2019/6/16

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チリの銅鉱床と銅の集積機構

－構造侵食の重要性－

Copper ore deposits in Chile and metallogenic copper accumulation mechanism.

- The significance of Tectonic Erosion -

日鉄鉱コンサルタント株式会社

2019年6月11日

世界の国別銅産出量（USGS, 2016）

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・何故、チリには莫大な銅が濃集しているのでしょうか？・いったい、銅が濃集するプロセスを規制する要因は何なのでしょうか？

世界の国別の銅生産量と埋蔵量

環太平洋地域の沈み込み帯直上の大陸縁辺部及び島弧における銅埋蔵量

Sillitoe, 2012

The copper reserves are different from place to place, even in the Circum-Pacific subduction zone.

⇒ The amount of copper reserves is excellent in the western coastal region of South America.

⇒ The northern Chile (central Andes) is especially famous for occupying about 30% of the world copper reserves.

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銅鉱床のタイプと銅の埋蔵量割合

• この表は、世界全体の銅埋蔵量を100％として銅鉱床タイプごとの埋蔵量割合を示したもの。

• 銅埋蔵量の大部分（約7割）は斑岩銅鉱床に由来する。

• 鉱山数として最も多いのは過去の海底熱水鉱床と云えるVMS鉱床であり，1,978鉱山のうち半数となる約900鉱山を占めるが，銅鉱床タイプとしての埋蔵量割合は5％程度に過ぎない。

斑岩銅（ポーフィリーカッパー）鉱床周辺の模式断面図

Modified from Richards (2005); sources: Sillitoe (1973, 2010), Dilles (1987), Shinohara and Hedenquist (1997), Hedenquist et al. (1998), and Fournier (1999).

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層準規制型銅鉱床：チリの El Soldado 鉱床の模式断面図

（ANGLO AMERICAN社公表説明資料）

Chuquicamata mine, one of the largest porphyrycopper mines in the northern Chile.

チリ北部には鉱床タイプの異なる世界最大級の銅鉱床が数多く存在する

Strata-bound copper deposit of the AtacamaKozan (Nittetsu Mining Co., Ltd) in the northernChile.

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銅の起源

• 銅の起源については、各種元素の同位体をもとに議論されており、結論として銅はマントル起源のマグマからもたらされたと推定されている。

• とは言え、チリ直下のマントルが初生的に常に銅に富んでおり、中生代から新生代にかけて莫大な量の銅を地表付近に供給し続けたとは考え難い。

• 銅に関しては、通常、中央海嶺直下から上昇するマグマに由来し、初生的には海底熱水鉱床のような形で濃集し、海洋地殻の表層部に固定される。

• 海底熱水鉱床を含む海洋地殻は、プレート運動によって大陸縁辺部の沈み込み帯まで運ばれ、大陸地殻に付加されるか、あるいは大陸地殻下に沈み込む。

海底熱水鉱床のイメージ

（2012年8月1日付、DOWAエコジャーナルより引用）

海底熱水鉱床とは、海底から有用な金属に富む熱水が噴出し、銅、鉛、亜鉛、金、銀、レアメタル等の元素が沈殿し、濃集したもの。

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プレート収束域・発散域及び現世の海底熱水鉱床の分布地域

（飯笹幸吉, 2006.9 金属資源レポート, p.155, 海底鉱物資源(3) 海底熱水鉱床：日本と世界）

大陸縁辺部で起こる２つの対照的な地質現象

(1) The East Pacific Ocean Rise deviatefrom the Pacific center, being close to thewestern margin of South American plate.

(2) Convergent plate boundaries develop along Japan and Chile.

(3) However, porphyry copper ore deposits develop in Chile, but not in Japan.

⇒ Two contrasting processes operating at continental margin along Japan and Chile.

プレート境界と斑岩銅鉱床の分布地域

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海洋プレートの形成年代と分布状況(Muller et al., 2008).

