معدن مس سرچشمه – بخش اول: زمین شناسی معدن

در روزگاران کهن نیاکان ما مس را در پیکره مس طبیعی یافتند و به کار گرفتند. پس از آن فرزندانشان از اکسیدهای آن و از راه فلزگدازی بدان دست یافتند و پدرانمان از راه سنگ جوی کانسنگ‌های پرمایه، کانه‌های سولفوره مس را به کوره‌های گداز مس سپردند و ما فرزندان آنان، بسیار دیرتر از دیگران دریافتیم که می‌توان کانه مس را بصورت دانه در پیکره انبوهه‌ها و انباشته‌ها نه در یک رگه، بلکه بصورت پراکنده و افشان با عیار کم، ولی با ذخیره‌ای سترگ بدست آورد. آنچه ما را برای نخستین بار با این تکنولوژی آشنا ساخت سرچشمه بود. از این رو بود که بر روی این نوشته بیش از معمول مایه گذاشتیم.

       معدن مس سرچشمه رفسنجان در جنوب ايران و در موقعيت 29 درجه و 58 دقيقه شمالي و 55 درجه و 53 دقيقه شرقي واقع شده است. وجود سرباره‌هاي قديمي و آب سبز رنگ کف رودخانه محلي راهنماهاي خوبي براي توجه و اکتشاف مجدد به اين توده معدني بوده‌اند. عمليات اکتشافي اين معدن در سال 1346 هجري شمسي توسط شرکت سهامي مس سرچشمه کرمان که با شرکت انگليسي Selection Trust  قرارداد مشاوره‌اي بسته است شروع شده است. اين شرکت انگليسي تا سال 1350 مجموعاً 33540 متر گمانه و 17200 متر تونل اکتشافي حفر کرده است. بر اساس اين اطلاعات، ذخيره معدن با حد اقتصادي درصد و تا عمق 200 متر، 427 ميليون تن سنگ معدن با ميانگين عيار 12/1 درصد تعيين گرديده است.

      کار اکتشافات تکميلي معدن از سال 1351 تا سال 1357 هجري شمسي و با مشورت شرکت آمريکايي آناکوندا ادامه يافته، در اين مرحله مجموعاً 32871 متر گمانه اکتشافي که در بين آنها گمانه‌هاي عميق 1000 متري هم ديده مي‌شود، حفر گرديده است. پس از پيروزي انقلاب اسلامي و با رفتن شرکت آمريکايي آناکوندا، تهيه مقاطع و نقشه‌هاي زمين‌شناسي و همچنين تعيين ذخيره توسط پرسنل ايراني شرکت مس صورت گرفته است.

1- موقعیت جغرافیایی

معدن مس سرچشمه در 160 کیلومتری جنوب باختری شهر کرمان و 60 کیلومتری جنوب شهر رفسنجان جای‌ گرفته است. دسترسی به کانسار از راه‌های آسفالته و درجه یک کرمان-رفسنجان سرچشمه به آسانی انجام می‌شود مختصات آن چنین است:

55 درجه و 52 دقیقه و 20 ثانیه طول خاوری و 29 درجه و 56 دقیقه و 40 ثانیه عرض شمالی

    ناحیه کانسار کوهستانی است با آب و هوای خشک، دمای 32  درجه سانتی‌گراد در گرمترین روزهای تابستانی و چندین درجه زیر صفر در زمستان در بیشترین بارندگی در زمستان و بهار و میانگین سالیانه آن حدود 150 میلیمتر است و بلندترین نقطه آن 2600 متر از سطح دریاست. چنین دما و میزان بارندگی برای تکوین زون سوپرژن شرایطی شایسته پدید آورده است. گذشته بهره‌برداری آنرا هزاران سال پیش از میلاد حضرت مسیح می‌دانند. سرباره­های برجای‌مانده و کنده‌کاری­های انجام شده در زون­های اکسیده نشان‌دهنده این گفته‌ است.

