成矿物质的富集机制

一般认为，岩浆型铜镍—铂族元素矿床大都是由于不混溶硫化物熔融体从硅酸岩母岩浆中析离出来而形成的，而这种析离作用的发生则是岩浆混合、快速冷却、分异作用和混染作用等等的综合结果。导致硫化物中铂族金属富集的因素是多方面的，如：铂族（及其他）金属元素在硅酸盐母岩浆中的浓度，铂族元素在硫化物熔融体/硅酸盐熔融体之间的分配系数（D值），硫化物析离期间的R因数（用以表征通过硅酸盐熔融体析离出的硫化物液滴数量的多少）。不同金属之间的分离作用发生于多种过程，如：上地幔源区的部分熔融，氧化物、铂族矿物和硅酸盐（主要为橄榄石，其次为斜方辉石）的结晶，硫化物熔融体的析离，以及所析出硫化物熔融体的结晶过程。硫化物熔融体的结晶可导致形成由富含Os、Ir、Ru、Fe、（Ni）的单硫化物固溶体（mss）堆积成矿，也可以造成富含Cu、Pt、Pd的分离硫化物形成条带状矿体

W·D·梅尔等.岩浆型镍－铜－铂族元素矿床的勘查：地球化学手段的新进展及其在南部非洲某些矿床的应用.地质科技动态，1999（11）:11～13

1.层状杂岩体中铂族元素的富集机制

典型的层状杂岩体，如南非的布什维尔德和美国的斯提尔沃特，无疑是目前铂族元素的主要来源，而且无疑是岩浆成因（广义的），但铂族元素在岩浆过程中的具体富集机制仍然不太清楚，因而提出了各种各样的成矿模式（Vermaak,1976;Naldrett等，1987），争论的焦点在于铂族元素的富集是与岩浆岩的堆积作用同时发生的，还是通过晚期岩浆或热液流体的迁移和沉淀而产生的，即同时堆积还是稍晚填充？是单一岩浆作用的结果还是多种岩浆混合的产物？

1）岩浆混合作用：有大量的证据表明布什维尔德和斯蒂尔沃特两个杂岩体，有可能是岩浆混合的产物，至少包括有两种或更多的化学上不同的岩浆类型的侵入（Sharp,1981;Todd等，1983）。Irvine等（1983）称这两种岩浆为“U”型和“A”型。因为它们分别造成以镁铁矿物占优势和以斜长石占优势的堆晶岩。梅林斯基矿层和J-M矿层均产在层面上或其附近，标志着来自大不相同的岩浆的堆晶岩之间的过渡（Todd等，1983;Sharpe,1985）。为此，Campbel1等（1983）和Naldrett等（1987）提出了湍流羽状模式，即：浮动的原始岩浆对密度分层的岩浆房的脉动贯入成矿。羽状岩浆体上升时呈湍流状对流，输导并与主岩浆混合；羽状体一直上升到达其本身密度层的位置，在那里层状延展。混合作用和伴随的冷却导致硫化物饱和。湍流对流保证了分结的硫化物熔体保持悬浮状态并与大量的岩浆混合，从而最大限度地提高铂族元素的品位。最后，混杂层在湍流状对流减弱的地方冷却，使悬浮晶体和硫化物微滴得以沉降或由对流的倒转带到岩浆房底部。

2）压滤作用：压滤成矿模式最初由Vermaak（1976）提出并得到von Gruenewaldt（1979）支持，他们认为梅林斯基矿层是由从下伏部分固结的堆积岩中排出的堆晶间液体形成的，这些堆积岩已被圈闭在相对不渗透的斜长岩质席垫之下。堆晶间液体通过堆积后分馏结晶作用可富集包括铂族元素、硫和挥发物在内的不相容元素。当晶间熔体有50%结晶时就会成倍增加Pt和Pd的浓度。Gain（1985）根据UG-2铬铁岩、Sooates等（1986）根据Bird河岩床下部铬铁岩中铂族元素的富集特征，对压滤模式进行了修改。根据Gain模式，岩浆硫化物最初是与铬铁矿一起从主岩浆中堆积下来的，但硫化物是通过向上迁移的堆晶间液体的均衡作用而进一步富集铂族元素的。但Naldrett等（1987）认为这一机制不适合梅林斯基矿层，因为铂族元素在向上移动的堆晶间液体通过含硫的假矿层和UG-2时将被分散掉。