寒色部分は1億年以上前に形成された古いプレート、暖色部分は30万年以降の若い時代に形成された新しいプレートであることを示している。

大陸縁辺は灰色、大陸は白色、黒線はプレート境界及び赤三角のプロットは活火山を表している。

日本列島沿いの沈み込み帯には古い冷たい海洋プレートが沈み込んでいるのに対し、南米大陸西縁部には出来立ての新しい温かい海洋プレートが沈み込んでいる。

大陸縁辺部で起こる２つの対照的な地質現象

(a) 日本列島のような付加体形成プロセス(1) Subduction of oceanic plate caused accretion of oceanic plate

to overlying continental crust through destruction and denudation.

(2) Granite and continental crust grew toward the ocean side at 600 Ma.

(3) 1,000 km of accretionary prism have formed as seen at present time (0 Ma).

⇒ During this process, volcanic front moves toward the ocean side.

(b) チリのような構造侵食プロセス(1) Subduction of oceanic crust destructed the margin of

continental crust. (2) The destructed portion of the continental crust was

subducted into mantle with oceanic plate.(3) Continental crust decrease and the trench is shifted toward

the continent side. ⇒ During this process (Tectonic erosion), Volcanic front moves toward the continent side.

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付加体構造の形成過程（信州大学理学部 地質科学教室HP）

付加体とは、海洋プレートが海溝で沈み込む時に海洋地殻の一部とその上の堆積物が大陸の縁に押しつけられてできた地質体のこと。

付加体形成型大陸縁辺部における特徴的な地質構造とプロセス

(a

①

②

②

④

③

海側 陸側

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付加体形成型大陸縁辺部における特徴的な地質構造とプロセス

(a) 付加体形成型大陸縁辺部の特徴は、

① 海溝軸から陸側へ大規模に付加体が発達し、各々の付加体の年代は海側へ向かって若くなる。

② 付加体の成長に伴って海溝軸は海側へ移動し、前弧斜面は上昇する。

③ 海溝に供給された堆積物は、一部が上盤プレートに付加されるが、半分以上の堆積物はそのまま海洋プレートとともに沈み込む。

④ もし海洋プレートの沈み込み角度が変わらない場合、火山フロントも海側へ移動する。

西南日本では、日本海側から太平洋側に向かって、古い時代の付加体から新しい時代の付加体が年輪のように順番に並んで分布している。

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構造侵食（非付加）型大陸縁辺部における特徴的な地質構造とプロセス

世界の海洋プレートの沈み込み帯のうち、付加体形成型大陸縁辺部が25%であるのに対して、構造侵食型大陸縁辺部は約75%を占める。

(b) 構造侵食型大陸縁辺部の特徴は、

① 構造侵食（前縁侵食および下底侵食）によって前弧地殻が削られるため、海溝軸は時間とともに陸側へ移動し、かつ前弧地殻は広域的に沈降する。

② そのために、上盤プレートの基盤岩（多くの場合、島弧地殻・変成岩・オフィオライト・古い時代の付加体など）が海溝に接近し、海溝近傍に付加体が存在しないか、あっても10km程度の小規模な前縁付加体(Frontal prism)しか存在しない。

③ 海溝軸に達した堆積物は殆どそのまま沈み込む。

④ プレートの沈み込み角度が変わらない場合、火山フロントは内陸側に移動する。

チリ北部の地質概略図

(1)Mesozoic granitoids are located in the ocean side, (2)Cenozoic granitoids are located in to the continent side

(inland Chile).

⇒ These facts indicate an inland (inward) migration of the volcanic front (to the continent side) in Chile.

In contrast, volcanic fronts migrate to the ocean side in Japan, “producing accretionary prism”.

“Tectonic erosion” causes high copper potentiality in Chile, that is the different geologic setting between Chileand Japan.

