世界上大多數鉑和鈀的主要工業礦床都產在大型層狀侵入體的中心附近，並產在邊界極其清楚的層狀體中。由於這類礦床的含礦侵入巖多為鎂鐵質-超鎂鐵質，故稱層狀鎂鐵質-超鎂鐵質侵入巖型鉑族金屬礦床。
這類礦床集中了世界鉑族金屬儲量的70%左右，是世界鉑族金屬的主要來源，主要分布在南非、津巴布韋、美國、俄羅斯等國。已發現的大型礦床包括南非Bushveld雜巖中的Merensky和UG2鉻鐵礦含礦層，以及美國Stillwater雜巖中的主硫化物帶(MSZ主硫化物帶)和Johns-Mainville含礦層(J-M礦層)。產於層狀鎂鐵-超鎂鐵侵入巖中的其他中小型鉑族金屬礦床有:澳大利亞的Munni Munni和Panton，加拿大的Lac des Iles和River Valley，芬蘭的Penikat和中國的金寶山。表1列出了世界主要含鉑族金屬礦床的資源量及相關金屬元素的品位。
表1世界主要鉑族金屬礦床資源量和品位
來源:T. Green，2005年。
二、地質特征
1.壹般地質特征
許多礦物可以出現在各種地質和構造環境中，但大型鉑族金屬礦床只出現在大型鎂鐵質-超鎂鐵質侵入體中。具有這種礦化作用的侵入巖通常呈層狀產於穩定的太古代或元古代克拉通或地盾中，其年齡大多在2。940億和65億。438+0.840億年。侵入體沿地殼和巖石圈的主要不連續面分布，深度約8 ~ 24公裏，或沿地殼主要構造線或其附近侵入，形成完整的巖石盆地、傾斜巖片、漏鬥狀巖體、褶皺巖床和被斷層圍限的斷塊。表2列出了幾個主要層狀鉑族礦床的基本特征，如形成時代、規模和容礦巖石的地質環境。
表2世界上含鉑族金屬礦床的層狀鎂鐵-超鎂鐵侵入巖的基本特征。
來源:T. Green，2005年。
含礦巖石通常為層狀深成巖，巖石類型為交替重復的鎂鐵質-超鎂鐵質巖石，表現出多旋回單元的構造特征。層狀巖體中通常可垂直形成三個巖漿分異系列，即斜長輝石巖-斜長輝石巖-輝長巖；斜輝石巖-斜長石輝石巖-輝石巖-輝長巖；雙斜輝石巖-雙斜輝長巖。這些巖漿分異系列的出現反映了主要造巖礦物的結晶順序，也反映了原始巖漿的成分。
這類礦床的礦體厚度變化很大，從幾厘米到幾百米不等。具有重大經濟價值的礦層壹般產於侵入體中斜長石晶體主要成分的界面附近(超基性巖與基性巖接觸帶附近)，即富含PGE的硫化物層產於斜長石最初成為堆積礦物的層位以下20m至該層位以上500m，且大多富含硫化物，尤其是富含PGE的鉻鐵礦，產於該層位以下150m至該層位以上幾百m。在巖體的垂直剖面上，礦化層的厚度與整個巖體的厚度相比是很薄的。例如，澳大利亞穆尼穆尼礦床的礦化層厚度約為2。基性-超基性巖系厚度為4900米。這些礦化層橫向延伸很長，有的長達20公裏。
據統計，這類礦床中產出的鉑族礦物有30多種，可分別與硫化物、矽酸鹽、鉻鐵礦或氧化物共生。而鉑和鈀主要以獨立礦物存在，少數以硫化物類質同象存在。主要礦石礦物為各種PGE礦物(硫化物、砷化物、碲化物和銻化物)、黃銅礦、鎳黃鐵礦、鉻鐵礦和針鐵礦，以及磁黃鐵礦、黃鐵礦、方鉛礦、鈦鐵礦和磁鐵礦。
2.典型礦床的地質特征
(1)南非布什維爾德綜合大樓
