfahren des Panel Caving Anwendung. Der Abbau findet durch Sprengung von Kavernen statt, aus denen das zerbrochene Gestein nach unten abgezogen wird. An der Oberfläche hat sich deshalb eine Einsturzpinge gebildet. Abb.2 Verhältnis von Erzgehalt in Tonnen zu Menge des Erzes in Tonnen (SKEWES et al 2002) 2. Geologische Übersicht El Teniente, ebenso wie Los Pelambres und Rio Blanco-Los Broncos, entstand während des Miozäns und Pliozäns in den Anden von Zentral-Chile. Die drei sind damit die jüngsten, ebenso aber auch die größten Kupfervorkommen der Anden. Es sind goldarme Kupfer-, Molybdän-Porphyry-Lagerstätten. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Anwesenheit großer magmatisch-hydrothermaler Brekzien, sowohl vererzt, als auch unvererzt. Die Bildung dieser Brekzien ist mit der Auslaugung von Fluida abkühlender Plutone verbunden. Die Brekzien sind in die Extrusiv- und Intrusivgesteine der miozänen FarellonesFormation eingebettet. Die magmatischen Gesteine und somit auch die Lagerstätten selbst sind durch Prozesse entstanden, die eng mit den SubdukAbb.2 Lagekarte mit tektonischen Eigenschaften, die Grenze zwischen Nord- und Südsegment verläuft in etwa auf Höhe des 33° Breitengrades (SKEWES et al 2002) 2 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 tionsprozessen ozeanischer Lithosphäre unter den Südamerikanischen Kontinentalrand verbunden sind. Die drei Lagerstätten treten an der Grenze zweier großer tektonischer Segmente der Anden auf (Abb.3), zum einen dem nördlichen Flat-Slap-Segment, dessen Subduktionswinkel seit dem Miozän deutlich flacher geworden und dessen Vulkanismus erloschen ist und zum anderen der südlichen Vulkanismuszone, deren Subduktionswinkel steiler ist, verbunden mit aktivem Vulkanismus. Die Bildung dieser drei Lagerstätten ist eng verbunden mit der wechselnden Geometrie der Subduktionszone in Zentralchile. Grund für den Wechsel ist die Segmentation aufgrund der Subduktion des Juan Fernandez Ridge im späten Miozän (Abb.3). Andauernder Hebung und Erosion hat danach dazu geführt, dass verschiedene Teile der Lagerstätten an der Erdoberfläche exponiert wurden. Los Pelambres, z.B., ist die nördlichste und älteste Lagerstätte. Sie ist am meisten erodiert. El Teniente dagegen ist die südlichste und jüngste der drei Lagerstätten. Sie ist am wenigsten erodiert. 3. Geologie der Lagerstätte Die Lagerstätte ist der größte Untertagebau der Welt. Die Mine umfasst eine Fläche von ungefähr 3 km² bei einer vertikalen Ausdehnung von mehr als 1000 m. Das Erz der Lagerstätte tritt auf einer Fläche von 3x2 km² bei einer vertikalen Ausdehnung von mehr als 2000 m auf. Die exakte Tiefe der Kupfermineralisation ist bis heute allerdings unbekannt. Damit stellt sie die derzeit größte bekannte Kupferlagerstätte (Abb.2) dar. 3.1 Magmatische Nebengesteine Die Lagerstätte entstand in mittel- bis spätmiozänen Extrusiv- und Intrusivgesteinen der FarellonesFormation. Diese liegen über älteren kontinentalen magmatischen Gesteinen des Oligozäns bis frühen Miozäns, der so genannten Coya-Machali-Formation. • Farellones-Formation Die Vulkanite der Farellones-Formation, auch Teniente Vulkanit-Komplex genannt, sind die ältesten in der Nähe der Lagerstätte aufgeschlossenen Gesteine. Die Formation ist eine Sequenz von mehr als 2500 m Mächtigkeit mit Laven, Vulkaniten, Dykes und Sills basaltischer bis rhyolitischer Komposition. Datiert wurde der