中国西部典型岩浆铂族元素矿床超常富集成矿机制

- 宣扬地学成果，传播勘查技术方法 -

点击上方“覆盖区找矿”， 关注 更精彩！

         

中国西部典型岩浆铂族元素矿床超常富集成矿机制

张铭杰 ¹ ，张宏福 ² ，梁慨慷 ¹ ，张晓琪 ² ，李思奥 ¹ ，张军伟 ³ ，班舒悦 ¹ ，王荣华 ¹ ，范育新 ¹

1 兰州大学地质科学与矿产资源学院，甘肃省西部矿产资源重点实验室

2 西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室

3 兰州大学电镜中心

         

作者简介：张铭杰 ，教授，博士生导师，主要从事地球化学研究。

         

导读：

铂族金属 因具有耐高温、高强度、耐磨损、抗腐蚀和抗风化等特性， 在催化剂、喷气发动机和充电电池等新材料(高温合金)与新能源等领域 具有不可替代的重大用途。

铂族元素 地壳丰度低， 中国陆下地幔源区的PGE含量不高 ， 铂族元素(PGE)矿床 的形成 都需要经历元素 超常富集 过程 。研究 铂族元素 典型岩浆 矿床超常富集成矿机 制及 其 动力学背景 ， 将研究成果与构造环境相结合，可以分析成矿潜力，预测找矿远景 ，对指导 岩浆铂族元素矿床 勘查有重要意义。

中国西部探明了一系列 与新元古代以来幔源岩浆有关的 镍铜铂族元素岩浆矿床 ， 记录了不同构造环境幔源岩浆PGE超常富集成矿过程 ， 为 超常富集成矿机制 研究提供了有利条件。

研究认为， 亲铁性的铂族元素高度富集于地核 ，深部地幔起源、高程度部分熔融形成的 镁铁质岩浆中PGE含量较高 ，地幔岩浆系统不同条件下 铂族元素以纳米态元素簇、合金、硫化物熔体或超临界流体运移 - 聚集成矿 ， 在阶段性岩浆房多阶段、多途径富集 ， 成矿作用类型丰富。

研究发现， 中国西部新元古代以来的 幔源岩浆源区PGE不亏损、岩浆活动时间长、岩浆硫化物相互作用 PGE多阶段富集 及地幔柱岩浆动力学背景 是PGE超常富集成矿的 有利地质条件 。 幔源岩浆作用 形成的岩浆铂族矿床 中 深部资源潜力巨大 ， 中国西部岩浆PGE-Co矿床 深部及区域具有较大的资源潜力 。

         

- ----- 内容提纲- -----

         

0 引言

1 中国西部铂族金属成矿岩浆作用

1.1 新元古代岩浆铂族成矿作用

1.2 古生代造山带岩浆铂族成矿作用

1.3 二叠纪地幔柱岩浆PGE成矿作用

2 岩浆铂族元素富集条件与控制因素

2.1 岩浆源区富集

2.1.1 铂族元素赋存形式

2.1.2 铂族元素部分熔融富集

2.2 岩浆演化过程富集

2.2.1 PGE原子束或合金富集

2.2.2 岩浆不混熔硫化物熔体富集

2.2.3 结晶分异作用富集

2.2.4 岩浆混合作用富集

2.3 流体运移富集

3 铂族元素超常富集岩浆系统动力学

3.1 岩浆源区

3.2 岩浆系统

3.2.1 幔源大规模岩浆长期活动系统

3.2.2 外源硫加入与壳源混染作用

3.2.3 铂族金属富集成矿类型的多样性

3.3 构造环境

4 结论

- --------------

         

0  引言

铂族元素 (platinum group elements，PGE) 包括密度较低(约12g/cm ³ )的钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)轻铂族和密度较高(约22g/cm ³ )的锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)重铂族6个元素 ， 具有密度大、熔点高、沸点高、化学性质稳定的性质 。铂族金属因具有耐高温、高强度、耐磨损、抗腐蚀和抗风化等特性， 在催化剂、喷气发动机和充电电池等新材料(高温合金)与新能源等领域具有不可替代的重大用途 。铂族元素的矿床类型较多， 如岩浆型、热液型 (斑岩型、夕卡岩型和海相火山岩块状硫化物型)和外生型(黑色页岩型和砂铂矿型)。 全球约90%具有经济价值的PGE资源来源于岩浆型大型层状杂岩体铂族矿床和岩浆硫化物矿床 。

铂族元素具亲铁性地球化学性质 ， 在地球早期演化分异时期，原始地球核幔分异过程中PGE高度富集于地核地幔， 但地幔的PGE丰度仍比地球平均值和球粒陨石低两个数量级， 地壳的PGE丰度更低 (如Pt为5×10 ^-12 ，Ir为0.003×10 ^-12 )。因此， 幔源岩浆作用 (特别是起源较深的地幔柱岩浆作用) 是地球深部PGE运聚到地壳富集成矿的关键机制 。

全球铂族金属资源总量超过1亿kg， 岩浆型铂族矿床主要产于大型层状镁铁超镁铁质杂岩体和岩浆硫化物矿床中 ， 少量PGE资源产于蛇绿岩套铬铁矿矿床、Urals-Alaskan型杂岩体 。 1924年H.Merensky在南非德兰士瓦省发现的 布什维尔德(Bushveld)镁铁堆积杂岩体 铂族矿床的铂族金属储量最大 (62816t)， 占全球PGE总资源量的87% ，PGE平均品位约为5.4×10 ^-6 ， 其中梅林斯基(Merensky Reef)矿层的PGE资源储量为6.3万t ，铂平均品位为3.6×10 ^-6 ，钯为1.8×10 ^-6 ； 津巴布韦Great Dyke铂矿的铂资源量有3000多t， 铂平均品位为2.8×10 ^-6 ，钯为2.1×10 ^-6 ； 美国蒙大拿州Stillwater基性超基性杂岩体 J-M矿脉中PGE金属储量为6628t，铂族元素平均品位为22.3×10 ^-6 ，铂为4.3×10 ^-6 ，钯为14.8×10 ^-6 。 另一方面，岩浆Cu-Ni硫化物矿床常伴生PGE矿床， 如俄罗斯西伯利亚Noril’sk镍铂族硫化物矿床中铂族金属储量约为20255.2t， 加拿大安大略省Sudbury矿床铂族金属储量为763.9t。 另外与基性岩、超基性岩有关的铬铁矿、钒钛磁铁矿中也常常伴生铂族金属资源 。

中国铂族金属资源 主要来源于岩浆镍铜硫化物矿床的伴生PGE资源， PGE含量总体较低。 金川超大型铜镍铂族硫化物矿床 伴生铂族金属储量约为177t ， PGE品位约为0.4×10 ^-6 ， 铂钯富集体中达3×10 ^-6 ~4×10 ^-6 。 中国铂族金属产量的95%来自该矿床 。 云南金宝山PGE矿床是中国目前发现的 唯一的大型独立铂钯矿床， PGE金属储量45t， PGE品位平均为3×10 ^-6 ，规模比世界主要的岩浆Pt-Pd矿床小几个数量级。 杨柳坪矿床伴生PGE储量为35t ，品位约为0.5×10 ^-6 。 东昆仑造山带浪木日岩浆Ni-Co矿床 新钻探发现2m厚、PGE最高达3g/t的富集层 ，具有PGE成矿潜力。