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構造侵食作用が生じている場の主な認定ポイント

（１）前弧域の広域的な沈降と海溝位置の陸側への移動

（２）火山フロントの陸側への継続的な移動

（３）海溝近傍における基盤岩類（古い変成帯やバソリス帯）の露出

以上の3点である(Scholl and Huene, 2007)。

Tectonic Erosion（構造侵食）

過去2億年間における構造侵食による南米ペルーからチリにかけての海溝の陸側への移動と構造侵食された大陸縁辺部(Sholl and von Huene, 2007から引用）。

超大陸パンゲアの分裂以降の約2億年間、定常的に構造侵食が続いたと仮定し、過去2億年間の平均海溝前進速度（2.5km/my）を適用すると、南米大陸西側は500～600 km 分削られたことになる。

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巨大斑岩銅鉱床を形成するメカニズム-海嶺の沈み込みを伴う構造侵食-

Enormous Porphyry Copper deposits

“銅の集積メカニズム(Metallogenic Copper Accumulation Mechanism)” and “Copper Bank”.

(1) Continuous tectonic erosion hascaused the subduction of the continentalcrust since 600 Ma.

(2) Metallic elements in the oceanic crust(A) and the continental crust (B) havebeen released through subduction due todehydration. Fluid selectively moves withmetals and accumulate within forearcregion through time.

(3) This process, continuing 600 millionyears, enables copper and other metallicelements to be accumulated atcontinental marginal through time, thatis why Chile has an abundance of copper,as well as gold, silver, and iron.

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チリ北部の鉄・銅・金・銀の主要な鉱床の分布状況

Modified after Camus and Dilles, 2001

(1)The northern Chile is subdivided into several N-Strending belts.

(2)The Mesozoic strata-bound type copper ore deposits arelocated on the westernmost belt at the ocean side,whereas the Cenozoic porphyry copper type ore depositsare located on the inland Chile (continent side).

(3)The Cenozoic porphyry copper ore deposits are furthersubdivided into several belts, the ages of which getyounger towards the east (inland Chile).

(4) It is noteworthy that a variety of much smaller-scale oredeposits are concentrated within the 100-200 km widezone from Peru to the northern Chile over 2,000 km long.

⇒ Inland (inward) migration of the volcanic front.

These phenomena have been caused by “Tectonic Erosion”.

Migration of volcanic front to the East

＜まとめ＞

「構造侵食」の概念は、将来の広範な研究を通じてアンデス山脈地域の鉱床生成を解明するための重要なメカニズムとなる。

このメカニズムの重要性を強調するために、我々はそれを「銅の集積メカニズム（MCAM）」と名付けた。また、構造侵食によって銅が集積する場所を「Copper Bank」と呼ぶ。

<Conclusion>The concept of “Tectonic Erosion” will be a key mechanism to unravel the Andeanmetallogenesis through extensive future research.To emphasize the significance of this mechanism, we name it “Metallogenic CopperAccumulation Mechanism (MCAM)”. And, the place to accumulate copper through tectonicerosion is named “Copper Bank”.

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アルゼンチンとチリの斑岩銅鉱床の分布状況

The undiscovered deposits of copper and other related metals in South America were estimated in 2008 jointly by Argentina (SEGEMAR), Chile (SERNAGEOMIN), Colombia (INGEOMINAS), Peru (INGEMMET), and the United States (USGS).

The evaluation areas with its tract number, for the southern South America, are shown in this map.

未発見の斑岩銅鉱床が賦存する可能性のある地域(Eduardo Petazze, 2016)

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1. 斑岩銅鉱床は、アンデス山脈の形成過程で生じた。

2. チリ北部における銅埋蔵量は、世界の約30%を占める。

3. アルゼンチンには、チリと同様の銅ポテンシャルがある。

1. Porphyry copper ore deposits wereformed during the formationprocess of the Andes.

2.The northern Chile (centralAndes) is especially famous foroccupying about 30% of the worldcopper reserves.

3. In Argentina, the high potentialfor copper same as those in Chileis expected.

まとめ