Komplex mit Altern zwischen 15,2 Mio. a und 7,5 Mio. a. Verglichen mit der darunter liegenden Coya-Machali-Formation weist die Farellones-Formation höhere Gehalte an leichten und schweren SEE auf. Das Verhältnis von initialem 87Sr/86Sr ist höher, das von initialem 143 Nd/144Nd dagegen niedriger. Diese Unterschiede sind interpretiert worden als ein Wechsel der Magmengenese. Während der Bildung der Coya-Machalo-Formation im Tertiär war ein Extensionsmilieu mit einer relativ dünnen kontinentalen Kruste vorherrschend, während im Miozän eher eine mächtige kontinentale Kruste dominierte. • Mafischer Intrusivkomplex Die Gesteine des mafischen Intrusivkomplexes sind die ältesten in der Mine zu findenden Gesteine (Abb.4). Typisch für sie ist die dunkle Farbe und die aphanitische bis porphyrische Erscheinung. Sie beinhalten 80% der Kupfermineralisation von El Teniente. Die Gesteine sind sehr stark alteriert, brekziiert und vererzt. Aufgrund dessen ist es sehr schwierig, trotz der texturellen Variationen der Gesteine, Kontakte und Abstufungen zwischen den einzelnen Texturtypen zu erkennen. Die Textur ist Resultat der starken Alteration, die nicht nur die Grundmasse verändert hat, sondern auch die magmatischen Minerale. Es treten relativ große Kristalle von vorwiegend Ca-Plagioklas und gelegentlich Klinopyroxen in einer feinkörnigen, kristallinen Masse, hauptsächlich bestehend aus Biotit und Aktinolith, auf. 3 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 Das Alter der mafischen Intrusivgesteine in der Mine ist nicht bestimmt worden, da sie durch verschiedene felsische Intrusionen und Brekzien in der Mine überprägt sind. • Felsische Intrusionen Im Gebiet der Mine gibt es zwei relativ große felsische Intrusionen. Aufgrund ihrer räumlichen Verteilung, ihrer Alter und der petrologischen Charakteristik stellen beide voneinander unabhängige Körper dar. Der größere Sewell-Diorit tritt südöstlich der Braden-Pipe auf (Abb.4). Dieser wurde mittels K-Ar auf ein Alter von 7,4 bis 7,1 Mio. a datiert. Der kleinere und jüngere Teniente-Dazit-Porphyr (Abb.4) wurde auf ein Alter zwischen 4,7 und 4,6 Mio. a datiert. Des Weiteren gibt es noch zahlreiche kleinere felsische Körper, wie Apophysen von porphyrischem Diorit, Tonalit oder Dazit. Der Sewell Diorit, der allerdings eher ein Tonalit ist, besteht teils aus gleichkörnigen und teils aus porphyrischen Gesteinen. Der Teniente Dazit Porphyr, ein lang gestreckter, Dike-ähnlicher Körper, besteht dagegen aus mehreren texturell verschiedenen porphyrischen Einheiten. Für viele Autoren stellt dieser die für die Vererzung verantwortliche Intrusion dar. Abb.4 Geologie der Gegend um El Teniente auf Level 5, 2284 m ü NN (SKEWES et al 2002) 4 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 • Jüngere Magmatische Gesteine Die jüngsten magmatischen Gesteine in der Lagerstätte sind Lamprophyr-Dikes, die nach der Vererzung intrudiert sind. Sie sind auf ein Alter von 3,8 bis 2,9 Mio. a datiert worden. In der näheren Umgebung der Lagerstätte finden sich noch jüngere Gesteine. Dies sind Lavaströme im Tal des Cachapaol-Flusses, welche auf ein Alter von 2,3-1,8 Mio. a datiert worden sind. 3.2 Brekzien Die Lagerstätte El Teniente beinhaltet mehrere verschiedene magmatisch-hydrothermale Brekzien, sowohl vererzt, als auch unvererzt. Die Braden Pipe (Abb.4), der größte Brekzien-Schlot, ist die zentrale lithostrukturelle Einheit