Porphyry-Copper-Lagerstätten, porphyrischeKupferlagerstätten, ausgedehnte Körper niedriggehaltiger Kupfersulfidlagerstätten, die in der Regel mit intermediären oder sauren Intrusionskörpern, die porphyrische Textur aufweisen, assoziiert sind. Wichtigste primäre Erzminerale sind Pyrit, Kupferkies (Chalkopyrit), Bornit sowie gelegentlich Molybdänglanz (Molybdänit) oder Gold. Innerhalb der Lagerstätte sind die sulfidischen Erzminerale in der Regel relativ gleichmäßig, wenn auch zoniert, verteilt; sie liegen häufig in einem Netzwerk von kleinen Gängchen (Stockwerk) vor. Die Mineralisation tritt nicht nur in den porphyrischen Intrusionen selbst, sondern auch in deren Nebengestein auf. Beide sind meist ausgedehnt und intensiv hydrothermal umgewandelt. Supergene Anreicherung spielt für die Wirtschaftlichkeit von Porphyry-Copper-Lagerstätteneine wichtige Rolle, d.h. häufig sind nur die sekundären Erze der Zementationszone bauwürdig. Wichtige Erzminerale der Zementationszone von Porphyry-Copper-Lagerstätten sind Chalkosin, Digenit sowie gelegentlich Covellin, Cuprit und gediegen Kupfer.

Etwa die Hälfte der derzeitigen Weltkupferproduktion stammt aus Porphyry-Copper-Lagerstätten. Die Erzgehalte bewegen sich im Bereich von 0,5% bis 1% Cu, gelegentlich auch darüber oder darunter. Die Größe der Lagerstätten liegt typischerweise bei einigen hundert Millionen Tonnen Kupfererz, im Fall der seit Anfang des Jahrhunderts in Produktion stehenden Porphyry-Copper-LagerstätteBingham in Utah (USA) bei >3 Mrd. t Erz. Gold und Molybdän sind wichtige Beiprodukte von Porphyry-Copper-Lagerstättenund entscheiden in zunehmendem Maße über ihre Wirtschaftlichkeit. In sog. goldreichen Porphyry-Copper-Lagerstättenbewegen sich die Goldgehalte zwischen 0,4 ppm und gelegentlich sogar 2 ppm (parts per million). Silbergehalte bis 4 ppm treten in diesen Lagerstätten mit dem Gold auf, sind aber ohne wirtschaftliche Bedeutung. Viele Porphyry-Copper-Lagerstätten enthalten auch Molybdängehalte zwischen 0,01 und 0,05%, manche bis zu 0,2% Mo.

Global zeigen Porphyry-Copper Lagerstätten ein spezifisches Verteilungsmuster. Sie treten hauptsächlich in drei Gürteln auf: a) an der Westseite von Nord- und Südamerika, b) im Südwestpazifik zwischen den Inseln Taiwan und Bougainville und c) in einem alpidischen Gürtel zwischen Rumänien und Pakistan. Geotektonisch gesehen sind sie überwiegend an Plattengrenzen gebunden, meist an aktive oder ehemalige Subduktionszonen vom Inselbogen- oder Kontinentaltypus. Porphyry-Copper-Lagerstättenweisen häufig tertiäres Alter auf (Tertiär), aber aus British Columbia (Kanada) sind auch Beispiele aus dem frühen Mesozoikum bekannt. Es wird heute davon ausgegangen, daß es bereits seit dem Präkambrium zur Bildung von Porphyry-Copper-Lagerstättenkam und daß das scheinbare Überwiegen der tertiären Bildungsalter eine Funktion der hohen Hebungsraten und der rapiden Abtragung in Vulkanit-/Plutonitgürteln ist.

Fünf verschiedene Typen von Alteration kommen in und um Porphyry-Copper-Lagerstättenvor ( Abb. 1): a) Die K-Silicat-Alteration ist durch neugebildeten Kalifeldspat (Orthoklas) und Biotit gekennzeichnet. Ersterer verdrängt Plagioklas, letzterer Hornblende. b) Die propylitische Alteration ist durch die Bildung von Chlorit (Chlorit-Gruppe) und Epidot auf Kosten von Plagioklas und mafischen Mineralen gekennzeichnet. c) Im Fall der sericitischen Alteration sind Feldspäte und mafische Minerale teils oder vollständig zu einem Quarz-Sericit-Pyrit-Gestein umgewandelt. d) Die argillitische Alteration ist durch die Minerale Sericit, Illit, Smectit, Chlorit und Calcit gekennzeichnet. e) Bei der fortgeschrittenen argillitischen Alteration entstehen u.a. die Minerale Chalcedon, Alunit, Pyrophyllit, Diaspor und Kaolinit. Dieser Alterationstyp ist der letzte während des Hydrothermalstadiums eines Porphyry-Copper-Systems und überlagert die anderen Alterationstypen. Die Grenzfläche zwischen der fortgeschrittenen argillitischen Alteration und den darunterliegenden Alterationstypen stellt den Übergang vom epithermalen Bildungsbereich einer Porphyry-Copper-Lagerstätte zum subvulkanischen Bildungsbereich (subvulkanische Lagerstätten) dar.