3）岩浆热液流体的沉淀：Jackson（1961）提出，斯蒂尔沃特杂岩中铬铁岩层下面的伟晶状斑点是由位于相对不渗透的铬铁矿堆积岩下边的热液流体受“圈闭”而形成的。Lauder（1970）把这一观点加以推广，用来解释横向连续的梅林斯基伟晶岩相，并且进一步提出铂族元素是被上升运动的热液流体带过堆积岩序列，当其上升遇到难以渗透的辉岩堆积岩顶板时即被围限圈闭而导入矿层。后来的研究表明，在梅林斯基和J-M 两个矿层中存在富氯含水矿物，在堆积后的石英和长石中有液体包体以及一些其他依据表明有水流体参与成矿（Ballhaus和Stumpfl,1986;Stmpfl和Ballhaus,1986；Johan和Watkinson,1985;Boudreau等，1985;Mathez等，1985）。典型的层控矿化的岩浆热液成因矿床是斯蒂尔沃特杂岩的Picketpin（Boudreau等，1986）。支持这一模式的其他证据包括：存在不整合接触关系、下盘硫化物矿化的似管状带、含铂族元素的硫化物、砷化物和锑化物与石英和磷灰石的组合以及矿化层中不相容元素的富集等。Boudreau和Mc Callum（1986）通过模拟计算，也表明流体是富含SiO2、碱、HCl和HF的。

4）边缘硫化物的块状堆积作用：具有工业意义的铜镍硫化物铂族元素矿床大多以块状到稠密浸染状硫化物的形式堆积位于或接近于侵入体底板或周壁、或位于科马提质熔岩流的底部。Duke和Naldrett（1983）提出了块状堆积作用的两种机制：一种是，假如岩浆早于或在就位期间变成硫化物饱和的，那么在岩浆流动时，硫化物微滴就能够适合于从硅酸盐晶体中机械地分结，并且堆积在底盘凹地或其他构造凹陷中。另一种情况是，假如岩浆饱和硫化物但硅酸盐矿物不饱和，块状硫化物能够很快地堆积。要达到这种情况最直接的方法就是通过同化围岩使岩浆直接得到S。其他可取之法是通过与少量原始岩浆混合或与长英质物质混染使岩浆组分向硫化物原始相场移动.在一定情况下这是可能的（Irvine,1975,1977）。如，萨德伯里火成杂岩的岩石异常地富含石英，而且同位素、主要元素和微量元素数据均表明该岩浆同化了大约50%的地壳物质（Naldrett等，1986）。人们普遍同意，杂岩的就位晚于在萨德伯里观察到的导致形成角砾岩杂岩套的陨石冲击或爆发火山作用。萨德伯里矿石中的S同位素和Se/S比值一般指示幔源，但在某些矿床（如Strathcona）中有壳源S组分的证据。萨德伯里硫化物与在地壳内部结晶的堆积超基性和基性岩石的捕虏体密切伴生（Scribbins等，1984）。Gupta等（1984）的重力和磁法资料表明，在杂岩体之下5～8km的深处存在镁铁超镁铁块体，这可能是捕虏体的来源。在深部岩浆房中分结的硫化物可能随后与捕虏体一起侵位。

俄罗斯诺里尔斯克矿床的成因模式也包括有地壳岩石的混染作用，普遍认为矿石中的S来源于泥盆纪蒸发岩的同化作用。如，Oktyabr’sk矿床硫的平均δ34S比值4达12.0‰，Talnakh和Noril’skⅠ矿床为8.1‰，而中泥盆统硬石膏的平均值为15.2‰（Gorbachev和Grinenko,1973）。Vinogradov和Grinenko（1966）估计诺里尔斯克侵入体中30%～50%的S是从沉积硬石膏中同化的，相对于侵入体总质量的1.5%。有许多证据表明一些边缘块状硫化物矿床中较高的Pt和Pd品位与富Cu硫化物的分解作用有关。如萨德伯里下盘的富Cu薄层，诺里尔斯克－塔尔纳赫的方黄铜矿石和Muskox侵入体的边缘硫化物富Cu部分。