der Lagerstätte. Sowohl diese, als auch die biotitreiche Brekzie, die den Sewell-Diorit schneidet, und die Anhydrit-führende Brekzien sind aufgrund ihrer Farbe, der Textur und der Mineralogie leicht zu erkennen. Neben diesen gibt es jedoch noch weitere Brekzien, z.B. einige, die mit einer hohen Kupfervererzung verbunden, jedoch sehr schwer zu erkennen sind. Dies hat zwei Gründe, zum einen unterscheiden sich Matrix und Klasten nicht sehr stark und zum anderen liegen diese Brekzien in Regionen, wo andere Brekzien und felsische Intrusionen mit entsprechender Alteration auftreten. Außerdem haben sekundäre Ereignisse auf die Brekzien eingewirkt. Die Herkunft der Klasten hängt teilweise von der Lage der Brekzien und teilweise vom Alter der Bildung ab. Deshalb werden die meisten Brekzien abhängig von den häufigsten Mineralen bzw. Komponenten in ihrer Matrix klassifiziert. Die Matrix kann aus Turmalin, Anhydrit, Biotit, Gips, Magnetit und Gesteinsmehl bestehen. Die Kontakte der Brekzienränder mit dem Nebengestein können scharf oder gradiert sein, oftmals verbunden mit einem Stockwerk von Adern, ausgehend von der Grenze der Brekzie in das Nebengestein. Die verschiedenen magmatisch-hydrothermalen Brekzien, die in El Teniente beobachtet worden sind, zeigen eine komplexe Abfolge von mehreren Intrusionen, einhergehend mit Brekziierung und Alteration, die in der Ablagerung der großen Menge an hochgradigem Kupfererz resultieren. Die nachfolgende Aufzählung der Brekzien geschieht von der ältesten zur jüngsten. • Magnetit-führende Brekzien Obwohl Magnetit-führende Brekzien nicht in der Mine beschrieben worden sind, sondern nur nördlich, bzw. südlich der Lagerstätte, sind sie in der Mine durch gefundene Magnetit-Kristalle und Stockwerksadern vorhanden. Diese Brekzien sind nicht für die Cu-Vererzung verantwortlich. Die Matrix der Magnetit-führenden Brekzien besteht aus Magnetit, Aktinolith, Turmalin, Quarz, Apatit und Kalifeldspat, Sekundärminerale bestehen aus Magnetit, Aktinolith, Chlorit, Quarz und Feldspat. • Biotit-führende Brekzien Biotit-führende Brekzien bestehen hauptsächlich aus braunem Biotit, können aber auch unterschiedliche Mengen an Turmalin, Quarz, Feldspat, Kupfersulfiden und anderen Mineralen aufweisen. Die Biotitkristalle in der Matrix können entweder feinkörnig sein oder aber auch mehrere Zentimeter Größe erreichen. Biotitreiche Brekzien besitzen normalerweise hohe Kupfer-Gehalte. Die Brekzien sind mit der Entwicklung von Stockwerken aus Biotit-reichen Adern im Nebengestein verbunden. Da man Fragmente der Biotit-führenden Brekzie in verschiedenen anderen Brekzien gefunden hat, geht man davon aus, dass die Biotit-führende Brekzie, wie auch die Adern und die intensive Biotit-Alteration sehr zeitig entstanden ist. Allerdings überdecken sie die Magnetit-AktinolithAlteration, sie haben sich demnach erst nach der Magnetit-Aktinolith-Alteration. Der Biotit ist durch spätere Alterationsereignisse, hervorgehend aus der Intrusion jüngerer Brekzien und Plutone, oftmals zu Chlorit und Serizit umgewandelt. 