幔源岩浆作用 形成的岩浆铂族矿床中深部资源潜力巨大 。 加拿大Voisey’s Bay矿床 在1600m深度发现富矿体， Sudbury铜镍矿开 采深度达2500m， 南非Bushveld铂矿 开采深度达2200m。 因此中国西部岩浆PGE-Co矿床深部及区域具有较大的资源潜力。

1   中国西部铂族金属成矿岩浆作用

世界范围内岩浆铂族矿床 主要产于太古宙、古中元古代的大型层状镁铁质杂岩体中， 如美国的Stillwater镁铁质层状杂岩体形成于2701Ma， 南非Bushveld铂族矿床镁铁质层状杂岩体 形成于2057~2054Ma， 美国Duluth镁铁质岩体 形成于1.1Ga， 津巴布韦Great Dyke铂族矿床镁铁质岩体 形成于(2575.4±0.7)Ma，大型层状杂岩体铂族矿床的PGE含量较高，以Pt-Pd富集为特征。 岩浆硫化物矿床伴生铂族矿床主要 有元古宙的 加拿大Sudbury矿床和新元古代中国金川矿床 ， 以及晚古生代的俄罗斯Noril’sk镍铂族硫化物矿床 。Sudbury矿床形成于1849.8~1848.1Ma陨石冲击作用诱发的岩浆事件，俄罗斯Noril’sk矿床为251Ma地幔柱岩浆作用的产物。

图1 中国铂族元素岩浆矿床相关镁铁超镁铁质岩体分布图

新元古代岩体： 金川，宝坛，汉南毕机沟，周庵，煎茶岭，冷水箐，阿克苏，库鲁克塔格；古生代岩体：黄山，喀拉通克，图拉尔根，香山西，白石泉，葫芦，土墩，黑山，红旗岭，冰沟南，石头坑德，夏日哈木，牛鼻子梁，金宝山，杨柳坪，阿布郎当，朱布； 中、新生代岩体： 漂河川，五星

         

中国岩浆PGE矿床 形成时代 主要集中于新元古代与古生代 ，如图1所示， 岩浆铂族矿床形成时代主要为新元古代至三叠纪 ，峰期在新元古代和二叠纪；尚 未发现新元古代前的大型层状杂岩体相关的铂族矿床 。 以镁铁超镁铁质岩体相关的岩浆硫化物矿床伴生铂族矿床为主 ， 少量为层状杂岩体型PGE独立矿床 。 新元古代 有金川、煎茶岭、冷水箐和宝坛等Cu-Ni-PGE硫化物矿床 ， 晚古生代 有 峨眉山地幔柱岩浆作用形成的金宝山大型PGE独立矿床，以及杨柳坪、朱布、力马河和白马寨等小型镍铂族硫化物矿床 。 中亚造山带和东昆仑造山带 的古生代镁铁超镁铁质岩体中 发育镍钴铂族硫化物矿床 ， 夏日哈木与石头坑德等岩体 和 中亚造山带喀拉通克岩体 中 块状矿石的Pt和Pd含量较高 ，发现了少量的铂族矿物，但PGE含量及储量较低。 上述矿床主要分布在中国西部， 中国东部仅有中生代的吉林红旗岭、漂河川4号岩体和黑龙江新生代五星铂钯矿床 ，分布于中亚造山带的东段。漂河川4号岩体的PGE含量低，富铜矿石的PGE含量为0.75×10 ^-6 ，富集Pt和Pd。

1.1 新元古代岩浆铂族成矿作用

中国新元古代岩浆PGE矿床 主要有金川CuNi-PGE硫化物矿床 (831/827Ma)、 宝坛NiCu-(PGE)矿床 (982/825Ma)、 煎茶岭Ni矿床 (878Ma)及 冷水箐Ni-Cu-(PGE)矿床 (817Ma)， 形成时间位于Rodinia超大陆裂解相关地幔柱岩浆活动的时间范围内 。

金川 Cu-Ni-PGE硫化物矿床位于 华北克拉通西端阿拉善地块西南缘的龙首山地体 ， 是世界上单一矿床Ni储量最大的超大型镍铂族硫化物矿床 ，硫化物矿石储量居世界第三， 伴生PGE资源177t，铂储量为119t 。赋矿超镁铁质岩体出露面积1.34km ² ，呈NW-SE向不整合 侵位于前长城系白家嘴子组大理岩、片麻岩及少量混合花岗岩中 。超镁铁质岩体主要 由纯橄岩、二辉橄榄岩、橄榄二辉岩和少量斜长二辉橄榄岩组成 ， 岩体分异程度越高的部分越有利于铜镍硫化物成矿 。硅酸盐与硫化物比率(R因子)极高，岩体矿化率高达60%。二辉橄榄岩锆石和斜锆石ID-TIMS高精度U-Pb年龄为(831.8±0.6)Ma。 超镁铁质岩斜锆石U-Pb年龄(812±26)Ma 与 含硫化物超镁铁质岩和粗玄岩岩墙 的锆石U-Pb年龄(分别为(827±8)Ma和(828±3)Ma)在分析误差范围内 一致 。

金川矿床伴生PGE的硫化物矿石资源量约19亿t ，Pt资源量为122t。 铂族金属主要产于Ⅰ矿区东部24号矿体和Ⅱ矿区西部Ⅰ号矿体的铂钯富集体中 ，富集Pt和Pd， 平均含量分别为2.4×10 ^-6 和1.04×10 ^-6 ，铱铂族(IPGE：Ir，Os，Ru，Rh)亏损。 矿体以网状结构分布于侵入体下部和中部的纯橄榄岩、含辉橄榄岩和二辉橄榄岩中 ，岩(矿)体底部附近的大理岩、花岗岩、片麻岩等围岩中 有规模很小的枝脉状或囊状矿体 。

金川矿床Pt、Pd赋存形式 主要为铂族元素矿物(如砷铂矿等)、自然元素及金属互化物等， IPGE主要呈类质同象存在。 超镁铁质岩中70%以上的铂含量来自砷铂矿。 原生硫化物组合由磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿组成， 镍黄铁矿较富Pd和Ru， PGE硫化物约70%的Pd赋存在镍黄铁矿中 ，磁黄铁矿和黄铜矿贫PGE，磁黄铁矿较富Os和Ru。 不同矿体、矿石与岩石类型间PGE含量与配分模式明显不同(图2) ， 岩石PGE含量与硫化物含量成正比，块状矿石PGE含量明显较高 ，但Pt相对亏损(图2a)； 橄榄岩与浸染状矿石Pt、Pd的富集度比Os、Ir、Ru、Rh高 ，见图2b，c。

图2 中国西部主要岩浆矿床PGE原始地幔(PM)均一化配分模式

         

在扬子、塔里木和华北克拉通边缘分布的 新元古代层状镁铁超镁铁质岩体中赋存有岩浆矿床。 如扬子北缘的汉南隆起区 ，在长约180km、宽约60km的范围内 有几十个大小不等的镁铁超镁铁质岩体 ，构成了中国最大的镁铁超镁铁质岩体带， 其中毕机沟岩体等发现铜镍铂矿化 ； 扬子板块边缘分布的宝坛Ni-Cu-Co-(PGE)矿床 ((982±21)Ma)、 煎茶岭 Ni-Co矿床((878±27)Ma)及 冷水箐 Ni-Cu-(PGE)矿床(817Ma)等的 矿床地质概况见表1 ， 铂族成矿作用与Rodinia超大陆裂解地幔柱岩浆活动时间一致 。