铂族元素较Ni和Cu占优势的边缘硫化物堆积的最重要的例子是布什维尔德杂岩的Platreef矿床。有一种一致的意见认为Platreef矿中岩浆硫化物的生成是由于岩浆与围岩物质混染的结果。但是混染作用的确切性质还有待研究。Platreef矿中岩浆硫化物与以白云岩为主的变质沉积岩捕虏体伴生的现象使Liebenburg（1970）认为当岩浆同化了下盘沉积物的S时，岩浆即变为S饱和。De Waal（1977）也把硫化物分解归因于与沉积物的反应，但他认为这是由于与岩浆中H2O和CO2的加入相伴而来的，而不是S的同化作用。Buchanan等（1981）发现Platreef硫化物的δ34S值变化于6.3‰～9.2‰，明显不同于布什维尔德具有“原始岩浆”硫化物特征的变化范围0.6‰～3.5‰（Liebenburg,1968），由此可推断S是通过岩浆与白云岩捕虏体的反应而加入到岩浆中的。同样，Gain和Mostert（1982）也断定捕虏物质的崩解释放出H2O、CO2和S，这些组分同时提高硫化物的溶解度和增加岩浆中S的含量。但Hulbert分析了一批较多的Platreef硫化物样品，发现δ34S平均值仅为2.7‰，落入岩浆硫范围。Cawthorn等（1985）出示了Sr同位素和微量元素数据，这些数据表明Platreef岩浆受到含Si物质的大量混染，似乎可排除沉积物同化作用的重要性，他们认为混染物是来自临近花岗岩的部分熔融体或流体。

2.科马提岩中PGE的富集机制——熔岩中硫化物的析离与结晶

总的来看，现代玄武岩熔岩中产有具经济价值的硫化物矿床的潜力不及侵入体，这主要是由于熔岩冷却速度太快，导致硫化物析离作用难以发生。与之相反，太古宙的许多超基性熔岩（如绿岩带内的科马提岩）中通常产有块状镍硫化物矿床。这主要是由于那些熔岩的温度较高（喷发温度达1650℃）因而黏度较低，从而使潜在的硫化物熔融体得以聚集并增强了熔岩同化含S围岩的能力。

产在科马提岩中的硫化物矿石特别富含Ni，这是因为超基性岩浆对应于程度相对高的地幔部分熔融作用。随着部分熔融程度的增高，熔融体中橄榄石的相对比例也相应增大，因为橄榄石是上地幔中最丰富的难熔相。橄榄石也是火成岩中Ni的最主要携带者，其结构中可容纳多达0.5%的Ni。另一方面，由于Ni对橄榄石的强烈亲合性，玄武岩岩浆中仅这5%的橄榄石分离结晶即可使其Ni含量亏损约50%。因此，人们一般不能观察到富Ni硫化物与经过分异的火成岩伴生。

科马提岩熔岩流是否经历了硫化物析离作用，亦可用Cu/Pd方法来确定。在这方面，加拿大开普史密斯褶皱带的楚科塔特群可以作为一个实例。该群由科马提岩质玄武岩熔岩流组成，夹有分异程度较高的洋中脊玄武岩成分的辉石和斜长石斑状玄武岩。富含Ni-Cu的硫化物见于最下部熔岩流的底部。Cu和Ni的含量在整套层序内几乎没有什么系统变化，因而没有什么勘查价值，布什维尔德杂岩体的情况也与此相仿。反之，硫化物层位上覆岩石的Cu/Pd比值明显高于地幔值，说明可能巳发生了硫化物析离作用，另外也说明至少靠下部的熔岩流是来自上个***同的次火山岩浆房。从南部非洲的情况看，Cu/Pd比值已证明能用来确定卡鲁溢流玄武岩层序的某些地段是否经历过硫化物析离作用，有助于确定产有硫化物富集体的岩浆补给带或运移通道，从而达到靶区优选的目的。

3.蛇绿岩中PGE的富集机制——结晶分异和部分熔融

M.埃科诺莫－埃利奥波洛斯.蛇绿岩杂岩体铬铁矿矿石中铂族元素的分布对铬铁矿勘查的意义.国外地质科技，1997（7）:47～55

蛇绿岩中PGE由于来源不同而具有不同的成矿机制。原始富集的PGE可能主要与岩浆结晶分异有关，而后期中低温流体带来的PGE则与热液作用有关。除岩石学及其他地球化学特征外，PGE、Ni和Cu的含量、铂族元素模式以及Pd/Ir和Ni/Cu比值能为铬铁矿成因和勘查提供有价值的信息。