5 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 Die Biotit-führende Brekzien kommen in Gebieten mit hochgradigem hypogenem Kupfer vor, sowohl in dem Ring, der die Braden Pipe umgibt, als auch in Gebieten östlich und nordöstlich der Braden Pipe. Die Verbreitung ist bis heute aber noch nicht vollständig auskartiert. • Magmatische Brekzien Mit diesem Namen werden Brekzien bezeichnet, deren Matrix Biotit, Quarz, Feldspat, Anhydrit, Chalkopyrit und Eisenoxide beinhaltet. Sie sind typischerweise fein- und gleichkörnig. Magmatische Brekzien haben dieselbe Zusammensetzung wie Biotit-führende Brekzien, aber beinhalten in der Regel weniger Biotit. Sie beinhalten oftmals Klasten von Biotit-alterierten mafischen Gesteinen. In einigen Gegenden der Mine sind diese Brekzien mit einer hochgradigen Kupfer-Vererzung verbunden. So besteht zum Beispiel die Brekzie im Esmeralda-Sektor, nordöstlich der Braden Pipe, aus gerundeten Klasten von Tonalitgesteinen und Biotit-alterierten mafischen Gesteinen in einer chalkopyritreichen magmatischen Matrix. Diese Brekzie beinhaltet mehr als 1,5% Kupfer (Abb.5). Abb.5 Magmatische Brekzie, Molybdänit, Chalkopyrit, Anhydrit (SEIFERT 2001) • Anhydrit-führende Brekzien Anhydrit ist ein sehr oft anzutreffendes Mineral in den Brekzienkörpern der Mine, oftmals vorkommend mit Biotit, Turmalin, Quarz und Gips und anderen Mineralen. Anhydrit-führende Brekzien sind gewöhnlich heterolithisch, mit Klasten von sowohl Biotit-alterierten mafischen Gesteinen als auch felsischen Intrusivgesteinen. Die Brekzien bildeten sich in Gebieten, die vorher durch Biotit-führende bzw. magmatische Brekzien brekziert wurden. Die Anhydrit-führenden Brekzien haben sich demnach später enwickelt. Die Brekzien sind weit verbreitet in der Lagerstätte (Abb.4). Abb.6 Anhydrit mit Chalkopyrit 1200 E / 200 S (siehe Abb.4) (SEIFERT 2001) • Turmalin-führende Brekzien Turmalin ist ebenfalls eine häufige Komponente vieler Brekzien, vor allem z.B. in der Rand-Brekzie der Braden-Pipe. Turmalin-Brekzien können monolithisch oder heterolithisch auftreten. Die Klasten sind silifiziert und serifiziert, entweder komplett, oder, bei großen Klasten, nur an den Rändern. Turmalin-führende Brekzien können entweder vererzt oder erzarm sein. Abb.7 Turmalin-reiche Rand-Brekzie der Braden-Pipe mit Klasten von Biotit-alterierten mafischen Gesteinen (SKEWES et al 2002) 6 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 Die größte Turmalin-führende Brekzie in El Teniente ist die Rand-Brekzie der Braden-Pipe. Des Weiteren gibt es sie noch südlich der Braden-Pipe in mafischen Intrusionen. Diese Brekzien können dort lokal Kupfer-Gehalte von mehr als 6% und mehr als 1% Molybdän beinhalten. • Gesteinsmehlführende Brekzien Einige Brekzien, zum Beispiel der zentrale Teil der Braden-Pipe, besitzen eine Matrix von kleinen Fragmenten(<1mm) aus Mineralen und Gesteinen. Diese Brekzien sind heterolithisch mit Fragmenten aller in der Mine vorkommenden Gesteinstypen. Je nach Zement ist die Brekzie verschieden farbig. Die vielen verschiedenen Gesteinsfragmente zeigen, dass sich diese Brekzien in einem späten Stadium der Brekziierung gebildet haben. Sie sind mittels K-Ar auf ein Alter von 4,5 Mio. a datiert worAbb.8 Heterolithische Gesteinsmehl-Brekzie aus dem den. Zentralteil der Braden-Pipe (SKEWES et al 2002) 3.3 Alteration Alle Gesteine in der Gegend der hypogenen Kupfervererzung in El Teniente zeigen Merkmale mehrerer Alterationsereignisse. Jedes dieser Alterationsereignisse, die für die Vererzung verantwortlich sind, treten mit der Entwicklung einer bestimmten Art von Gangtypen, zeitlich und räumlich verbunden mit der Platznahme von verschiedenen Brekzien und Intrusionen auf. Die mafischen Intrusivgesteine, die mehr als 