成礦物質的富集機制
壹般認為，巖漿型銅鎳—鉑族元素礦床大都是由於不混溶硫化物熔融體從矽酸巖母巖漿中析離出來而形成的，而這種析離作用的發生則是巖漿混合、快速冷卻、分異作用和混染作用等等的綜合結果。導致硫化物中鉑族金屬富集的因素是多方面的，如：鉑族（及其他）金屬元素在矽酸鹽母巖漿中的濃度，鉑族元素在硫化物熔融體/矽酸鹽熔融體之間的分配系數（D值），硫化物析離期間的R因數（用以表征通過矽酸鹽熔融體析離出的硫化物液滴數量的多少）。不同金屬之間的分離作用發生於多種過程，如：上地幔源區的部分熔融，氧化物、鉑族礦物和矽酸鹽（主要為橄欖石，其次為斜方輝石）的結晶，硫化物熔融體的析離，以及所析出硫化物熔融體的結晶過程。硫化物熔融體的結晶可導致形成由富含Os、Ir、Ru、Fe、（Ni）的單硫化物固溶體（mss）堆積成礦，也可以造成富含Cu、Pt、Pd的分離硫化物形成條帶狀礦體
W·D·梅爾等.巖漿型鎳－銅－鉑族元素礦床的勘查：地球化學手段的新進展及其在南部非洲某些礦床的應用.地質科技動態，1999（11）:11～13
。1.層狀雜巖體中鉑族元素的富集機制
典型的層狀雜巖體，如南非的布什維爾德和美國的斯提爾沃特，無疑是目前鉑族元素的主要來源，而且無疑是巖漿成因（廣義的），但鉑族元素在巖漿過程中的具體富集機制仍然不太清楚，因而提出了各種各樣的成礦模式（Vermaak,1976;Naldrett等，1987），爭論的焦點在於鉑族元素的富集是與巖漿巖的堆積作用同時發生的，還是通過晚期巖漿或熱液流體的遷移和沈澱而產生的，即同時堆積還是稍晚填充？是單壹巖漿作用的結果還是多種巖漿混合的產物？
1）巖漿混合作用：有大量的證據表明布什維爾德和斯蒂爾沃特兩個雜巖體，有可能是巖漿混合的產物，至少包括有兩種或更多的化學上不同的巖漿類型的侵入（Sharp,1981;Todd等，1983）。Irvine等（1983）稱這兩種巖漿為“U”型和“A”型。因為它們分別造成以鎂鐵礦物占優勢和以斜長石占優勢的堆晶巖。梅林斯基礦層和J-M礦層均產在層面上或其附近，標誌著來自大不相同的巖漿的堆晶巖之間的過渡（Todd等，1983;Sharpe,1985）。為此，Campbel1等（1983）和Naldrett等（1987）提出了湍流羽狀模式，即：浮動的原始巖漿對密度分層的巖漿房的脈動貫入成礦。羽狀巖漿體上升時呈湍流狀對流，輸導並與主巖漿混合；羽狀體壹直上升到達其本身密度層的位置，在那裏層狀延展。混合作用和伴隨的冷卻導致硫化物飽和。湍流對流保證了分結的硫化物熔體保持懸浮狀態並與大量的巖漿混合，從而最大限度地提高鉑族元素的品位。最後，混雜層在湍流狀對流減弱的地方冷卻，使懸浮晶體和硫化物微滴得以沈降或由對流的倒轉帶到巖漿房底部。
2）壓濾作用：壓濾成礦模式最初由Vermaak（1976）提出並得到von Gruenewaldt（1979）支持，他們認為梅林斯基礦層是由從下伏部分固結的堆積巖中排出的堆晶間液體形成的，這些堆積巖已被圈閉在相對不滲透的斜長巖質席墊之下。堆晶間液體通過堆積後分餾結晶作用可富集包括鉑族元素、硫和揮發物在內的不相容元素。當晶間熔體有50%結晶時就會成倍增加Pt和Pd的濃度。Gain（1985）根據UG-2鉻鐵巖、Sooates等（1986）根據Bird河巖床下部鉻鐵巖中鉑族元素的富集特征，對壓濾模式進行了修改。根據Gain模式，巖漿硫化物最初是與鉻鐵礦壹起從主巖漿中堆積下來的，但硫化物是通過向上遷移的堆晶間液體的均衡作用而進壹步富集鉑族元素的。但Naldrett等（1987）認為這壹機制不適合梅林斯基礦層，因為鉑族元素在向上移動的堆晶間液體通過含硫的假礦層和UG-2時將被分散掉。