表1 扬子克拉通边缘新元古代层状镁铁超镁铁质岩体及岩浆矿床

华北克拉通西缘 贺兰山北段小松山辉长岩体 ((835.5±5.3)Ma)及 塔里木克拉通北缘的库鲁克塔格镁铁超镁铁质杂岩体 (820~760Ma) 形成年龄在Rodinia地幔柱的活动时间内， 可能与Rodinia地幔柱活动相关， 具有超常富集PGE的区域动力学背景 。

1.2 古生代造山带岩浆铂族成矿作用

中国中亚造山带和东昆仑造山带 探明了较多的古生代岩浆硫化物矿床 ，但PGE的含量较低(图1)。中亚造山带晚古生代幔源岩浆作用形成 喀拉通克、黄山、黄山东、图拉尔根、香山(西)、土墩、葫芦、白石泉、黑山和尾亚等镁铁超镁铁质杂岩体， 赋存铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿矿床 ， 尚未发现PGE矿床 。喀拉通克铜镍硫化物矿床伴生Pd+Pt资源储量3.31t，发现铂族矿物，其PGE亏损原因是岩浆源区贫PGE还是早期硫化物熔离亏损PGE有待验证 。

在东昆仑造山带的 夏日哈木、冰沟南、阿克楚克塞、石头坑德和浪木日等早古生代镁铁超镁铁质岩体发现岩浆硫化物矿床 (图1)， 在空间上构成了一个长约690km的早古生代岩浆矿床成矿带 ， 形成时代集中于430~410Ma 。 浪木日新钻孔发现厚层的PGE富集层， Pt品位0.3~3g/t，平均品位0.7g/t ， 显示东昆仑造山带区域具有铂族元素聚集动力学背景。

夏日哈木超大型镍钴硫化物矿床 是造山带环境镍储量全球最大的岩浆镍钴矿床 ， 区域分布I、II、III和IV号四个镁铁超镁铁质岩体 。I号超镁铁质杂岩体由早期辉长岩体和后期侵入的超镁铁质岩体组成，后者由橄榄岩、辉石岩和辉长岩相组成，辉长岩岩体和超镁铁岩体二辉岩的锆石U-Pb年龄分别为(431.3±2.1)Ma和(411.6±2.4)Ma[45]，辉长岩和二辉岩锆石SHRIMPU-Pb年龄分别为(405.5±2.7)和(406.1±2.7)Ma。

夏日哈木超大型镍钴硫化物矿床 岩石和矿石的Cu/Pd比值高 ， Ni、Cu和Co富集， 矿石矿物主要为镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、铬尖晶石和紫硫镍矿。 PGE相对亏损，PGE平均含量为13.8×10 ^-9 ，岩体东部和西部PGE品位相似， 以PPGE(Pt，Pd)为主，IPGE(Ir，Ru，Rh)含量较低 (图2)，且Pt异常明显。

1.3 二叠纪地幔柱岩浆PGE成矿作用

二叠纪地幔岩浆作用 形成了著名的西伯利亚大火成岩省和相关Noril’sk超大型镍钴铂族硫化物矿床 、峨眉山大火成岩省和相关攀西 超大型钒钛磁铁矿 、塔里木大火成岩省 和坡北 赋含大型铜镍硫化物矿床的层状岩体 。晚二叠世峨眉山地幔柱岩浆作用 还形成十余个PGE和Cu-Ni富集程度不同的硫化物矿床 ，如PGE富集的金宝山铂钯矿， Ni-Cu-PGE硫化物矿床伴生PGE的朱布、杨柳坪、正子岩窝和清矿山等矿床， 如图1。从PGE富集型、Cu-Ni-PGE富集型、Cu-Ni富集型硫化物矿床到钒钛磁铁矿矿床， 成矿岩体中PGE含量降低 。 塔里木东北缘 的坡北超镁铁质层状杂岩体的 PGE普遍亏损 。

金宝山铂钯矿床 为我国发现的唯一 一个铂族元素独立矿床 ，包含11个层状超镁铁质岩体和21个镁铁质岩体。 成矿岩体为似层状(岩席)小型超镁铁质岩 ， 主要由辉石橄榄岩组成，约占整个岩体的92% ，底部及边部可见一些小的辉橄岩、橄辉岩及辉石岩异离体 。橄榄岩、辉橄岩、橄辉岩及辉石岩无完整的相带分异 ，缺乏分异堆积特征； 锆石年龄为(260.6±3.5)Ma 。 铂钯金属资源量约为45t，品位为1~5g/t。 共有3个矿层，以似层状、透镜状产出于辉石橄榄岩中，呈渐变过渡，无明显岩性差异及界线。 矿石PGE含量高，具有Ru负异常 (图2)。 岩体底部的矿层储量最大，长2100m，宽400~600m，厚4~16m ，下部有贫PGE的富铬铁矿层。

朱布Cu-Ni-PGE矿床 含矿基性超基性岩体由一个10~40m的边部带和一个层状序列组成， 边部带主要由二辉橄榄岩、橄榄辉石岩、辉石岩和混染辉长岩组成。 层状序列从底部到顶部依次发育有二辉橄榄岩、橄榄辉石岩、辉长岩和辉长闪长岩等， 不同岩石渐变过渡。边部带与层状序列呈不整合接触。铂钯金属资源量为5.9t。 杨柳坪Ni-PGE矿床矿体主要分布于超基性岩杂岩中 ，PGE品位约为0.5×10 ^-6 ，PGE储量为35t。 红格和新街镁铁超镁铁层状岩体底部发育4条1~4m厚的PGE矿层， 矿石中PGE品位为1×10 ^-6 ~2×10 ^-6 ，岩石中PGE为0.17×10 ^-6 ~0.41×10 ^-6 ，PGE与Ni、Cu和S正相关。

2   岩浆铂族元素富集条件与控制因素

铂族元素具有亲硫和亲铁双重的地球化学性质。 在硅酸盐岩浆中铂族元素的硫化物熔体/硅酸盐熔体分配系数很高(0.01×10 ⁶ ~1×10 ⁶ )，并随岩浆氧逸度增高而降低， 不同元素的分配系数大小排序为Pd>Rh>Pt>Ru-Os-Ir ， 导致Ir族(IPGE，包括Os、Ir和Ru)和Pd族(PPGE，包括Rh、Pd和Pt)元素的地球化学行为不 同，在硫化物熔离过程中Ir族和Pd族出现分异。

在正常f(O ₂ )(FMQ±1)条件下， Pt与Pd具有相似的地球化学行为 ，主要赋存于硫化物中。 在硫饱和条件下单硫化物固溶体 (MSS，Monosulfide Solid Solution) 结晶过程中 ，铂族元素在单硫化物固溶体与硫化物熔体中的分配系数排序为Ir(3.4~11)>Os(4.3)>Ru(4.2)>Rh(1.17~3.03)>>Pt(0.05~0.2)和Pd(0.09~0.2)， Os、Ir、Ru、Rh优先进入单硫化物固溶体 ，Pt、Pd保留于硫化物熔体中出现分异。 金川、金宝山矿床中橄榄岩与浸染状矿石Pt和Pd富集可能与此有关 (图2b，c)。

岩浆源区部分熔融过程中萃取铂族元素进入岩浆的比例、岩浆演化侵位过程中 PGE超常规富集的条件和控制因素等与岩浆源区PGE的赋存形式 、部分熔融程度及岩浆硫饱和度 等因素有关。