80% der hypogenen Kupfervererzung beherbergen, sind am meisten von diesen Alterationsereignissen betroffen. Die intensive Biotit-Alteration ist am weitesten verbreitet, sie betrifft die mafischen Gesteine auf einer Fläche von 2,7x2 km, was der Fläche mit den hohen Kupfergehalten entspricht. Sekundärer Biotit ist das häufigste Alterationsmineral, welches zwischen 20 und 50% des Volumens in den alterierten Gesteinen einnimmt. Die Biotit-Alteration ist die erste Hauptstufe, die mit einer Vererzung verbunden ist. Darauf folgen noch weitere Alterationsund Vererzungsereignisse, die auf der Biotit-Alteration aufbauen. Die Biotit-Alteration schließt an ein Magnetit-Aktinolith-Alterationsereignis an. Dieses Ereignis ist aber nicht mit einer Vererzung verbunden. Es folgt eine Übersicht der wichtigsten, beginnend mit der ältesten, Alterationstypen. • Magnetit-Aktinolith-Alteration Die Magnetit-Aktinolith-Alteration, verbunden mit Magnetit-Aktinolith-Gängen, ist sehr stark überprägt durch die darauffolgende Biotit-Alteration. Deshalb ist nur sehr wenig über die Verbreitung dieser Alteration bekannt. Sie betrifft hauptsächlich die Gabbros, Diabase und basaltischen Porphyrintrusionen. Magnetit und Aktinolith, oder auch Aktinolith-Hornblende, ersetzen Klinopyroxen gewöhnlich pseudomorph. Kalziumplagioklase erscheinen normal zoniert und können feine Einschlüsse von Magnetit und Aktinolith zeigen. Gesteine, die von der Magnetit-Aktinolith-Alteration beeinflusst sind, behielten ihre ursprüngliche Textur, sind hochmagnetisch und besitzen nur geringe Mengen an Kupfer. • Biotit-Alteration Die Biotit-Alteration ist die erste wichtige Alteration, die mit der Kupfervererzung verbunden ist. Die Alteration greift bevorzugt die mafischen Intrusionen an, die den Großteil der Kupfervererzung beher- 7 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 bergen. Durch diese Alteration sind die petrologischen Merkmale der ursprünglichen Intrusionen völlig verändert, die originalen Texturen der Intrusionen sind nahezu vollständig zerstört. Die Biotit-Alteration erscheint weiträumig mit einer isotropen Verteilung im mafischen Gestein, eng verbunden mit einem dichten Stockwerk von Biotit-Adern. Dichte Stockwerke dieser Adern sind am häufigsten am Rande der Brekzien anzutreffen. Die Sulfidminerale in Biotit-Adern bestehen hauptsächlich aus Chalkopyrit mit Anteilen von Bornit, Pyrit und Molybdänit. Diese Adern beinhalten den Hauptteil der Vererzung in der Lagerstätte. • Späte Magmatische Alteration Diese Alteration schließt die Bildung von Adern, bestehend aus Quarz, Anhydrit, Kalifeldspat, Biotit, Chlorit und Sulfidmineralen, ein. Die Adern schneiden zwar die vorhergehende Biotit-Alteration, aber alterieren diese nicht. Sie ist aufgrund der ähnlichen Minerale leicht mit den Adern der BiotitAlteration zu verwechseln. Die meisten der Adern bestehen jedoch nur aus Quarz, Anhydrit und Sulfiden, ohne Biotit. Die Sulfidminerale in diesen Gängen sind Chalkopyrit, Bornit, Pyrit und Molybdänit. In einigen Regionen der Mine spielt diese Alteration eine wichtige Rolle in der Vererzung, zum Beispiel in der Gegend des Teniente-Dazit-Porphyrs. Hauptsächlich konzentriert sich die Verbreitung der Alteration auf den nördlichen Teil der Lagerstätte, im südlichen Teil ist diese von anderen Alterationen später noch einmal überprägt worden. • Hydrothermale Alteration Diese Alteration ist gekennzeichnet