3）巖漿熱液流體的沈澱：Jackson（1961）提出，斯蒂爾沃特雜巖中鉻鐵巖層下面的偉晶狀斑點是由位於相對不滲透的鉻鐵礦堆積巖下邊的熱液流體受“圈閉”而形成的。Lauder（1970）把這壹觀點加以推廣，用來解釋橫向連續的梅林斯基偉晶巖相，並且進壹步提出鉑族元素是被上升運動的熱液流體帶過堆積巖序列，當其上升遇到難以滲透的輝巖堆積巖頂板時即被圍限圈閉而導入礦層。後來的研究表明，在梅林斯基和J-M 兩個礦層中存在富氯含水礦物，在堆積後的石英和長石中有液體包體以及壹些其他依據表明有水流體參與成礦（Ballhaus和Stumpfl,1986;Stmpfl和Ballhaus,1986；Johan和Watkinson,1985;Boudreau等，1985;Mathez等，1985）。典型的層控礦化的巖漿熱液成因礦床是斯蒂爾沃特雜巖的Picketpin（Boudreau等，1986）。支持這壹模式的其他證據包括：存在不整合接觸關系、下盤硫化物礦化的似管狀帶、含鉑族元素的硫化物、砷化物和銻化物與石英和磷灰石的組合以及礦化層中不相容元素的富集等。Boudreau和Mc Callum（1986）通過模擬計算，也表明流體是富含SiO2、堿、HCl和HF的。
4）邊緣硫化物的塊狀堆積作用：具有工業意義的銅鎳硫化物鉑族元素礦床大多以塊狀到稠密浸染狀硫化物的形式堆積位於或接近於侵入體底板或周壁、或位於科馬提質熔巖流的底部。Duke和Naldrett（1983）提出了塊狀堆積作用的兩種機制：壹種是，假如巖漿早於或在就位期間變成硫化物飽和的，那麽在巖漿流動時，硫化物微滴就能夠適合於從矽酸鹽晶體中機械地分結，並且堆積在底盤凹地或其他構造凹陷中。另壹種情況是，假如巖漿飽和硫化物但矽酸鹽礦物不飽和，塊狀硫化物能夠很快地堆積。要達到這種情況最直接的方法就是通過同化圍巖使巖漿直接得到S。其他可取之法是通過與少量原始巖漿混合或與長英質物質混染使巖漿組分向硫化物原始相場移動.在壹定情況下這是可能的（Irvine,1975,1977）。如，薩德伯裏火成雜巖的巖石異常地富含石英，而且同位素、主要元素和微量元素數據均表明該巖漿同化了大約50%的地殼物質（Naldrett等，1986）。人們普遍同意，雜巖的就位晚於在薩德伯裏觀察到的導致形成角礫巖雜巖套的隕石沖擊或爆發火山作用。薩德伯裏礦石中的S同位素和Se/S比值壹般指示幔源，但在某些礦床（如Strathcona）中有殼源S組分的證據。薩德伯裏硫化物與在地殼內部結晶的堆積超基性和基性巖石的捕虜體密切伴生（Scribbins等，1984）。Gupta等（1984）的重力和磁法資料表明，在雜巖體之下5～8km的深處存在鎂鐵超鎂鐵塊體，這可能是捕虜體的來源。在深部巖漿房中分結的硫化物可能隨後與捕虜體壹起侵位。
俄羅斯諾裏爾斯克礦床的成因模式也包括有地殼巖石的混染作用，普遍認為礦石中的S來源於泥盆紀蒸發巖的同化作用。如，Oktyabr’sk礦床硫的平均δ34S比值4達12.0‰，Talnakh和Noril’skⅠ礦床為8.1‰，而中泥盆統硬石膏的平均值為15.2‰（Gorbachev和Grinenko,1973）。Vinogradov和Grinenko（1966）估計諾裏爾斯克侵入體中30%～50%的S是從沈積硬石膏中同化的，相對於侵入體總質量的1.5%。有許多證據表明壹些邊緣塊狀硫化物礦床中較高的Pt和Pd品位與富Cu硫化物的分解作用有關。如薩德伯裏下盤的富Cu薄層，諾裏爾斯克－塔爾納赫的方黃銅礦石和Muskox侵入體的邊緣硫化物富Cu部分。