2.1 岩浆源区富集

岩浆源区部分熔融 形成幔源岩浆中PGE的组成 与含量 主要取决于 地幔源区PGE的组成与含量 (即PGE的赋存状态) 以及释出比例 (即部分熔融程度)。幔源岩浆中PGE含量 主要取决于源区PGE赋存状态和部分熔融程度 。

2.1.1 铂族元素赋存形式

地幔高温高压条件下 铂族元素赋存于铂族矿物、微粒包体(元素簇)或合金(如Pt-Fe合金)中， 且分布不均匀。对铂族元素起到控制作用的 矿物相有硫化物 (包括PGE硫化物和砷化物)、 纳米级微粒合金、铬铁矿 (尖晶石) 及部分硅酸盐矿物 。 地幔捕虏体与镁铁质岩石中PGE的赋存形式 可揭示地幔PGE的赋存状态。 中国东部华北克拉通橄榄岩 地幔捕虏体中PGE大部分赋存于橄榄岩原生硫化物 、 硅酸盐矿物、氧化物和合金中 。 金川、夏日哈木等超镁铁质岩体中 PGE与硫化物S含量呈正相关， 表明铂族元素含量主要受硫化物控制。 硫化物的稳定性控制了PGE的活动性与富集规律 。

铂族元素独立矿物 主要包括硫化物 (砷化物、锑化物、碲化物、铋碲化物和硫砷化物)、 自然元素、金属互化物及合金等PGE矿物和含PGE矿物 。 如金川矿床中硫化物的铂与钯绝大部分(78%以上)呈独立矿物存在 ，少量铂和钯以类质同象形式存在于黄铜矿、磁黄铁矿和镍黄铁矿等硫化物中 。铂族矿物有砷铂矿(PtAs ₂ )、天然铂、碲铂矿(PtTe ₂ )、铋碲铂钯镍矿[(NiPdPt)(TeBi) ₂ ] 、方铋钯矿(PdBiTe)和六方锑钯矿(PtPd)Sb。 Os、Ru和Rh主要以类质同象形式代替Fe ， 赋存在镍黄铁矿与磁黄铁矿内； 少量的Ir、Pt、Rh则主要以微小矿物颗粒形式 存在于黄铁矿中 。

PGE硫化物 具有包裹体和粒间两种不同的赋存形式 。杨柳坪Ni-PGE矿床中0.5~2μm的铂族元素矿物颗粒 主要赋存于磁黄铁矿、黄铁矿、磁铁矿等金属矿物和辉石、橄榄石等硅酸盐矿物中 。 南非Bushveld杂岩体 Merenskey矿层和UG2铬铁矿矿层的中底部 存在PGE硫化物 ，Platreef接触带中PGE主要以碲化物和砷化物等半金属化合物相赋 存于硅酸盐矿物中 。

另一方面， PGE以原子束的形式包裹于结晶矿物中 。硅酸盐熔体中PGE过饱和时，重铂族元素易形成微粒包体，如橄榄石、铬铁矿及金属硫化物中均含有直径<100nm的PGE微粒包体， 以铂族离子簇(Clusters of PGEions)的形式存在 。橄榄石、铬铁矿中微粒包体的成分为Pt-Pd±Au，硫化物中成分为Os-Ir-Pt和Pt-Pd-Au。 金宝山岩体中发现众多铂族金属颗粒 ， 因此PGE微粒包体赋存状态可反映PGE饱和的过程。

合金也是PGE常见赋存形式之一 。在高f(O ₂ )条件下PGE 形成难熔的Pt-Fe合金 。 在铬铁矿表面形成单独的自形合金， 颗粒表面与熔体间为Rh-Pt合金。南非Bushveld杂岩体Merenskey矿层与UG2矿层的中底部 PGE赋存形式除硫化物(硫镍钯铂矿、硫铂矿和硫钌锇矿等)外 ， 绝大部分PGE(65%~85%)以Pt-Fe合金的形式赋存于堆晶间隙硫化物中， 少量的PGE以固溶体形式赋存于硅酸盐矿物中。硅酸盐矿物间保存有Pt-Bi-Te合金， PGE矿物主要赋存矿物镍黄铁矿中保存有Pt-As微粒包体 。

硫化物、原子束/合金可能是地幔铂族元素的主要赋存形式 ，其中硫化物对铂族元素的控制作用最强。

2.1.2铂族元素部分熔融富集

地幔源区的PGE优先赋存于硫化物中 ，幔源岩浆中PGE的含量 取决于岩浆起源的深度及硫化物熔融的比例 ，即源区的 深度与部分熔融的程度 。地核或核幔 边界起源的地幔柱岩浆以及部分熔融程度高的科马提岩和苦橄质岩浆中 PGE的含量较高，如Bushveld、Noril’sk和Stillwater 等地幔柱岩浆形成了超大型的PGE岩浆矿床 ，由此推断峨眉山地幔柱相关的 金宝山类型PGE成矿潜力巨大 。

地幔源区部分熔融程度低时， Ni、PGE和Cu残留在硫化物或橄榄石中，很难被释出到岩浆中 。随着部分熔融程度的增高，橄榄石开始熔融使其中的Ni熔出并进入幔源岩浆， 硫化物的熔融释放PGE和Cu到岩浆中 ， 岩浆中的Ni、Cu和PGE含量不断增加。 模拟计算表明：地幔源区部分熔融程度为10%时 ，原始岩浆中铂族金属Pt含量为1.11×10 ^-9 ，Pd为0.63×10 ^-9 ； 部分熔融程度为18%时 ，地幔中的硫化物接近完全熔融， 岩浆中铂族金属Pt含量为 18×10 ^-9 ，Pd为18×10 ^-9 。

岩浆铂族矿床成矿岩浆类型 主要有科马提质岩浆和拉斑玄武质岩浆 。科马提质岩浆部分熔融程度高， 局限于地球早期演化阶段的太古宙 (如Kambalda矿床) 和古元古代 (如Thompson和Raglan等矿床)时期， 具平坦的PGE配分模式 ，(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)=3~3.5， 中国目前没有发现这些时代岩体相关的PGE矿床 。 拉斑玄武质岩浆形成矿床中的PGE资源量 高于科马提质岩浆， 主要发育于克拉通地区 ，具有Pt-Pd富集的PGE配分模式，(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)=5.6~55.6， 如金川矿床 。PGE在橄榄石与熔体的分配系数排序为Rh(2)>Ru(1.7~1.8)>Ir(0.8~1.8)>Os （ <0.1 ） >>Pd(0.03)和Pt(0.08)。 在部分熔融过程中 ， IPGE(Os，Ir，Ru)在橄榄石中体现相容性质，残留在地幔橄榄岩中 ， Pt和Pd在橄榄石中表现为不相容性质。 在一定的温度及氧逸度条件下，硅酸盐熔体中重铂族(Os，Ir，Pt)溶解度低于轻铂族(Ru，Rh，Pd)， 部分熔融程度较低形成的幔源岩浆中Pt与Pd可能发生分异 ，Pt与Pd的分异程度与部分熔融程度密切相关。