durch die Zerstörung der vorher existierenden Minerale und die Ersetzung dieser hauptsächlich durch Quarz und Serizit. Zonen, die sulfidmineralreiche Adern umgeben, können Quarz, Chlorit und Anhydrit enthalten. Die wichtigsten Erzminerale in den Adern sind Chalkopyrit, Pyrit und Molybdänit. Die Intensität der Alteration ist abhängig von der Dichte und der Größe der Adern. Sie kann variieren von abwesend bis sehr stark. Dieser Typ von Alteration kommt hauptsächlich in den oberen Bereichen der Lagerstätte vor und umgibt den Teniente-Dazit-Porphyr sowie den Sewell-Diorit. Tiefer in der Lagerstätte nimmt die Intensität ab. • Späte Hydrothermale Alteration Die Gänge dieser Alteration bestehen aus einer Vielzahl von Mineralen, z.B. Quarz, Turmalin, Anhydrit und Serizit. Sie tendieren dazu, mächtiger als die Gänge der eigentlichen hydrothermalen Alteration zu sein. Die späte hydrothermale Alteration ist räumlich verbunden mit der Bildung der BradenPipe und einzeln auch mit der Randbrekzie. Sie tritt auch in Gegenden mit Turmalin-Brekziierung, z.B. südlich der Braden-Pipe, auf. • Postuma Alteration Sie ist die letzte Stufe der Alterationen und ist auf die Gesteinsmehl-Brekzie des Braden Pipes beschränkt. Sekundäre Minerale, die sich mit der Postuma Alteration gebildet haben, sind Serizit, Kalzit und Chlorit, mit disseminierten Pyrit und vereinzelt Chalkopyrit. • Sekundäre Alteration Eine Zone sekundärer Alteration tritt oberhalb des Bereiches von Anhydrit auf. Hauptsächlich treten Tonminerale auf. Die Kupfersulfide sind durch Limonit und Hämatit ersetzt. Unterhalb einer Zone mit sekundärer Alteration gibt es eine Zone, wo sich die Kupfergehalte verdoppelt haben. 3.4 Kupfervererzung Der Großteil der Kupfervererzung tritt in den tiefgründig alterierten mafischen Intrusiva der Mine mit Gehalten zwischen 0,75 und 1,5% auf. Sehr hohe Kupfergehalte mit über 1,5% sind unregelmäßig um die kupferarmen Kerne des Teniente-Dazit-Porphyrs und der Braden-Pipe verteilt. Teilweise, wie zum Beispiel an den Flanken des Dazit-Porphyrs, ist die sekundäre Alteration Grund der hohen Kupferan- 8 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 reicherung. Es gibt noch weitere Regionen, wo hohe Kupfergehalte auftreten. Die Brekzienkomplexe, wie zum Beispiel östlich der Braden-Pipe oder im Esmeralda-Sektor, sind ebenfalls stark kupfervererzt. Im Esmeralda-Sektor befinden sich 3,5 Mio. t Kupfer bei einem durchschnittlichen Gehalt von 1% (Abb.9). Es ist sicher, dass die Kupfererzung in El Teniente durch eine Mehrzahl von unabhängigen Ereignissen geschah. Dabei ist Chalkopyrit das wichtigste Kupfersulfid. Bornit tritt in den Regionen um die kupferarmen Kerne des Teniente-Dazit-Porphyrs und der Braden-Pipe auf. Die Metalle der Lagerstätte, allen voran Kupfer und Molybdän sind alle aus demselben Magma hervorgegangen. Dies wird durch die Ähnlichkeit der 187Os/188Os-Verhältnisse deutlich, die in den Mineralen gemessen wurden. Des Weiteren sind die Osmium-Verhältnisse, ebenso wie die Blei-IsotopenVerhältnisse, eher dem Mantel als der Kruste ähnlich. Somit wird deutlich, dass die Metalle, ebenso wie die Magmen, aus denen sie entstammen, sich im Sub-Andischen Mantel gebildet haben. Abb.9 Kupfergehalte im Lagerstättendistrikt El Teniente (SKEWES et al 2002) 4. Diskussion El Teniente hat vieles mit den beiden anderen Kupferlagerstätten in Zentralchile, Los Pelambres und