鉑族元素較Ni和Cu占優勢的邊緣硫化物堆積的最重要的例子是布什維爾德雜巖的Platreef礦床。有壹種壹致的意見認為Platreef礦中巖漿硫化物的生成是由於巖漿與圍巖物質混染的結果。但是混染作用的確切性質還有待研究。Platreef礦中巖漿硫化物與以白雲巖為主的變質沈積巖捕虜體伴生的現象使Liebenburg（1970）認為當巖漿同化了下盤沈積物的S時，巖漿即變為S飽和。De Waal（1977）也把硫化物分解歸因於與沈積物的反應，但他認為這是由於與巖漿中H2O和CO2的加入相伴而來的，而不是S的同化作用。Buchanan等（1981）發現Platreef硫化物的δ34S值變化於6.3‰～9.2‰，明顯不同於布什維爾德具有“原始巖漿”硫化物特征的變化範圍0.6‰～3.5‰（Liebenburg,1968），由此可推斷S是通過巖漿與白雲巖捕虜體的反應而加入到巖漿中的。同樣，Gain和Mostert（1982）也斷定捕虜物質的崩解釋放出H2O、CO2和S，這些組分同時提高硫化物的溶解度和增加巖漿中S的含量。但Hulbert分析了壹批較多的Platreef硫化物樣品，發現δ34S平均值僅為2.7‰，落入巖漿硫範圍。Cawthorn等（1985）出示了Sr同位素和微量元素數據，這些數據表明Platreef巖漿受到含Si物質的大量混染，似乎可排除沈積物同化作用的重要性，他們認為混染物是來自臨近花崗巖的部分熔融體或流體。
2.科馬提巖中PGE的富集機制——熔巖中硫化物的析離與結晶
總的來看，現代玄武巖熔巖中產有具經濟價值的硫化物礦床的潛力不及侵入體，這主要是由於熔巖冷卻速度太快，導致硫化物析離作用難以發生。與之相反，太古宙的許多超基性熔巖（如綠巖帶內的科馬提巖）中通常產有塊狀鎳硫化物礦床。這主要是由於那些熔巖的溫度較高（噴發溫度達1650℃）因而黏度較低，從而使潛在的硫化物熔融體得以聚集並增強了熔巖同化含S圍巖的能力。
產在科馬提巖中的硫化物礦石特別富含Ni，這是因為超基性巖漿對應於程度相對高的地幔部分熔融作用。隨著部分熔融程度的增高，熔融體中橄欖石的相對比例也相應增大，因為橄欖石是上地幔中最豐富的難熔相。橄欖石也是火成巖中Ni的最主要攜帶者，其結構中可容納多達0.5%的Ni。另壹方面，由於Ni對橄欖石的強烈親合性，玄武巖巖漿中僅這5%的橄欖石分離結晶即可使其Ni含量虧損約50%。因此，人們壹般不能觀察到富Ni硫化物與經過分異的火成巖伴生。
科馬提巖熔巖流是否經歷了硫化物析離作用，亦可用Cu/Pd方法來確定。在這方面，加拿大開普史密斯褶皺帶的楚科塔特群可以作為壹個實例。該群由科馬提巖質玄武巖熔巖流組成，夾有分異程度較高的洋中脊玄武巖成分的輝石和斜長石斑狀玄武巖。富含Ni-Cu的硫化物見於最下部熔巖流的底部。Cu和Ni的含量在整套層序內幾乎沒有什麽系統變化，因而沒有什麽勘查價值，布什維爾德雜巖體的情況也與此相仿。反之，硫化物層位上覆巖石的Cu/Pd比值明顯高於地幔值，說明可能巳發生了硫化物析離作用，另外也說明至少靠下部的熔巖流是來自上個***同的次火山巖漿房。從南部非洲的情況看，Cu/Pd比值已證明能用來確定卡魯溢流玄武巖層序的某些地段是否經歷過硫化物析離作用，有助於確定產有硫化物富集體的巖漿補給帶或運移通道，從而達到靶區優選的目的。
3.蛇綠巖中PGE的富集機制——結晶分異和部分熔融
M.埃科諾莫－埃利奧波洛斯.蛇綠巖雜巖體鉻鐵礦礦石中鉑族元素的分布對鉻鐵礦勘查的意義.國外地質科技，1997（7）:47～55