与层状侵入体情况类似，Pt-Pd在蛇绿岩中最大程度的富集出现在其中含硫化物的纯橄榄岩及相伴的铬铁岩中。与布什维尔德杂岩体下超基性带（LG-6）中的铬铁矿相似，这些铬铁岩可能是因为原始岩浆在达到硫化物饱和之前与残余岩浆发生混合而形成的，因此它们不富含Pt和Pd，这与含硫化物矿脉（梅伦斯基）或富含PGE的铬铁岩层位（UG-2）相反。品都斯蛇绿岩杂岩体中具有Pt-Pd高富集量（5g/t）、高Pd/Ir比值（14）和正斜率铂族元素模式的铬铁岩样品，其硫化物却很贫，而且Ni、Cu、S与PGE之间没有任何相关关系，说明贱金属硫化物在铂族元素矿化中没有起到主要作用。

在地球化学上，Os、Ir、Ru和Ni一样与最早期结晶相是相容的，并且趋于富集在含橄榄石和铬铁矿的岩石中。另一方面.Cu、Pt和Pd是不相容元素，因此，Pd/Ir比值和Ni/Cu比值可以看作是岩浆分馏的一种证据。铬铁矿矿石中Ni含量范围为（2200～750）×10-6,Cu为（25～177）×10-6,Co为（110～750）×10-6,S为（20～80）×10-6。Ni、Cu、Co、S与PGE之间没有任何显著的相关关系。但采自品都斯和斯基罗斯蛇绿岩、Pd/Ir比值较高的铬铁岩样品似乎有可能显示出较低的Ni/Cu比值，其范围为9～23。同样，采自品都斯杂岩体和斯基罗斯岛富含PGE的铬铁岩也是PGE/S比值高，这可能反映出R系数（硅酸盐岩浆/硫化物液体）高。PGE含量和铂族元素模式取决于铬铁矿和硫化物的饱和时间，负斜率是由铬铁矿（作为硫钌矿和Os、Ir和Ru合金的主要捕集体）造成的，而正斜率则是由硫化物（与Pt和Pd伴生）造成的。在铬铁矿和橄榄石中，Ir、Os、Ru和Ni是相容的，而Pd、Pt和Cu则是不相容的，Rh有时是相容的有时又是不相容的。

某些蛇绿岩体，如奥斯里斯和武里诺斯蛇绿岩体（其中部除外），其主要元素、PGE、Ni、Cu含量及Pd/Ir和Ni/Cu比值明显是均匀的。其他杂岩体，如品都斯杂岩体，其PGE、Ni和Cu含量及Pd/Ir（0.02～150）和Ni/Cu（9～67）的比值范围是不均匀的。

品都斯杂岩体、武里诺斯杂岩体中部（塞萨沃斯）、埃维亚和斯基罗斯岛以及塞伯马瑟多恩地块和罗多彼地块具有如下***同特点：①以相近的比例包含有高Cr和高Al型铬铁岩；②铬铁矿潜在储量低；③在铬铁矿成分方面存在一种正如PGE、Ni和Cu含量以及Pd/Ir和（或）Ni/Cu比值所显示的分馏趋势。相反，希腊（武里诺斯1000万吨、奥斯里斯300万吨）、塞浦路斯（特鲁多斯600万吨）、阿尔巴尼亚（布尔奇泽4000万吨），以及菲律宾三描礼士（阿科杰断块400万吨）、哈萨克斯坦（肯皮尔赛冶炼型9000万吨，含Cr2O3平均56%）的大铬铁矿矿床的特征是矿石的化学成分（无论是主要元素还是亲Cu元素）变化不大，并且只含一种类型的铬铁矿（冶炼型或者难熔型），其他类型只占一小部分。虽然富含PGE的铬铁岩既可出现在贫铬铁矿蛇绿岩杂岩体中又可出现在富含铬铁矿的蛇绿岩杂岩体中，但是前者在许多铬铁矿矿点及容矿岩石纯橄榄岩中显示出一个很好的分馏趋势，而在后者中富含PGE的样品只是偶尔出现，并且通常与紧邻岩性莫霍面的含硫化物纯橄榄岩有关。