2.2 岩浆演化过程富集

在岩浆上升侵位演化过程中， 存在硅酸盐岩浆铂族元素(簇)、合金铂族矿物、不混溶硫化物熔体、岩浆结晶分异或流体交代等富集方式。

2.2.1 PGE原子束或合金富集

岩浆处于硫不饱和、硫化物相无法生成或地幔源区高程度部分熔融、硫化物相被熔融耗尽的条件下， 熔体中铂族元素富集的矿物相不再是硫化物 ， 硫化物不再是铂族金属富集的控制因素 。 PGE的地球化学性质具有亲铁性，岩浆中的PGE含量低 (10 ^-9 量级)，在硅酸盐熔体中趋向于形成3~1000个原子组成的具有金属键性质的原子束(Clusters)。 原子束一般在堆晶早期阶段PGE过饱和时形成， 然后被岩浆结晶相所包裹，赋存于岩浆矿物中， 揭示岩浆在硫化物未饱和时铂族元素以离子簇 (Clusters of PGE ions) 的形式运移富集，呈过饱和状态 ，如南非Bushveld杂岩体Merensky矿层铂族金属富集直径<100nm的PGE的微粒包体。

在贫硫岩浆体系中， PGE原子束保留在熔体中，直至形成PGE合金，为原子束合金富集PGE的有效机制 。 在富硫体系中 ，PGE原子束与S、As、Sb、Te和CO等阴离子结合形成配位体(Ligands)，原子束和相关的配位体存在于硫化物熔体中。 硫化物熔体使铂族金属处于不活动状态而富集 。

在硫化物熔体演化的晚期， 铂族金属离子与硫化物结合或结晶成铂族矿物， As、Se、Te、Sb等半金属元素有利于在硫化物熔体中富集 ，铂族金属优先与半金属元素结合而形成砷化物和碲化物， 如金川矿床存在天然铂、碲铂矿、砷铂矿等证明原子束运移 对PGE富集的可能性。

2.2.2 岩浆不混熔硫化物熔体富集

成矿岩浆演化过程中， 在岩浆结晶重力分异之前的结晶分异初始阶段 ，原始岩浆硫饱和， 形成不混溶硫化物液滴 (Droplet)，并逐步聚集、熔离形成硫化物熔体， 发生硫化物液态分异作用 。岩浆熔离过程中极少量的硫化物熔离可强力富集PGE，导致硅酸盐岩浆中PGE显著亏损。 PGE等与硫含量的正相关性表明硫化物相对PGE的控制作用 ， 岩浆不混溶硫化物熔离是PGE富集的重要机制 ，也是部分岩浆亏损铂族金属的主要原因。因此， PGE也是成矿岩浆硫化物熔离作用最敏感的示踪元素 。

PGE超大规模成矿作用中， 需要大量的硫促使硫化物从硅酸盐熔体中熔离 。硫化物熔离的关键控制因素是岩浆中硫的过饱和，受岩浆体系中硫含量的影响。 硫化物饱和熔离取决于岩浆中硫的溶解度、氧化还原电位、岩浆的温度和压力等众多因素 。 硅酸盐岩浆中硫的饱和度与温度正相关，与压力负相关 。大多数岩浆源区硫不饱和， 即使是硫饱和的岩浆，上侵至地壳岩浆房时，岩浆体系压力下降 ，硫的溶解度增高，硫化物将不再饱和。

岩浆快速冷却、岩浆混合、结晶分异作用、外来硫的加入或地壳混染 等因素可促使岩浆中硫达到饱和 。 岩浆快速冷却促使硫饱和在理论上是完全可行的 ， 但难以找到相关岩浆过程的地质证据。 岩浆分离结晶作用可促使硫饱和，但使成矿金属分散，难以形成品位较高的矿床，如美国的Stillwater矿床和Duluth铂族金属矿床。

PGE过饱和的硅酸盐熔体中 不混溶的硫化物熔体出溶时 ，硫化物中PGE微粒包体的表面能比硅酸盐熔体中更低， 易进入硫化物熔体 。 通过硅酸盐岩浆与硫化物熔体不断发生化学平衡交换， 岩浆中的PGE微粒包体转移进入硫化物熔体中， 进一步富集PGE 。 这是幔源岩浆PGE多阶段富集的有效机制，P GE大规模成矿作用 需要大规模岩浆多期次交换富集 。

含矿侵入体的硫化物中铂族元素明显富集，非矿化侵入体中尖晶石的Ru含量高， 尖晶石中的Ru含量是硫化物饱和的有效判别指标 ，如金宝山铂族矿床中岩石具有Ru负异常(图2)。

2.2.3 结晶分异作用富集

在硫不饱和的岩浆中， 结晶分异是大型层状杂岩体铂族矿床PGE富集成矿的机制。 当岩浆冷却结晶时，铬铁矿、橄榄石和辉石等造岩矿物结晶过程中PGE为相容元素， 以类质同象的形式进入矿物晶格，或以铂族矿物微粒保存 ， 尖晶石和橄榄石可控制部分铂族元素。 橄榄石和铬铁矿等矿物中发现有铂族金属矿物包体。 在岩浆结晶分异过程中，IPGE相对于PPGE为相容元素 ，IPGE优先进入橄榄石等早期结晶出的矿物中， Pt和Pd元素明显受控于铬铁矿和橄榄石 。其他矿物中铂族元素的含量较低。

铬铁矿是岩浆中早期结晶的矿物，通常含有较高的铂族元素 ， 是控制铂族元素富集成矿的关键矿物之一。 铬铁矿中有纳米级的铂族元素合金、硫化物和原生金属矿物等多种形式的包裹体， 是岩浆演化过程中铂族元素达到饱和的直接证据 ，后期地质作用中 重结晶的铬铁矿没有发现这些包裹体 。南非Bushevld的Merensky和UG-2矿层及美国Stillwater层状杂岩体中 硫含量仅为加拿大Sudbury矿石的1/20到1/15 ， 却含有10倍的Pt和Pd含量 ， 这些PGE富集层具有明显的层状堆积特征， 为岩浆就地结晶和重力分异形成的 铂族金属矿床及铬铁矿、钛铁矿和磁铁矿矿床。

硫化物熔体的结晶分异 可影响成矿岩浆中Ni、Cu和PGE的含量 ，单硫化物固溶体的 结晶分离可造成IPGE和PPGE的分异 。在硫不饱和的玄武质岩浆结晶过程中PGE发生分异， Ni、Os、Ir和Ru为相容元素 ，Cu和Pd是不相容元素，分离结晶过程导致Pd与Os、Ir和Ru分异。 因此Pd/Ir比值与分离结晶、硫化物的分异程度相关 。

在高硫逸度体系中硫化物熔体结晶时， 铱和铑的硫化物固溶体/硫化物熔体的分配系数大，铂和钯的小，致使二者分异 。 硫化物不同物相之间的铂族元素平衡分馏 成为铂族金属矿床内部分带的重要机制。

2.2.4岩浆混合作用富集

岩浆混合作用 对PGE多阶段富集具有重要作用 。硫化物熔体中Ni、Cu和PGE 含量主要受硅酸质母岩浆中成矿金属元素组成和硅酸盐岩浆/硫化物熔体质量比(R因子)的控制 。岩浆混入提高了R因子。

硅酸盐熔体中PGE过饱和时呈微粒包体聚集， 当硫饱和、硫化物熔体出溶时PGE微粒包体进入硫化物熔体，聚积在阶段性岩浆房中。 新的岩浆进入阶段性岩浆房，与早期分异的残留岩浆混合， 细小分散的硫化物液滴萃取富集PGE，进入对流岩浆中； 不断混入的岩浆使这些硫化物液滴与大量的硅酸盐岩浆接触(高R因子)， 硫化物熔体不断地萃取硅酸盐熔体中的铂族元素， 提高PGE的含量 。如澳大利亚Munni侵入体中 铂族金属是由富Pd-Pt-Au、贫硫的镁质玄武岩浆不断注入岩浆房聚集， 后期富硫的拉斑玄武质岩浆迅速注入岩浆房充分混合，形成富PGE的斑状二辉石岩。