2- تاريخچه زمين‌شناسي معدن مس سرچشمه

کانسار مس سرچشمه در قسمت مرکزي کمربند کوهزايي اروميه­-دختر که يک مجموعه رسوبي آتشفشاني گسله و چين‌خورده است، واقع شده است. اين کمربند کوهزايي در حاشيه جنوب غربي با يک زون تراستي و مجموعه سنگهاي رسوبي پالئوزوئيک و ترشيري گسل‌خورده و چين‌خورده و دگرگون‌شده، که زاگرس را تشکيل مي‌دهند؛ همجوار است. در منطقه سرچشمه مجموعه سنگهاي آتشفشاني و رسوبي به تدريج به سمت غرب و در عمق، چين‌خوردگي پيدا کرده‌اند. در اواخر ترشيري فرآيندهاي تزريق توده‌هاي نزديک محور تاقديس چين‌ها فعال بوده که کاني‌سازي مس در بعضي مناطق در ارتباط با اين توده‌ها مي‌باشد. بهره‌برداري قديمي مس در اين منطقه از کاني‌سازي اکسيد مس در مناطق سطحي بوده است و باقيمانده روستاهاي قديمي، آثار ذوبکاري و تفاله‌هاي کوره‌هاي ذوب هم حاکي از نخستين بهره برداري‌ها در عهد باستان در اين منطقه مي‌باشند.

1-2- زمين‌شناسي معدن مس سرچشمه

زمين‌شناسي نشان مي‌دهد كه پيدايش و دوره تكامل معدن از 60 ميليون سال قبل با ته‌نشين‌شدن يكسري گدازه‌هاي آندزيتي زير دريايي در دوره ائوسن آغاز شده است. تشكيل پستي و بلندي‌هاي فعلي به وسيله ادامه فرسايش تشكيل منطقه شسته‌شده با مقداري اكسيدهاي مس و تشكيل منطقه ثانويه غني‌شده مي‌باشد.

          سنگ‌هاي تشكيل‌دهنده معدن عبارتند از:

1. گرانوديوريت پرفيري شامل كوارتز فلدسپات پتاسيم و پلا‍‍‍‍‍‍‍‍ژيوكلاز
2. التره آندزيت شامل آندزيت توده‌اي يا دانه‌ريز
3. دايك پورفيري شامل پيريت كالكوپيريت و كوارتز حاوي موليبدنيت

       مناطق كاني‌سازي سولفوري عبارتند از دومنطقه سوپرژن و هايپوژن. منطقه سوپرژن محل تجمع كاني‌هاي ثانويه مس مي‌باشد و به علت شسته‌شدن كاني‌هاي منطقه اكسيدي و تجمع در اين منطقه به صورت سولفور ثانويه عيار مس اين منطقه از عيار متوسط معدن بالاتر است. اين منطقه شامل كالكوپيريت و موليبدنايت مي‌باشد. منطقه اكسيدي شامل كاني‌هاي اكسيدي مس،كوپريت، تنوريت،كربناتهاي مالاكيت، آزوريت، سولفات‌هاي مس و اكسيدهاي آهن نظير هماتيت، سيمونيت و گونيت مي‌باشد.

2-2- زمين‌شناسي کانسار

شکل کانسار مس سرچشمه بيضوي بوده داراي قطر بزرگي معادل 2300 متر و قطر متوسط 1200 متر مي‌باشد. استوک گرانوديوريتي سرچشمه در اواخر ترشيري (ميوسن) استقرار يافته است. اين استوک بخشي از مجموعه کمپلکس‌هاي ماگمايي مرتبط با توده‌هاي نفوذي تزريق شده در ترشيري که با فاصله کمي از توده گرانوديوريتي قديمي با ابعاد يک باتوليت مي‌باشد.

     استوک گرانوديوريتي سرچشمه توسط مجموعه‌اي از دايکهاي منشا گرفته از توده اوليه، احاطه گرديده است. توده‌هاي آتشفشاني آندزيتي، استوک گرانوديوريتي و دايکهاي اوليه بوسيله توده‌هاي نفوذي ريزدانه که برش آتشفشاني را بوجود آورده‌اند، خرد شده‌اند. اين کمپلکس توسط مجموعه‌اي از دايک مرتبط با کاني‌سازي و سپس بوسيله گروهي از دايکهاي بعد از مرحله کاني‌سازي قطع شده است. مجموعه استوک سرچشمه پورفيري و آندزيت در برگيرنده آن کاملاٌ کاني‌سازي شده‌اند. دايکهاي اوليه مرتبط با کاني‌سازي ممکن است شامل کاني‌سازي قابل توجهي براي تشکيل کانسار اوليه (پروتور) عيار پايين باشند. دايکهاي تاخيري مرتبط با کاني‌سازي از نظر کاني‌سازي حائز اهميت، ارزشي ندارند. اگر چه بطور محلي کاني‌سازي سولفيدي فعال بوده است، دايکهاي بعد از مرحله کاني‌سازي کاملاٌ عقيم هستند.

