Месторождения самородной меди в эффузивах и субвулканических телах редки и играют в целом весьма скромную роль в сырьевой базе меди. Они известны в США, Дании (Фарерские острова), Италии (Тоскана), Иране (Мескани, Тал меси, Даман-Джала и др.) и в СССР. Наиболее крупными являются месторождения оз. Верхнего (США). В Советском Союзе небольшие месторождения и рудопроявления самородной меди в вулканогенных толщах обнаружены на Новой Земле, Командорских островах, в Азербайджане (Хал-Халское), Центральном Казахстане, Горной Шории (Таймет) и на севере Сибирской платформы (Арылахское).
Характерными особенностями этого типа месторождений являются:
- приуроченность к вулканогенным толщам (базальтам и андезито-базальтам), осложненным послойными разрывными нарушениями; преимущественно пластообразная форма рудных тел;
- простой минеральный состав руд — самородная медь, ассоциирующая с хлоритом, эпидотом, цоизитом, серицитом, кварцем, кальцитом, датолитом, реже халькозином. Рудные минералы содержатся в миндалинах или в цементе агломератов, нередко в зонах дробления;
- изменение вмещающих пород выражается в окварцевании, хлоритизации и эпидотизации.
Кристаллизация происходила из низкотемпературных гидротермальных растворов в условиях общего дефицита серы.
Месторождения оз. Верхнего находятся на его южном берегу. Промышленная разработка началась в 1845 г., к настоящему времени запасы истощены, добыто около 5 млн. т меди. По данным У. Уайта [1972], район сложен позднедокембрийскими породами системы Кивино (снизу вверх):
- средний Кивино:
- лавовая серия Портедж-Лейк (3000—5000 м);
- верхний Кивино;
- конгломераты Коппер-Харбор (100—2000 м);
- сланцы Нонсач (40—230 м);
- песчаники Джейкобсвилл (юго-восточнее разлома Кивино).
Месторождения меди приурочены к верхним амигдалоидным (миндалекаменным) частям отдельных лавовых покровов и к пластам конгломератов, объединяемым в лавовую серию Портедж-Лейк. В Мичиганском меднорудном районе мощность этой толщи, сложенной несколькими сотнями базальтовых покровов, не менее 5000 м, а в других районах оз. Верхнего достигает 10-000 м. Отдельные маркирующие пласты конгломератов и лавовые покровы прослеживаются по простиранию на расстояние до 160 км. Мощность отдельных лавовых покровов меняется от 30 см до 500 м, причем для половины из них она превышает 25 м. Лавовые покровы сложены базальтами и андезито-базальтами, состоящими из основного плагиоклаза (обычно лабрадора), авгита и подчиненного количества оливина.
Самая верхняя часть большинства лавовых покровов (5—20% объема) характеризуется миндалекаменной текстурой, причем от 5 до 50% пор выполнено вторичными минералами. Самородная медь является одним из важных компонентов, выполняющих поры. Оруденение проявляется также в пластах конгломератов и песчаников, причем одно из месторождений в конгломератах является крупнейшим в районе. Интрузивные породы представлены несколькими массивами риолитов, массивом сценит-диоритов и гранофиров. На южном берегу оз. Верхнего обнажаются интрузивы габбрового и габбро-сиенитового комплекса. Судя по составу галек конгломератов можно предполагать существование третьего габбро-гранофирового комплекса. Попытки определения абсолютного возраста пород различными методами дали неоднозначные результаты: от 978±40 млн. лет (рубидий-стронциевьтй метод) до 1954±34 млн. лет (калий-аргоновый метод).
Лавовая серия Портедж-Лейк, к которой приурочены промышленные месторождения самородной меди, слагает южное крыло синклинали оз. Верхнего. Главными структурными элементами являются: 1) надвиг Кивино, по которому породы лавовой серии надвинуты на более молодые песчаники; 2) надвиг широтного простирания Ханкоп и параллельные ему разрывные нарушения.
На севере области распространения пород серии Портедж-Лейк существует зона шириной 6—7 км, где угол падения меняется с 20 до 30°. Мощность толщи здесь больше, чем на юге. Подавляющая масса месторождений приурочена к участку перегиба пластов вблизи надвига Кивино. Оруденение контролируется разрывными нарушениями, параллельными этому надвигу.