2.3 流体运移富集

在岩浆起源及岩浆期后热液阶段， 流体对PGE的运移富集可能具有重要作用。 在地球分异过程中流体挥发分对亲硫元素在硅酸盐和硫化物熔体间的分配具有重要影响 。地幔高温高压条件下超临界流体对铜、镍和铂族金属(特别是纳米级的)搬运聚集具有重要的作用。 超临界CO ₂ 流体对亲硫元素的溶解、搬运能力巨大 。 地质观测和实验表明 ，火山气体和海底喷流中高度富集 亲硫元素及金、铱和铂等贵金属元素 。

在岩浆热液中PGE 可通过络合物等形式迁移富集 。PGE受d轨道影响可以与Cl-形成络合物，如[Pt-Sn ₄ Cl ₄ ] ⁴⁺ ，存在于熔体中， 铂族元素的络合物主要有氯络合物、硫氢络合物、氨络合物、氰络合物、氢氧络合物及硫代硫酸盐络合物等 。Kilauea火山气相中Ir高富集 与玄武质岩浆深部来源喷气中高F、Cl含量有关 。氧化性的热卤水或还原性的富硫及有机质的热液流经含贵金属的原岩时， PGE和Au被活化溶解进入热液，以络合物的形式迁移 。

高温高压下超临界态的CO ₂ 、H ₂ S和H ₂ O 参与搬运与聚集金属成矿物质 ， 可能是大量的PGE、Cu和Ni等金属聚集的关键因素 。朱布Ni-PGE矿床中Pt和Pd含量与H ₂ S和H ₂ O正相关。Sudbury杂岩体中接触带型Cu-PGE-Au矿床中甲烷 为主要成分的碳氢化合物对成矿金属元素具有搬运作用 ， 碳氢化合物 等贫水挥发分从硫化物熔体中出溶 决定了Au和PGE在成矿系统中的分配 。俄罗斯Dovyren层状杂岩体中含有浸染状硫化物，流体包裹体中CH ₄ 和H ₂ 等含量峰的位置与PGE和Au层位一致。

岩浆后期热液蚀变过程中，IPGE为强不活泼元素， PPGE为弱的活泼元素。在热液中Pd比Pt更容易被氧化、迁移， Pt/Pd比值反映混染和热液的作用， 如Bushevld岩体中PGE赋存状态在Platreef接触带(碲化物和砷化物)与Merensky矿层(硫化物和合金)中的差异可能与热液等因素有关。 金川矿床块状矿石的Pt含量很低 ，蚀变矿石中 发现了大量砷铂矿及以Pd-Bi-Te-Se组合为主的铂族矿物 ， 可能与后期热液活动有关。

3   铂族元素超常富集岩浆系统动力学

3.1 岩浆源区

亲铁的PGE高度富集于地球内部圈层的地核与地幔中 ，因此岩浆源区越深的 母岩浆中PGE的含量应该越高 ， 特别是地幔柱岩浆作用的PGE成矿潜力 巨大。不同区域地幔源区的PGE组成有所不同。 中国东部古生代金伯利岩及中、新生代碱性玄武岩 携带的地幔捕虏体及相关幔源岩 可揭示中国陆下岩石圈地幔源区的PGE组成 (表2)。 华南克拉通岩石圈地幔源区PGE含量 略高于华北克拉通，二者均略高于原始地幔值]。

华北克拉通不同区域、不同时代岩石圈地幔的PGE组成有所不同 。古生代复县和蒙阴金伯利岩携带的二辉橄榄岩地幔捕虏体中的PGE含量 高于新生代碱性玄武岩中二辉橄榄岩地幔捕虏体的PGE含量 (表2、图3)，金伯利岩中石榴石二辉橄榄岩、尖晶石二辉橄榄岩捕虏体PGE含量 与原始地幔标准值较为接 近，碱性玄武岩中尖晶石二辉橄榄岩捕虏体PGE含量略低于原始地幔值(图3)。 铬铁矿明显富集PGE (表2)，与前述结晶分异作用PGE富集有关 。

表2 中国东部玄武岩、金伯利岩及地幔捕虏体PGE含量

图3 中国金伯利岩及碱性玄武岩中地幔捕虏体的PGE含量平均值原始地幔(PM)均一化配分模式

         

华北克拉通 中、新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体中PGE含量变化较大 ，平均(n=28)Ir含量为3.04×10 ^-9 ，Ru为7.19×10 ^-9 ，Os为2.74×10 ^-9 ，Pt为6.31×10 ^-9 ，Pd为4.45×10 ^-9 ，Rh为0.90×10 ^-9 ，存在Ru的正异常。 中生代玄武岩中橄榄岩地幔捕虏体平均 (n=8)Ir含量为0.54×10 ^-9 ，Ru为1×10 ^-9 ，Pt为0.55×10 ^-9 ，Pd为1.67×10-9， IPGE低于原始地幔标准值 ， PPGE与原始地幔值相近 (图3)。从时代上看， 古生代复县和蒙阴金伯利岩的PGE含量高于中新生代碱性玄武岩 ，华北克拉通岩石圈地幔 元古宙到新生代PGE总含量有所降低 ，见表2， 可能存在抽取PGE的地幔岩浆事件。

金伯利岩和碱性玄武岩的PGE含量 明显低于地幔捕虏体的PGE含量 (表2)，金伯利岩PGE含量平均(n=20)为Ir2.36×10 ^-9 、Ru3.46×10 ^-9 、Rh0.87×10 ^-9 、Pt5.08×10 ^-9 、Pd4.70×10 ^-9 。 新生代玄武岩平均 (n=37)Ir0.042×10 ^-9 、Ru0.088×10 ^-9 、Os0.049×10 ^-9 、Pt0.242×10 ^-9 、Pd0.285×10 ^-9 、Rh0.022×10 ^-9 ，见表2。 这些差异性可能与源区深度、部分熔融程度有关 ， 起源较深的金伯利岩的PGE含量明显高于碱性玄武岩。

华北克拉通 东部金伯利岩携带的二辉橄榄岩地幔捕虏体的PGE含量较高 ，表明元古宙岩石圈 地幔深部富集PGE 。华北克拉通 西南缘新元古代的金川超大型Cu-Ni-PGE硫化物矿床 超镁铁质岩的源区为岩石圈地幔 ，原始岩浆为高温(>1400℃)条件下 地幔橄榄岩经历33%部分熔融形成的高镁(MgO含量为10.8%)苦橄质拉斑玄武岩浆 。原始岩浆 具有Pd(6.2×10 ^-9 )和Pt(6.3×10 ^-9 )含量高以及Ir(0.1×10 ^-9 )、Ru和Rh含量中等的特点 ，PGE含量高于华北克拉通东部金伯利岩及碱性玄武岩， 岩体规模与母岩浆部分熔融程度和PGE含量不匹配 ， 可能存在地幔柱、流体等PGE超常富集机制 。