Die fünf genannten Alterationstypen treten zoniert und in zeitlicher Abfolge auf ( Abb. 2), ebenso wie die primären Sulfiderze Chalkopyrit, Bornit und Pyrit, die entweder für sich allein oder kombiniert miteinander schalenähnliche Zonen bilden. So zeigen z.B. die primären Sulfiderze des El Salvador-Porphyry-Copper-Erzkörpers in Chile vom Zentrum zur Peripherie folgenden Zonarbau: Chalkopyrit-Bornit-Zone – Chalkopyrit-Pyrit-Zone – Pyrit-Zone – Pyrit-Bornit-Zone. Das Kupfer/Eisen-Verhältnis und das Metall/Schwefel-Verhältnis sind in diesem Fall im Zentrum am höchsten und nehmen zur Peripherie hin ab. Derartige Zonierungen reflektieren – ebenso wie im Fall der Alterationstypen – die sich ändernde Zusammensetzung der mineralisierenden Fluide im Verlauf der Lagerstättenbildung, z.B. durch Reaktion der Fluide mit Nebengesteinen. Auch mehrere aufeinander folgende Schübe mineralisierender Fluide können einen Zonarbau bewirken; die jeweiligen Zonen überlagern sich bisweilen. Im Fall der Porphyry-Copper-Lagerstätte El Salvador (Chile) erfolgte die Bildung der hypogenen, primären Sulfidmineralisation in einem Zeitraum von weniger als einer Million Jahre und stand ausschließlich mit der Intrusion von porphyrischen Granodioriten in Verbindung, obwohl das geologische Umfeld aus multiplen Intrusionen besteht. In Porphyry-Copper-Lagerstättenmigrieren die mineralisierenden Fluide weitgehend durch hochgradig frakturiertes Gestein. So entsteht bei Absatz des Erzes in zahlreichen, kurzen, sich kreuzenden Rissen und kleinen Brüchen die typische Stockwerksvererzung. Die intensive Frakturierung des Gesteines kann eine Funktion der Kristallisation und Abkühlung des Intrusionskörpers oder aber der explosionsartigen Zerbrechung während der Austreibung von Fluiden aus dem sich abkühlenden Magma sein. Es werden bis zu hundert kleiner und kleinster Gängchen pro Quadratmeter in Stockwerksvererzungen von Porphyry-Copper-Lagerstättenbeobachtet.

Die in älterer Literatur verbreitete Ansicht, daß goldreiche Porphyry-Copper-Lagerstätten ausschließlich in Inselbogenmilieus (Inselbogen) gebildet wurden und daß molybdänreiche nur in kontinentalen Milieus entstanden, ist heute nicht mehr haltbar. Goldreiche Porphyry-Copper-Lagerstätten sind nicht ein eigenständiger Lagerstättentypus, sondern repräsentieren das goldreiche Ende des gesamten Porphyry-Copper-Lagerstätten-Spektrums. Sie entstehen unabhängig von der Zusammensetzung und der Dicke der unterliegenden Kruste. Im folgenden sind einige Charakteristika des ökonomisch zunehmend wichtiger werdenden goldreichen Porphyry-Copper-Lagerstättentypus angeführt: Der überwiegende Teil des Goldes in goldreichen Porphyry-Copper-Lagerstätten wird zusammen mit Kupfer während der Phase der K-Silicat-Alteration eingebracht, und generell korrelieren Gold und Kupfer in Porphyry-Copper-Lagerstätten positiv. Das Gold ist feinkörnig (häufig 20 μm, immer 60 μm) und liegt überwiegend in gediegener Form vor. Gelegentlich treten Goldtelluride auf. Das Gold ist räumlich eng mit den auftretenden Kupfer-Eisen- sowie Eisensulfiden vergesellschaftet, entweder als Verwachsung, Aufwachsung oder Einschluß in Quarzkörnern. Untersuchungen an Flüssigkeitseinschlüssen sowie Isotopen zeigen, daß Gold und Kupfer in K-Silicat-Alterationszonen als Chloridkomplexe in 350ºC bis >700ºC heißen, magmatisch-hydrothermalen Lösungen transportiert wurden. Die Gehalte an Chlor, Schwefel, Gold und Kupfer in den Lösungen stammen wahrscheinlich aus dehydrierter, subduzierter ozeanischer Kruste unter Vulkanit-/Plutonitgürteln. Viele, aber bei weitem nicht alle goldreichen Porphyry-Copper-Lagerstättensind durch weitgehendes Fehlen von Molybdän gekennzeichnet. Darüber hinaus gibt es keine spezifischen Parameter, die einzigartig für goldreiche Porphyry-Copper-Lagerstätten sind. Allerdings weisen 80% dieser Lagerstätten deutliche Anreicherungen von hydrothermalem Magnetit auf. Weiterhin ist neben der K-Silicat-Alteration auch eine Kalksilicat-Alteration anzutreffen, die durch die Anwesenheit von Amphibol, Pyroxen oder Granat charakterisiert ist. Daneben ist die sericitische Alteration seltener als in goldarmen Porphyry-Copper-Lagerstätten. Goldreiche Porphyry-Copper-Lagerstätten – auch die kupferarmen Endglieder, die fast ausschließlich Gold führen – treten mit Porphyrintrusionen unterschiedlichster Zusammensetzung auf: kaliumarm bis kaliumreich, kalkalkalin sowie alkalin. Sowohl molybdänreiche als auch goldreiche Porphyry-Copper-Lagerstätten treten in Verbindung mit kalkalkalischen Intrusionen auf, aber nur die goldreichen sind Begleiter von Alkaliintrusionen. Die goldreichsten Porphyry-Copper-Lagerstätten (1,5-2 ppm Au) finden sich allerdings mit kaliumarmen kalkalkalinen Dioriten und Quarzdioriten. Goldreiche Porphyry-Copper-Lagerstätten enthalten zwischen einigen Zehnertonnen bis hin zu 900 Tonnen Gold. [WH]