معدن مس سرچشمه – بخش دوم: روش استخراج و حفاری در معدن

 فاز اصلي نفوذي و مواد کانسارسازي در منطقه سرچشمه با نام محلي استوک سرچشمه پورفيري با ترکيب گرانوديوريت به سن راديو ايزوتوپي 5/12 ميليون سال مي‌باشد که با نفوذ در مرکز منطقه و سنگهاي آتشفشاني ائوسن، محدوده‌اي به وسعت 2 کيلومتر مربع را ضمن دگرساني، کاني‌سازي نموده است و در اين زمان است که کانسار مس پورفيري سرچشمه شکل مي‌گيرد. اندکي بعد از جايگيري، تبلور و آزاد شدن محلولهاي گرمابي کانه‌دار در سنگهاي آتشفشاني ديواره‌اي در مراحل مياني نهايي و بعد از کانسارسازي بترتيب توده‌هاي نفوذي کوچکي بنام پورفيري دانه‌ريز تا تأخيري و دايکهايي با روند شمال و شمال غرب و جنوب و جنوب شرق به ترتيب از قديم به جديد بنامهاي دايکهاي هورنبلند پورفيري پسين، فلدسپار پورفيري و بيوتيت پورفيري و غير مينراليزه به سن سه تا چهار ميليون سال در سنگهاي قديميتر منطقه از جمله سنگهاي آتشفشاني ائوسن و استوک پوفيري سرچشمه به سن ميوسن مياني نفوذ کرده‌اند و در مواردي باعث جابجايي، شکستگي و قطع شدن کاني‌زايي در اين سنگها گرديده‌اند. بعد از نفوذ آخرين دايک بنام بيوتيت پورفيري جديدترين واحدهاي سنگي منطقه آتشفشان جوان اميرالمؤمنين با سن 5/0 تا 5/1 ميليون سال است که متشکل از توف، ايگنيمبريت و برش با ترکيب داسيتي مي‌باشد و در شمال معدن رخنمون دارد. اين واحد روي تشکيلات قبلي را پوشانده است.

 

 

3-2- سنگ فراگیر

سنگی که پذیرای توده پورفیری شده است، بیشتر ترکیبی آندزیتی دارد و بوسیله نهشته‌های ولکانیت‌های جوانتر پوشیده شده است. برای این سنگ سنی حدود ترسیر پیشین با گمان فراون ائوسن انگاشته شده است. فراوانترین آندزیت پورفیری است که توف و ایگنمبریت را نیز می‌توان در آن یافت که جوانتر از توده میزبان است، آندزیت زونهای دگرسانی بیوتیت، سریسیتی و پروپیلیتی را برخود نشان می‌دهد که با تغییر رنگهای قهوه‌ای، سفید مایل به سبز پریده و سبز همراه است.

3- مشخصات طرحهاي برداشت و تجهيزات معدن

شكل معدن مخروطي بيضي‌گون مي‌باشد و طبق طرح 20 ساله در پايان، قطر بزرگ به طول 2300 و قطر كوچك به طول 1200 متر مي‌باشد. پله‌ها با ارتفاع 5/12 متر و عرض پله‌ها 15 متر مي‌باشد. شيب ديواره‌ها 63 درجه و شيب نهايي معدن 32-34 درجه مي‌باشد. جاده‌هاي اصلي و فرعي و دمپ‌هاي موقت براي باربري احداث شده‌اند. دامپ‌هاي موجود شامل دامپ سولفوري اكسيدي و باطله است. حداقل عيار جهت حمل به سنگ‌شكن 25/0 درصد است. عيار كمتر از 15/0 درصد را به دامپ باطله تخليه مي‌كنند. چنانچه درصد مس از دو برابر اكسيد مس كمتر باشد سنگ اكسيدي محسوب مي‌شود و به دامپ اكسيدي جهت ليچينگ فرستاده مي‌شود.

معدن مس سرچشمه – بخش سوم: بارگیری و باربری در معدن

دستگاه‌هاي موجود در معدن عبارتند از دستگاه­هاي حفاري، شاول‌های الكتريكی و هیدرولیکی، كاميون­هاي معدني، بلدوزر، گريدر، ترنا آب‌پاش، ليفتراك و بيل مكانيكي. بيل‌ها داراي ظرفيت 9-15 متر مكعب و كاميونها با ظرفيت 120 و 240 تن موجود مي‌باشند. روزانه 40000 تن سولفور با عيار 65/0 درصد و 40000 تن باطله و اكسيد بارگيري مي‌شود.