峨眉山大火成岩省苦橄岩估算的 初始熔融温度为1590℃ ，PGE元素分馏明显，Pt-Pd富集 。金宝山铂族矿床成矿岩体的地幔源区PGE含量估算为 Pd5.3×10 ^-9 、Pt7.5×10 ^-9 、Rh0.75×10 ^-9 和Ir1.5×10 ^-9 ，与相邻区域古生代金伯利岩中的二辉橄榄岩 地幔捕虏体相比 没有明显富集PGE 。

3.2 岩浆系统

中国陆下地幔源区的PGE含量不高， 中高程度部分熔融形成原始岩浆的PGE含量低 ，成矿岩体估算母岩浆的PGE含量也不高， 不足以形成大型铂族矿床 ，因此PGE大规模成矿需要岩浆系统的超常规富集作用。 大量岩浆经过多阶段与硫化物熔体充分交换萃取 超常富集PGE是大型岩浆铂族元素矿床形成的必备条件。

3.2.1 幔源大规模岩浆长期活动系统

成矿岩浆富集巨量的PGE金属要求岩浆规模大 ，在源区较大范围内萃取成矿金属物质， 因此NiPGE硫化物矿床常常产于大型岩体中 ，或伴生有同期的岩浆岩，如Bushveld等大型层状镁铁超镁铁质杂岩体，Noril’sk矿床区域内有同时代的喷出岩和侵入岩。 Voisey’sBay超大型Ni-PGE矿床赋存于 较小的通道型岩体中，但成矿岩浆规模巨大 ， 为岩浆通道赋矿 。中国金川超大型Ni-PGE矿床 含矿岩体很小，区域也没有发现同期的镁铁质岩体和喷出岩 。系统的锆石U-Pb年代学研究表明，中国西部岩浆矿床镁铁质成矿岩体 多由不同年龄的岩石叠加在一起， 是地幔岩浆不同期次岩浆作用长期活动的产物 。

金川Ni-PGE硫化物矿床 可能形成于岩浆通道的成矿体系中 ，母岩浆经历了深部岩浆房橄榄石与斜方辉石的分离结晶， 在重力分异作用下形成金川岩体 。母岩浆携带硫化物熔体 经历了不同程度的先期运移富集 。 岩体U-Pb年龄为831~807Ma，块状矿石Re-Os等时线年龄为(867±75)M a， 与流体相关的富铜铂矿体铂锇等时线年龄为(436±23)Ma ，晚期流体富集PGE时间很晚。 金川矿床可能是幔源岩浆与流体多次活动的通道系统产物 。

峨眉山大火成岩省 不同类型岩石锆石U-Pb定年表明， 地幔柱活动时期为262~259Ma ，玄武岩主喷发期限定在256Ma左右]， 喷发时限约为1Ma 。 含矿镁铁质岩体形成时间与玄武岩浆活动具有耦合关系 。

夏日哈木Ⅰ号镁铁超镁铁质岩体 、坡北大型层状镁铁超镁铁质岩体 等由早期辉长岩岩体与晚期侵入的超镁铁质岩体组成 。夏日哈木Ⅰ号岩体早期辉长岩岩体年龄(431.3±2.1)Ma与赋矿镁铁超镁铁质岩岩体年龄(411.6±2.4)Ma、(406.1±2.7)Ma 相差约20Ma ，Ⅱ号辉长岩岩体锆石U-Pb年龄为(424±1)Ma， 是幔源岩浆长期活动的通道系统产物。

3.2.2 外源硫加入与壳源混染作用

岩浆系统中硫饱和硫化物熔离 对PGE超常富集与残余岩浆 PGE亏损具有极其重要的作用 。 硫化物饱和时PGE进入硫化物熔体， 对PGE富集具有明显的作用。 另一方面，原始岩浆早期极微量的硫化物熔离可导致残余岩浆中PGE的显著亏损 。地壳混染和高硅物质SiO ₂ 的加入可降低岩浆中硫的溶解度， 外来硫的加入可促使岩浆硫饱和 ， 硫与铂族金属结合形成硫化物 ， 因此外来硫的加入及地壳混染是PGE富集成矿的重要条件 。Bushveld、Noril’sk和Voisey’s Bay矿床O、Os、Nd、Sr和Pb同位素表明 强烈的地壳物质混染促使硫化物的熔离 。加拿大Thompson矿石的硫同位素组成 指示硫来源于海水碳酸盐 ，俄罗斯Noril’sk矿床形成过程中围岩硫加入岩浆， 围岩硫的同化作用 促使幔源岩浆硫饱和。

金川镍铂族硫化物矿床超镁铁质侵入体的原始形态 为近水平岩体 。富铜铂矿石的δ ³⁴ S(-1‰~+2‰) 为地幔特征 ，硫化物的 ³ He/ ⁴ He比值比硅酸盐矿物高， 深部岩浆房可能存在早期熔离硫化物与幔源岩浆发生PGE交换 ；少数样品的δ ³⁴ S=+3.0‰~+8.3‰，Δ ³³ S值(0.12‰~2.67‰) 表明深部的元古宙沉积岩和未出露的太古宙岩石中外来硫参与了成矿作用 。地壳混染、太古宙硫的加入在硫化物饱和熔离方面起着重要的作用， 母岩浆上升过程中或在岩浆房中经历硫化物熔离 。

金宝山铂钯矿形成于一个开放的岩浆体系中 ，深部岩浆房中早期熔离的硫化物不断与后期注入的岩浆交换萃取PGE， 硫化物超常富集PGE；成矿期岩浆溶解这些极富PGE的硫化物侵位至浅部现今岩浆房成矿 。金宝山铂钯矿中硫化物δ ³⁴ S值在-6.7‰~-3.4‰之间， PGE含量高的矿石具有幔源S同位素特征 ，PGE含量相对较低的矿石则具有壳源S同位素特征， 证明早期PGE含量低的硫化物矿石与地壳混染硫化物熔离有关 ，而与大量幔源岩浆发生PGE交换并 形成具地幔S同位素组成特征的PGE超常富集的矿石。

3.2.3 铂族金属富集成矿类型的多样性

地幔岩浆作用可形成PGE独立矿床、硫化物矿床及PGE热液矿床等不同类型矿床。 一般地， 镍铜硫化物矿床 形成于 岩浆房内的一期硫化物熔离事件 ， 以铂族元素为主的铂族独立矿床 形成于岩浆房内的 多阶段溶解和富集过程 ，需要深部岩浆房中岩浆硫化物 相互作用PGE多阶段富集过程 。 Cu-Ni-PGE硫化物矿床形成过程与岩浆通道开放系统中的岩浆作用相似 ，硫不饱和镁铁质岩浆不断注入， 在阶段性岩浆房中连续与早期熔离的硫化物熔体之间 发生相互作用。

铂族金属矿床的硫化物 有岩浆熔离和后期热液改造两种成因类型 。金川、杨柳坪Ni-PGE矿床铂族元素 富集有岩浆作用、气成热液作用和热液作用 。岩浆熔离作用根据硫化物熔离的地点和侵位次序 分为就地熔离、深部熔离贯入及晚期贯入3种， 形成就地熔离型、深部熔离贯入型、热液交代型3种类型的矿 石。熔离型主要为海绵陨铁状及浸染状结构， 具有固溶体分离及矿物交代特征 。