布什維爾德雜巖體是壹個保存良好的超大型中元古代侵入體，不受區域變質作用和大規模構造變形的影響。該雜巖具有從鎂超基性巖到含磷灰石閃長巖的完整分異序列(圖1)。典型地區巖層厚度可達9000m，自下而上分為下帶(0 ~ 1700 m)、關鍵帶(1700 ~ 3150 m)、主帶(3150 ~7860m m)和上帶(7860 ~)。關鍵帶由層狀鉻鐵礦、輝石巖、正長巖和斜長石組成。該帶因有許多大型含礦層而得名，如其上部的UG2和梅林斯基層(圖2)。各含礦層位(包括梅林斯基含礦層位和UG2鉻鐵礦含礦層位)的側向延伸非常大(大型雜巖體的東、西兩翼均超過100km)。
圖1南非Bushveld鎂鐵-超鎂鐵雜巖的巖石類型和礦體類型示意圖(引自P. Laznicka，2006年)
圖2顯示了Bushveld雜巖關鍵帶的地層剖面，並給出了每個層位的PGE含量。每個鉻鐵礦建造都有PGE的異常富集，壹般為1 ~3g/t/t，但工業品位僅見於雜巖體東、西翼的UG2鉻鐵和梅林斯基含礦層，以及北翼底部接觸面附近的厚Platreef含礦層。Bushveld雜巖的所有含礦地層都很淺，深度為2km，Pt+Pd的總可采量超過6200t，Pt/Pd比值約為1。5，而且這個比值在不同礦山的平均值相差無幾。
A.UG2鉻鐵礦礦層
UG2鉻鐵礦層的地質條件和PGE含量變化比梅林斯基礦層簡單。UG2鉻鐵礦含礦層厚40 ~ 120 m，頂底界面清晰，含鉻鐵礦60% ~ 90%。UG2主層位上方有2 ~ 3薄層鉻鐵，產於含長石的輝石巖(常為橄欖石)中。UG2通常位於粗粒含長石(橄欖石)的偉晶巖相輝石巖之下，在體外可能含有鉻鐵礦。在少數情況下，UG2下面的斜長石。
PGE僅存在於鉻鐵中，在偉晶巖相底板礦化的情況下，PGE存在於鉻鐵分離體中。整個含礦層的PGE品位最高可達10g/t，但壹般在5g/t左右..種種跡象表明，含礦層越薄，品位越高。含礦層內品位分布不均勻，底部品位普遍較高，另壹個峰值位於含礦層中部或頂部(圖3)。
在含礦層中，在巖石結構變化明顯的部位，PGE的絕對含量和Pt/Pd比值變化明顯。在雜巖體東翼的北部，含礦層下部含有粒狀矽酸鹽礦物相，上部呈鑲嵌狀，可能是兩種不同化學成分的鉻鐵礦巖連續疊加的結果。此外，UG2中銅、鎳和硫的含量極低(平均值為0。01%, 0.024%和0。023%)，與Pt、Pd、Ni、S等四種組分密切相關。
B.梅林斯基含礦層
PGE含量豐富的梅林斯基含礦層和PGE含量較低的雜輝石巖位於旋回單元的底部，底部含壹薄層鉻鐵礦，上覆輝石巖、正長巖和斜長石。梅林斯基循環單元是所有循環單元中最薄的，壹般只有1 ~3m厚。底部接觸帶附近的初始Sr同位素比值明顯升高，表明該層中加入了明顯不同成分的巖漿。
在布什維爾德雜巖的不同地段，梅林斯基礦層的垂向層序和PGE礦化的變化比UG2大得多。礦化層除PGE外，還伴有硫化物(磁黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦)，含量為2% ~ 3%。自從這個含礦層在勒斯滕堡地區開始開采以來，人們壹直把勒斯滕堡巖相的含礦層視為壹個典型的剖面。典型剖面底部的鉻鐵礦平鋪在壹層斜長石或淺色正長巖上。鉻鐵礦上覆30 ~90cm厚的偉晶巖輝石巖，上覆另壹薄層鉻鐵礦，再上覆正常粒度的長石輝石巖(無橄欖石)。輝石巖迅速向上演化成壹薄層正長巖，其上覆蓋著斜長石。在該剖面中，PGE礦化發生在地面以下30厘米至上部鉻鐵附近，PGE品位在上部鉻鐵處明顯較高，並在上部鉻鐵上方迅速降低。梅林斯基礦層的PGE品位為3。布什維爾德綜合體西翼和4。東翼8 ~ 5.8g/t。PGE在含礦層中的垂直分布變化很大，最高品位對應於鉻鐵礦層，尤其是上部鉻鐵礦層。