4- کاني‌سازي در کانسار سرچشمه

1-4- کلاهک شسته‌شده و اکسيدي

کلاهک شسته‌شده و اکسيدي که به طور متوسط 26 متر ضخامت دارد بر روي زون سوپرژن سولفيدي قرار گرفته است. مرز بين اين کلاهک و زون سوپرژن نسبتاً مشخص و متمايز مي‌باشد و از توپوگرافي تبعيت مي‌کند. ضخامت اين زون در زير تپه‌ها بيشتر و در زير دره‌ها کمتر است و حتي در بعضي مناطق ديده  نمي‌شود.

     تناژ قابل توجهي از اکسيد مس، در بالاي زون سوپرژن، که معمولاً کربناتهاي مس هستند وجود دارد. بيشتر اکسيدها به نظر مي‌رسد وابسته به سيکل حاضر فرسايش باشند و با درجه غني‌شدگي ثانويه، نسبت کالکوپيريت به پيريت در منطقه هايپوژن و تخلخل و نفوذپديري سنگها در ارتباط باشند. از عو‌امل مهم ديگر در اين رابطه مي‌توان از موقعيت سولفيدها نسبت به سطوح آبهاي زيرزميني در گذشته و حال و همچنين حضور کربناتهايي که جداسازي کربناتهاي مس را از محلولهاي اسيدي حاصل از اکسيداسيون سولفيدهاي مس و آهن تسهيل مي‌کنند، نام برد.

2-4- زون سوپرژن

ضخامت زون سوپرژن به طور متوسط حدود 37 متر است اين ضخامت در بالاي منطقه هايپوژن عيار بالا افزايش يافته و در قسمت مرکزي توده معدني، در بالاي برشهاي آتشفشاني مرتبط با کاني‌زايي، کاهش مي‌يابد. عيار زون سوپرژن به وسيله عواملي همچون عيار منطقه هايپوژن، نسبت کالکوپيريت به پيريت و نفوذپذيري که متاثر از ميزان درزه و شکستگي، زونهاي گسله و مناطق برشي است، کنترل مي‌گردد. عيار زون سوپرژن تقريباً دو برابر زون هايپوژن است. کاني اصلي مس در زون سوپرژن، کالکوسيت پراکنده است و کوولين نيز در حد پائين زون سوپرژن ديده مي‌شود. دايک‌هائي که شامل مقداري سولفيد هايپوژن بوده‌اند بطور نامنظم غني‌شدگي پيدا کرده و عيارشان بالا رفته است. شدت غني‌شدگي عموما مربوط به کنتاکت دايک‌ها است، محل‌هائي که معمولاً نفوذ و تراوش از آنها به راحتي صورت مي‌گيرد. دايک هاي نازکي که مرتبط با کاني زایي هستند ممکن است يک لايه سوپرژن قابل توجه را ايجاد نمايند. در قسمت مرکزي دايکهاي ضخيم، غني‌شدگي ضعيف است و يا اصلاً  وجود ندارد.

          هسته عيار پايين توده معدني شامل غني شدگي متوسط نامنظمي است که روي باطله هايپوژن قرار گرفته است. آلتراسيون در زون سوپرژن شامل سريسيت و کائولينيت است که روي زون هايپوژن شديداً آلتره شده قرار گرفته است و کانيهاي رسي معمولاً روي زون هايپوژن با آلتراسيون ضعيف قرار گرفته‌اند. اين کانيهاي رسي به نظر مي‌رسد که از فلدسپاتهاي موجود در محيط سوپرژن حاصل شده باشند.

3-4- زون هايپوژن

عيار زون هايپوژن، با استناد به حفاري‌هاي انجام شده، در زونهاي آلتراسيون مختلف مجموعه هاي سولفيدي و انواع سنگها به طور واضحي نسبت به عمق ثابت است. سولفيدهاي اصلي شامل پيريت، کالکوپيريت و موليبدنيت هستند. بورنيت اگر چه در يک تونل مشاهده شده است اما عموميت نداشته و در همه حفاري‌ها ديده نشده است. درصد بالايي از سولفيدهاي مس و آهن، در توده پورفيري و و لکانيکهاي نفوذي پراکنده‌اند. درصد قابل توجهي از کالکوپيريت، دانه‌ريز و زير 5 ميکرون است که مقدار زيادي از آن همراه با کانسنگ کم‌عيار است. ظاهراً اندازه دانه‌هاي کالکوپيريت، وابسته به جنس سنگ ميزبان است به طوري که دانه‌هاي کالکوپيريت در آندزيتهاي مينراليزه به طور متوسط ريزترند و در سنگ سرچشمه پورفيري دانه‌هاي کالکوپيريت درشتترند. دانه‌هاي پيريت معمولاً از دانه‌هاي کالکوپيريت درشتترند. موليبدنيت، به صورت ورقه‌هاي پراکنده، معمولاً با رگه‌هاي کوارتز کالکوپيريت‌دار همراه است.