Главные рудные залежи пластовой формы приурочены к единичным пластам конгломератов либо к прикровлевой амигдалоидной части, одного из лавовых покровов. Висячий и лежачий бока амигдалоидных рудных залежей слагают массивные базальты. Оруденению подвергаются преимущественно обломочные амигдалоидные лавы. Верхняя и нижняя части обломочного горизонта обычно несут более богатое медное оруденение, чем средняя. В мощных выдержанных пластах конгломератов рудные залежи характеризуются низким содержанием меди, которая обычно концентрируется в отдельных прослоях пласта.
В плоскости горизонтов амигдалоидных лав и конгломератов рудные залежи или столбы имеют разнообразные формы и размеры. В направлении главной оси рудные тела прослеживаются на расстоянии от 1,5—1,8 км (рудник Атлантик) до 10—12 км (амигдалоидные залежи Кирсарж). На руднике Куинси рудное тело отрабатывалось до 2800 м по падению. Горные работы на руднике Канюмет-Хекла ведутся на 3060 м по падению (на глубине 1830 м от поверхности земли).
Форма рудных столбов, залегающих в верхних частях лавовых покровов, разнообразна. На некоторых месторождениях эти столбы сильно удлинены. Их ширина от 30 до 160 м, а протяжение от 100 до 1000 м. В некоторых случаях для рудных столбов характерна неправильная форма. Рудные залежи развиты как в верхней, так и в нижней частях лавовой серии Портедж-Лейк. На отдельных горизонтах, по-видимому, не удается обнаружить более одной крупной залежи. При этом намечается отчетливая тенденция: повышенное содержание меди в каком-либо пласте встречается непосредственно под известной рудной залежью в соседнем горизонте или над ней. Большинство рудных залежей не распространяется за пределы одного стратиграфического горизонта, причем соседний верхний или нижний горизонты оказываются более или менее безрудными. Встречаются и трещинные рудные тела, пересекающие несколько стратиграфических горизонтов (месторождение Сентраль).
Единственный полезный рудный минерал района — самородная медь. Иногда ей сопутствует самородное серебро (не более 0,1% от содержания меди). В небольших жилах самостоятельно либо в ассоциации с кальцитом встречается халькозин. В некоторых поздних жилах отмечены арсениды меди.
Первичные выделения самородной меди представлены мелкими или крупными зернами, рассеянными в амигдалоидной лаве или конгломератах. Иногда встречаются самородки массой от 500 г до многих тонн. Крупнейшие самородки были обнаружены в жилах. Иногда самородная медь выполняет миндалины в базальте или интерстиции в брекчированной лаве, в основном же она выполняет неправильные и короткие трещинки либо образуется путем замещения вмещающих пород и ранних вторичных минералов. Среди них в амигдалоидных лавах наиболее широко развиты кальцит, хлорит и повсеместно распространенный кварц. В меньшем количестве отмечаются эпидот, пумпеллиит и пренит. Самородная медь местами образует тесные взаимные прорастания с пренитом и датолитом. Цеолитов, за исключением ломонтита, мало. Они встречаются в жилах либо в поздних образованиях, выполняющих миндалины и прочие пустоты. В основании амигдалоидных горизонтов встречается хлорит, реже микроклин.
Установлено, что оруденение пространственно связано с зонами метаморфизма — с ореолами развития кварца, эпидота и пренита во вмещающих породах. Главные медные месторождения тяготеют к верхней границе распространения кварца, образующего наиболее широкий ореол. Значительно ниже этой границы залегают амигдалоидные рудные тела Болтик и Айл-Ройал. Все пластовые медные рудные тела расположены под верхней границей развития эпидота, которая проходит несколько ниже границы распространения кварца. Нижняя граница меденосной зоны примерно совпадает с нижним контуром кварцевого ореола, а верхняя граница находится на 1000—1500 м выше.
Главный фактор, определяющий форму и размещение рудных тел, — проницаемость пород. Амигдалоидные горизонты и пласты осадочных пород подверглись более интенсивной хрупкой деформации по сравнению с массивными породами. Это создавало благоприятные условия для просачивания растворов и рудоотложения. Медное оруденение эпигенетично. По вопросу об источнике оруденения единого мнения не сложилось. Одни исследователи связывали оруденение с крупным массивом основных пород. Другие предполагают, что источник меди находится в самих лавах и рудоносные растворы могли представлять собой воды, выжатые из полостей и интерстиций верхних частей лавовых покровов.