Rio Blanco-Los Bronces gemeinsam. Sowohl das Alter, die große Menge an Kupfer und das Vorhandensein von mehrmals vererzten Brekzien sind in diesen Minen gleich. In El Teniente sind die Brekzien auf einem engen Raum verteilt. Das Zentrum der Lagerstätte stellt die mächtige kupferarme Gesteinsmehl-Brekzie der Braden-Pipe mit der turmalinreichen Randbrekzie dar. 4.1 Magmatische Evolution der Lagerstätte Die Nebengesteine der Lagerstätte bilden mafische Intrusivgesteine. In der Zeit von 7,1 bis 4,6 Mio. a intrudierten felsische Plutone in dem Gebiete, denen intermediäre Dikes und mafische Laven folgten. Dies ist schlüssig mit der hauptsächlich mafischen Natur des Andischen Magmatismus. Während der 9 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 Zeit, als die felsischen Plutone in das mafische Muttergestein intrudierten, wurden weiterhin mafische Magmen im Mantel gebildet, die in die Kruste aufstiegen, wie man an der Intrusion des Porphyr A in den Sewell-Diorit erkennen kann(Abb.4&11). Mafische Magmen, die an die Basis eines sich entwickelnden felsischen Plutons geraten, stellen dem Pluton Wärme zur Verfügung, damit dieser wachsen kann. Außerdem stellen die mafischen Magmen fluida und Schwefel, sowie Kupfer, Eisen, Bor, Osmium, u. a. mantelkompatible Elemente. Die Entstehung von copper porphyry Lagerstätten beruht auf der Entmischung von wässrigen Fluidphasen aus teilweise kristallisierten Magmen im obersten Krustenstockwerk. Durch fortschreitende randliche Kristallisation eines primär wasseruntersättigten, intermediären Magmas (3 % H2O) kommt es zu einer Anreicherung von volatilen Phasen im Restmagma. Bei Überschreitung des lithostatischen Auflastdruckes durch den internen Volatildruck kommt es zum so genannten retrograden Sieden (second boiling) und zur Entmischung einer wässrigen Fluidphase. Die daraus resultierende Volumenzunahme führt zu einer Überschreitung der Zugfestigkeit des Gesteins und somit zu einer intensiven Bruchbrekziierung (stockwork) des umgebenden Gesteins. (Abb.10). In El Teniente wurden auf diese Weise zuerst die die Biotit-, magmatischen und Anhydritbrekzien mit entsprechender Alteration und Kupfervererzung gebildet. Vom mittleren bis zum späten Miozän nahm der Eintrag mantelgenerierten Magmas in die Basis der felsischen Magmenkammer ab, was gleichzeitig mit der Verflachung des Subduktionswinkels und der ostwärts gerichteten Wanderung der magmatischen Aktivität der Anden einhergeht. Abb.10 Schematische Darstellung zur Theorie der Brekzienbildung in Porphyrys (nach PHILLIPS 1973) 4.2 Genese der Lagerstätte Die Bildung der Lagerstätte begann mit der Intrusion mafischen Magmas in Form eines Lakkoliths in die Formationen des miozänen Teniente-Vulkanit-Komplex (Abb11a). Warum Magmatismus und Vererzung in solch einem speziellen Gebiet über einen begrenzten Zeitraum stattfanden, bleibt eine wichtige Frage im Verständnis warum sich solche Lagerstätten in manchen Regionen der Anden bilden, obwohl viele der Plutone erzarm sind. Dafür kann man drei Möglichkeiten, die miteinander in Wechselbeziehung stehen, annehmen. Die erste ist das Aufeinandertreffen von drei verschieden gerichteten Krustenstrukturen. Dadurch werden riesige Mengen an Magma bereitgestellt, vergleichbar mit den großen Calderen in Zentralchile, die am Schnittpunkt des nord-süd-gerichteten Andischen Bogens mit nordwest-südost-gerichteten Segmenten liegen. Des