   عمده آلتراسيون هايپوژن در اطراف استوک سرچشمه پورفيري متمرکز شده است، درحد بيروني محدوده مينراليزاسيون، آندزيت، پروپيليتي شده و محتواي مقداري پيريت و به ندرت کالکوپيريت است. زون پروپيليتيک، به طرف داخل به زون سريسيتي شديد که حاوي مقدار زيادي پيريت و مقدار کمي کالکوپيريت است منتهي مي‌گردد. به طرف مرکز توده، سريسيت کاهش يافته، آلتراسيون بيوتيت غالب مي‌شود و عيار مس به طور قابل توجهي افزايش مي‌يابد.              در نزديکي کنتاکت سرچشمه پورفيري با آندزيت، بيوتيت با سريسيت جايگزين شده است و بخش خارجي پورفيري سريسيتي شده است. به طرف داخل توده، سريسيت کاهش مي‌يابد و پورفيري، آلتراسيون پراکنده فلدسپات پتاسيم‌دار را نشان مي‌دهد. نزديک به کنتاکت با نفوذي تاخيري مرتبط با کاني‌زايي، پورفيري به صورت ضعيفي آلتره شده است اما شامل کانسنگ مس عيار پايين است. سرچشمه پورفيري به ندرت آلتراسيون بيوتيتي نشان مي‌دهد. گرچه زنوليتهايي از آندزيت بيوتيته در آن وجود دارد. کاني­هاي رسي در زون هايپوژن به ندرت ديده مي‌شوند و زون آرژيليکي واضح و قابل توجهي ظاهراً در آن وجود ندارد.

 نتایج حاصل از تجزیه شیمایی 300 نمونه کانسنگ در مرحله اولیه اکتشافات

 

 

5- ذخيره کانسار

برنامه اکتشافي سرچشمه شامل دو فاز است. فاز اول طي سالهاي 1345 تا 1350 و با نظارت شرکت سلکشن تراست انجام شده است و فاز دوم طي سالهاي 1351 تا 1357 و توسط شرکت آناکوندا  انجام شده است. برنامه اکتشافي فاز اول شامل 17200متر تونل، 28300 متر حفاري گمانه به صورت مغزه‌اي و 5240 متر حفاري گمانه به صورت پودري مي‌باشد. عمق گمانه‌هاي فاز اول، به جز چند گمانه نسبتاً عميق، عموماً به 150 متر زير سطح توپوگرافي محدود مي‌‌شود. محدوده مورد بررسي در حفاري‌هاي فاز اول شامل منطقه‌اي است به ابعاد 900*1200 متر و با عمق 150 متر. گمانه‌هاي اکتشافي مغزه‌اي فاز اول، قائم بوده و جز در منطقه مرکزي توده که داراي دايکهاي نسبتاً ضخيم و توده کم‌عيار مي‌باشد، با فاصله 100 متر از يکديگر حفر شده‌اند.

     ارزيابي از ميزان صحت و قابل اعتمادي نتايج آناليز شيميايي مغزه‌هاي حفاري، در درصدهاي متفاوت بازيابي، مقايسه ميانگين نتايج حفاري با عيار تونلها در جاهايي که به وسيله حفاري گمانه تحت پوشش قرار گرفته‌اند و تحليل آماري عيار تونلها و مغزه ها، ثابت کرده است که شبکه 100 متري حفاري به اندازه کافي فشرده و مناسب هست تا محاسبه مطمئن ذخيره کانسار را ممکن سازد. هم شکلي نسبي عيار مس در چندين زون آلتراسيون و جنس سنگ مشخص، در کانسنگ هايپوژن، پايه قابل اطمينان و مطمئني را براي تصوير و تعميم مغزه‌هاي حفاري و متوسط نمونه‌هاي تونل را فراهم مي‌آورد. محاسبه تناژ و عيار کانسار نيازمند درک سه‌بعدي درستي از توزيع دايکهاي باطله و نفوذي کم‌عيار مي‌باشد تا اين حجمها از تناژ کلي کم گردند.