圖2南非Bushveld雜巖關鍵區域的地層剖面以及東翼和西翼的PGE含量(引自R. G. Cawthorn等人，2005年)。
圖3 ug2煤層和指示層的剖面示意圖以及PGE的定性分布(引自R. G. Cawthorn等人，2005年)。
(2)美國斯蒂爾沃特綜合大樓
斯蒂爾沃特建築群位於美國蒙大拿州南部。為鎂鐵質-超鎂鐵質雜巖，下部為超鎂鐵質(橄欖石>斜方輝石)，上部為含橄欖石和斜方輝石的輝長巖，頂部被切割。復數為2。年齡7Ga，已部分變質。
斯蒂爾沃特雜巖包含幾個層控含硫化物層段，其PGE異常富集。其中壹個層段是J-M含礦層。J-M含礦層富含鈀，鉑鈀比為0。Pd+Pt品位高達22× 10-6。它位於下部帶狀輝長巖系列底部上方約400米處，目前仍在開采中。在這個條帶狀巖系內部有壹個層群，稱為含橄欖石I帶(或橄欖石斜長石亞帶)(圖4)。該亞帶含橄欖石巖石為粗粒橄欖石和次生純橄欖巖，含少量斜長石、正長巖和輝長巖。含橄欖石巖石厚度為1m至數米，礦物成分極不均勻，故稱“混合巖”。巖石層理不發育，不如Bushveld雜巖規則，沿走向指出含橄欖石的透鏡體。J-M礦化帶產於壹個含橄欖石的單元中。由於下部含橄欖石的地層是不連續的，很難在整個侵入體中對這些地層進行統壹編號。在雜巖西部博爾德河地區壹個相對完整的剖面中，礦化發生在第五橄欖石層(自下而上計算)，但其他地區含橄欖石巖石數量較少。
第五橄欖石層最佳礦化的垂直位置發生變化，不壹定局限於單壹巖石類型；礦化局部切割矽酸鹽層理。開采的含礦層中典型的礦化寬度為1。但該寬度範圍內礦化不均勻，有常見的無礦斑塊。PGE礦化通常與浸染狀硫化物礦化(磁黃鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦等)有關。)的內容為0。2% ~ 5.0%.浸染狀礦化可部分延伸至下伏巖石，形成大規模高品位區，厚30m，走向長度15m。礦化可沿橫向從10米變化到100多米，因此需要大量鉆孔來區分礦化段和無礦段。就第五橄欖石層中的整個含礦層而言，只有約38%達到目前的邊界工業品位，並已實際開采。
硫化物也產於尖柱狀鈀帶。該帶位於中條帶狀巖系中，地層高出J-M含礦地層3000m，PGE品位很不規則，但可達3× 10-6。超鎂鐵質巖系中的壹些鉻鐵也具有高PGE含量，但極不規則。
(3)津巴布韋的長城
長城是壹個元古代侵入體，延伸很長，幾乎貫穿整個津巴布韋，其橫截面向上呈喇叭狀。大巖壁沿走向可分為若幹段和分段，各分段的礦化非常相似。侵入體雖呈巖壁狀，但下部有緩向內傾斜的超鎂鐵質巖，上部有輝長巖。巖脈的PGE礦化發生在超鎂鐵質層序頂部附近的第壹個旋回單元的地層中(圖5)。從井筒到邊緣，第壹個旋回單元內的輝石巖厚度從250m減少到150m，其中中部有壹個30 ~ 50 m厚的低品位帶，頂部有壹個2 ~ 8 m厚的高品位帶。
主硫化物帶位於第壹旋回單元最上部的輝石底部。該帶中的賤金屬和貴金屬表現出明顯的分離趨勢。下部的PGE含量自下而上逐漸增加，僅富集少量的銅和鎳，而上部的PGE含量自下而上迅速降低，但銅和鎳的含量仍然較高。壹般來說，礦化帶中的所有金屬都有細分離現象。從下到上，不同金屬含量最高的順序為:銥、鈀、鉑、鎳、金、銅。因為PGE的最高含量與硫化物的最高含量無關，所以不容易劃定開采範圍。目前，三個采礦和勘探區報告了類似的品位和金屬分布。PGE品位約為5× 10-6，鉑鈀比為1。5.