蛇綠巖中PGE由於來源不同而具有不同的成礦機制。原始富集的PGE可能主要與巖漿結晶分異有關，而後期中低溫流體帶來的PGE則與熱液作用有關。除巖石學及其他地球化學特征外，PGE、Ni和Cu的含量、鉑族元素模式以及Pd/Ir和Ni/Cu比值能為鉻鐵礦成因和勘查提供有價值的信息。
與層狀侵入體情況類似，Pt-Pd在蛇綠巖中最大程度的富集出現在其中含硫化物的純橄欖巖及相伴的鉻鐵巖中。與布什維爾德雜巖體下超基性帶（LG-6）中的鉻鐵礦相似，這些鉻鐵巖可能是因為原始巖漿在達到硫化物飽和之前與殘余巖漿發生混合而形成的，因此它們不富含Pt和Pd，這與含硫化物礦脈（梅倫斯基）或富含PGE的鉻鐵巖層位（UG-2）相反。品都斯蛇綠巖雜巖體中具有Pt-Pd高富集量（5g/t）、高Pd/Ir比值（14）和正斜率鉑族元素模式的鉻鐵巖樣品，其硫化物卻很貧，而且Ni、Cu、S與PGE之間沒有任何相關關系，說明賤金屬硫化物在鉑族元素礦化中沒有起到主要作用。
在地球化學上，Os、Ir、Ru和Ni壹樣與最早期結晶相是相容的，並且趨於富集在含橄欖石和鉻鐵礦的巖石中。另壹方面.Cu、Pt和Pd是不相容元素，因此，Pd/Ir比值和Ni/Cu比值可以看作是巖漿分餾的壹種證據。鉻鐵礦礦石中Ni含量範圍為（2200～750）×10-6,Cu為（25～177）×10-6,Co為（110～750）×10-6,S為（20～80）×10-6。Ni、Cu、Co、S與PGE之間沒有任何顯著的相關關系。但采自品都斯和斯基羅斯蛇綠巖、Pd/Ir比值較高的鉻鐵巖樣品似乎有可能顯示出較低的Ni/Cu比值，其範圍為9～23。同樣，采自品都斯雜巖體和斯基羅斯島富含PGE的鉻鐵巖也是PGE/S比值高，這可能反映出R系數（矽酸鹽巖漿/硫化物液體）高。PGE含量和鉑族元素模式取決於鉻鐵礦和硫化物的飽和時間，負斜率是由鉻鐵礦（作為硫釕礦和Os、Ir和Ru合金的主要捕集體）造成的，而正斜率則是由硫化物（與Pt和Pd伴生）造成的。在鉻鐵礦和橄欖石中，Ir、Os、Ru和Ni是相容的，而Pd、Pt和Cu則是不相容的，Rh有時是相容的有時又是不相容的。
某些蛇綠巖體，如奧斯裏斯和武裏諾斯蛇綠巖體（其中部除外），其主要元素、PGE、Ni、Cu含量及Pd/Ir和Ni/Cu比值明顯是均勻的。其他雜巖體，如品都斯雜巖體，其PGE、Ni和Cu含量及Pd/Ir（0.02～150）和Ni/Cu（9～67）的比值範圍是不均勻的。
品都斯雜巖體、武裏諾斯雜巖體中部（塞薩沃斯）、埃維亞和斯基羅斯島以及塞伯馬瑟多恩地塊和羅多彼地塊具有如下***同特點：①以相近的比例包含有高Cr和高Al型鉻鐵巖；②鉻鐵礦潛在儲量低；③在鉻鐵礦成分方面存在壹種正如PGE、Ni和Cu含量以及Pd/Ir和（或）Ni/Cu比值所顯示的分餾趨勢。相反，希臘（武裏諾斯1000萬噸、奧斯裏斯300萬噸）、塞浦路斯（特魯多斯600萬噸）、阿爾巴尼亞（布爾奇澤4000萬噸），以及菲律賓三描禮士（阿科傑斷塊400萬噸）、哈薩克斯坦（肯皮爾賽冶煉型9000萬噸，含Cr2O3平均56%）的大鉻鐵礦礦床的特征是礦石的化學成分（無論是主要元素還是親Cu元素）變化不大，並且只含壹種類型的鉻鐵礦（冶煉型或者難熔型），其他類型只占壹小部分。雖然富含PGE的鉻鐵巖既可出現在貧鉻鐵礦蛇綠巖雜巖體中又可出現在富含鉻鐵礦的蛇綠巖雜巖體中，但是前者在許多鉻鐵礦礦點及容礦巖石純橄欖巖中顯示出壹個很好的分餾趨勢，而在後者中富含PGE的樣品只是偶爾出現，並且通常與緊鄰巖性莫霍面的含硫化物純橄欖巖有關。