金川矿床浸染状硫化物 通过置换橄榄石堆晶的粒间硅酸盐熔体形成海绵陨铁矿石。 不同矿体间PGE含量的差异 为深部岩浆房硫化物橄榄石晶粥的比例不同所致 。 贯入型以含角砾块状结构为主， 分布于早期熔离型矿石中。金川矿床块状矿石的Pt含量很低。 金川矿床热液成矿作用主要叠加于深部熔离贯入矿体或就地熔离矿体之上 ，热液型矿石多呈脉状、条带状产出， 受构造裂隙控制 。 气成热液矿化形成的接触交代矿石中Pt明显富集 ，表明热液对铂具有明显的富集作用。蚀变矿石中有大量砷铂矿及Pd-Bi-Te-Se组合的铂族矿物。 特富矿中保存有贫、富矿石及辉绿岩的捕虏体 ，Pt以砷铂矿形式包裹在蛇纹石中形成富Cu-Pt的矿石， 表明砷铂矿的形成与后期热液活动有关 ，富Cu-Pt矿石的Pt-Os同位素等时线年龄为(436±23)Ma， 明显晚于岩体的成岩年龄 。岩石和矿石Pt与Pd和Ru、Rh、Ir之间显著的解耦 表明岩浆后热液富集作用的贡献 。

地幔柱岩浆作用成矿类型具有多样性， 如Bushveld地幔柱形成了岩浆结晶分异的 铜镍硫化物矿床 (如Nkomati)、 热液成因硫化物铂族元素矿床 (如Potgietersrust)、 岩筒型矿床 (如Mooihoek和Driekop)、 剪切带热液型硫化物矿床 (如TweefonteinHill)和 石英脉型铂族元素矿床 。 峨眉山二叠纪地幔柱岩浆 成矿作用类型丰富， 从下往上依次形成铬铁矿矿床、硫化物矿床及钒钛磁铁矿矿床 。如新街层状镁铁超镁铁质侵入体上部含铁钛钒氧化物矿， 下部含镍铜铂族元素硫化物矿床 。

峨眉山大火成岩省的金宝山铂族矿床 形成于岩浆房内的岩浆硫化物相互作用PGE多阶段再富集过程 。 金宝山PGE矿床和朱布铜镍铂族矿床 富集铂铂族元素(PPGE，图2)， PGE富集是在深部岩浆房或动态岩浆通道中硫化物熔离形成的 。橄榄石和铬铁矿的分离结晶是导致岩浆中硫饱和并形成金宝山铂钯矿床的重要因素之一。

红格和新街岩体幔源岩浆起源于PGE不亏损的岩浆系统 。岩浆早期硫不饱和阶段， 在深部岩浆房玄武质岩浆分离结晶橄榄石、硫化物及少量钛铁氧化物， PGE进入硅酸盐矿物结构 ；岩浆晚期向浅部岩浆房运移过程中地壳混染的硫使母岩浆硫饱和(如红格岩体)，硫逸度增高，硫化物富集PGE并熔离，母岩浆中PGE亏损并富集Fe和Ti；热液过程PGE再次富集。 攀枝花等其他层状岩体中铂族元素亏损和较低的Cr含量 ，说明该地区 深部有类似于新街岩体下部岩相带铂族元素富集层的成矿潜力 。

3.3 构造环境

铂族岩浆矿床 是地幔岩浆长期活动、多阶段PGE富集的产物 。硅酸盐熔体+超临界流体+硫化物熔体与地幔岩石(熔/流体岩石) 相互作用过程中 ， 淋滤聚集地幔铂族金属进入母岩浆。 在阶段性岩浆房 先期硫化物饱和聚集PGE，并与后期注入岩浆相互作用，反复富集铂族元素进入硫化物。 铂族金属大规模成矿 要求地幔岩浆系统 持续时间长及稳定的拉张性构造环境 。

板块内部地幔柱、边缘裂谷和汇聚板块边缘俯冲碰撞后 拉张伸展等张性环境是岩浆铂族富集成矿的有利动力学背景 。世界超大型的岩浆铂族矿床 主要形成于太古宙和元古宙克拉通环境的地幔柱岩浆作用 ，如南非Bushveld杂岩体位于东北部Kaapvaal克拉通，是世界上最大的层状岩体，为Bushveld大火成岩省的组成部分。 我国有经济价值的岩浆铂族金属矿床主要产于以下构造岩浆环境中 ：

(1)克拉通边缘环境： 如新元古代 金川岩浆镍铂族硫化物矿床 位于华北克拉通西南缘， 冷水箐矿床 位于华南克拉通西北缘， 这些矿床与罗迪尼亚(Rodinia)超大陆裂解地幔柱是否有关值得论证。

(2)地幔柱动力学环境： 如晚二叠世峨眉山大火成岩省的 金宝山、朱布、杨柳坪等矿床 ， 坡北超镁铁质杂岩体的铂族元素深部成矿潜力有待验证。

(3)造山带环境： 如东昆仑和中亚造山带泥盆纪至三叠纪岩浆作用形成的 夏日哈木、喀拉通克等岩浆镍钴矿床 ， PGE含量低，但存在铂族矿物等 ，是否母岩浆亏损PGE或早期硫化物熔离导致PGE亏损需要验证。

金川镁铁超镁铁质岩体 新元古代的构造归属以及扬子地块西南缘冷水箐等岩体 是否为罗迪尼亚(Rodinia )超大陆裂解地幔柱的贡献有待厘定 。中亚造山带俯冲汇聚碰撞后伸展环境的喀拉通克、图拉尔根、坡北大型层状岩体以及东昆仑造山带夏日哈木岩体等的 构造环境存在多种认识 。

4   结论

(1)铂族元素在幔源岩中 主要赋存于铂族矿物(硫化物、砷化物等)、微粒包体(元素簇)或合金及矿物晶体结构中 ， 岩浆源区深(地幔柱岩浆)及部分熔融程度高(科马提质岩浆和苦橄质岩浆)的镁铁质岩浆中PGE含量较高 ，大型层状镁铁质岩体的成矿岩浆PGE成矿潜力巨大，具平坦的PGE配分型式。

(2)幔源岩浆系统中铂族元素 以(纳米态)元素簇合金、硫化物熔体或流体运移富集 ， 在深部岩浆房岩浆硫化物相互作用多阶段、多途径富集 ，成矿作用类型较多。

(3)中国西部新元古代以来的幔源岩浆事件具有岩浆源区 PGE不亏损、岩浆活动时间长、岩浆硫化物相互作用 PGE多阶段富集及地幔柱岩浆动力学背景 等PGE超常富集成矿的地质条件 ， 其控制因素及动力学背景 对深入认识PGE超常富集具有重要意义。

本文得到第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0704)和兰州大学西部生态安全协同创新中心开放课题(lzujbky-2019-kb30)资助，两位匿名评审专家对论文提供了建设性修改建议，张江伟、杨顺龙提供东昆仑部分岩体信息，谢桂青和李楚思教授对全文和英语摘要进行了详细的修改，在此致以谢意。

- ----END-----

原文来源： 地学前缘(中国地质大学(北京)；北京大学) ， 2022年1月 ， 第29卷第1期

导读评论和排版整理等 ： 《覆盖区找矿》公众号.

推荐读者下载、阅读和引用原文！

------------往期 精彩 回顾-------------

1. 华北克拉通北缘主要金矿床地质特征、物质来源与控制因素
2. 金川超大型铜镍矿床， 重磁电异常响应与深部找矿预测方法
3. 我国新发现的超大型铜镍矿床：成矿模式、地质物化探特征和找矿模型

------ 关注 “覆盖区找矿”，拥有更多新方法 ------

宣讲 成果 ， 助力 转化 ， 激励 创新 ！