Weiteren kann die Segmentierung des subduzierten Slabs eine Rolle spielen. Los Pelambres und El Teniente liegen auf der Grenze der zwei Großsegmente (Abb.3). Dritte Möglichkeit kann die magmatische Aktivität aufgrund von rheologischen Kontrasten in den Bereichen unter den Lagerstätten sein. 10 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 Abb.11 Schematische Darstellung der einzelnen Entwicklungsstufen der Lagerstätte (SKEWES et al 2002) Nach der Bildung des mafischen Lakkoliths, in dem die Lagerstätte liegt, wurde dieser aufgrund der Zirkulation von magmatischen Fluida und konnaten Wässern durch eine Magnetit-AktinolithAlteration verändert. Anschließend entwickelten sich mehrere Biotit-führende Brekzien, verbunden mit Biotit-Adern, intensiver Biotit-Alteration und der ersten Stufe der Kupfer-Vererzung, oberhalb einer sich entwickelnden Magmenkammer, die, endgültig auskristallisiert, den Sewell-Diorit (Abb.11b) bildeten. Dieser Tonalit sowie weitere jüngere felsische und mafische Apophysen intrudierten in die Brekzien und das alterierte und vererzte Gestein (Abb.11c). Dies geschah im Zeitraum von frühestens 7,1 Mio. a bis 5,7 Mio. a. Die Brekzienbildung ging ebenso weiter und stellte dabei dem System dabei Kupfer zur Verfügung, auch nach der Kristallisation des Sewell-Diorits (Abb.11d). 11 Carsten Weise Die Geologie von El Teniente Juni 2003 Die jüngsten porphyrischen Intrusionen, die Latit-Dykes und der Teniente-Dazit-Porphyr, sind zeitlich mit der Bildung der vererzten und unvererzten Turmalin-, Anhydrit- und Gesteinsmehl-führenden Brekzien, verbunden, ebenso wie die Serizit-Alteration in den oberen Teilen der Mine zwischen 6,4 und 4,4 Mio. a (Abb.11e). Die jüngste dieser Turmalin- und Gesteinsmehl-reichen Brekzien ist die Braden-Pipe (Abb.11f). Es ist sicher, dass sich diese in mehreren Stufen bildete, allerdings ist die zeitliche Einordnung schwer zu klären. Ein Großteil der Kupfer-Mineralisation in El Teniente ist als Chalkopyrit während eines frühen Stadiums der intensiven Biotit-Alteration eingebracht worden. Auch die Intrusion von vererzten magmatischen, Anhydrit- und Turmalin-führenden Brekzien östlich, nordöstlich und südlich der Braden Pipe fügte der Lagerstätte Kupfer zu und schuf einzelne Gebiete mit hohen Kupfer-Gehalten. Ein erzarmer Kern ist typisch für viele Porphyry-Lagerstätten (Lowell und Guilbert, 1970). In El Teniente ist dieser Kern mit Sicherheit erst in einem späten Stadium gebildet worden. Obwohl Copper-Porphyries normalerweise immer Brekzien enthalten, ist El Teniente, ebenso wie Los Pelambres und Rio Blanco-Los Broncos, eher als eine riesige Magmatische-Hydrothermale Brekzienlagerstätte zu bezeichnen. 5. Literatur Camus, F.: „Geology of the El Teniente orebody with emphasis on wall-rock alteration”, Economic Geology, vol.70, S.1341-1372, December 1975 Maksaev, V: „40Ar/39Ar Geochronology of the El Teniente Porphyry Copper”, cipres.cec.uchile.cl/~vmaksaev/S5_Maksaev.pdf Schultz , F., Warmada, W.: „Copper porphyry Lagerstätten in den zentralen Anden“, nakula.rvs.uni-bielefeld.de/warmada/ Articles/porphyry.html Skewes, A: „The Giant El Teniente Breccia Deposit: Hypogene Copper Distribution an Emplacement“, Annual Meeting of Economic Geologists, Publ. 9, S.299-332, 2002 Korrespondenz mit cand. rer. mont. Reik Winkel Exkursionsbericht Universität Stuttgart, www.uni-stuttgart.de/imi/exkursionen/chile2000 12