圖4美國Stilwalt雜巖J-M含礦層的橫截面圖(引自G. R. Cawthorn等人，2005年)。
圖5津巴布韋長城主要硫化物帶(MSZ)和低硫化物帶(LSZ)的地層剖面圖(引自G. R. Cawthorn，2005)。
三。礦床成因及找礦標誌
1.礦床成因
人們對這類礦床的成因有統壹的認識，認為鉑族元素的富集主要是巖漿結晶分異形成的，而且分異更為徹底。巖漿結晶早期，硫處於不飽和狀態，主要形成含OS-IR-Ru的鉑族礦物，與鉻鐵礦共生。中後期，硫逐漸飽和，導致硫化物熔體的形成。這些硫化物熔體與新侵入的巖漿充分混合，導致硫化物熔體中大量鉑族金屬富集，形成富含Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os的鉑族金屬礦床。至於南非為什麽有這麽多鉑族元素礦床，目前學術界認為地幔柱理論可以很好地解釋，即穩定地臺長期受到地幔柱的侵入而形成了晶體分異完整的Bushveld雜巖，雜巖的形成過程伴隨著大規模的成礦作用。
總的來說，目前普遍認為橫向廣泛的層控礦化層是巖漿作用，但後期巖漿作用和熱液作用也在部分礦床中發揮作用。其中，重要的成礦作用包括:①不同成分的巖漿混合；②原始巖漿的地殼混染；③晶體分離(結晶分化)；(4)硫化物流體的不混溶和硫化物和/或鉻鐵礦的重力沈降；⑤揮發物導致堆積巖石的部分熔融；⑥中間堆積巖的壓濾；⑦上升的富Cl熱液。不同階段的不同礦化作用可形成不同類型的礦床。圖6顯示了與層狀鎂鐵-超鎂鐵侵入體中各種礦化有關的鉑族礦床類型。從圖中可以看出，早期硫飽和的原始巖漿在地殼混染和重力沈降作用下，可沿底部接觸帶或補給通道的構造形成貧PGE塊狀硫化物礦床(A)；殘余巖漿在斜長石分化前與原巖漿部分混合，可能形成貧PGE硫化物巖或鉻鐵礦層(B)；不飽和硫的富PGE原始殘余巖漿與大規模硫飽和輝長巖巖漿混合，可形成獨立於旋回單元的富PGE地層(C)；殘余巖漿在湍流中與更多由斜長石結晶的原始巖漿混合，可形成富PGE硫化物層或鉻鐵礦層(D)。由揮發物引起的堆積巖石的部分熔化可以富集PGE，即使硫是飽和的(E)；受構造控制的熱液PGE有色金屬礦床可形成於侵入巖內部或外部。
圖6 PGE礦床與層狀鎂鐵-超鎂鐵侵入體中的地殼汙染、晶體分異、巖漿混合、部分熔融和熱液礦化有關的成因模型(引自D. M. Hoatson，1998)。
2.找礦標誌
(1)地質勘探標準
1)鎂鐵-超鎂鐵侵入體，規模大，層狀特征明顯。侵入體壹般面積數百平方公裏，層理明顯，超基性巖與輝長巖接觸帶界面清晰。大多數PGE礦體產於層狀侵入體的中部，只有少數礦體出露於層狀復合體的底部，如芬蘭的納爾卡和加拿大的馬斯克克斯。但目前，只有出現在Bushveld侵入體底部的Platriff具有工業價值。這類礦床的成礦時代多為太古代，成礦過程中有較多的分異巖漿註入。由於這類礦床中的控礦巖體規模普遍較大，在尋找這類礦床時，應將其作為壹個系統來研究。表3列出了層狀鎂鐵-超鎂鐵雜巖中成礦帶、成礦區、礦田、礦床等不同規模的勘查靶區的地質位置，可作為重要的地質找礦標誌。
表3層狀鎂鐵-超鎂鐵雜巖中不同成礦序列的地質產出特征
資料來源:есзаскинд等人，2006年。
2)層狀硫化物層和鉻鐵礦層:因為含PGE的礦化經常出現在具有稀疏浸染狀硫化物和鉻鐵礦層的巖石之中和之上。硫化物層呈斑狀、偉晶巖狀、粗粒，常含輝石巖；鉻鐵礦呈塊狀或浸染狀，常含純橄欖石、橄欖石和斜方輝石。如果這兩種地層具有很大的橫向連續性，就很容易被探測出來。但需要註意的是，層控硫化物層通常很薄，地球物理特征不明顯(浸染狀硫化物含量按體積計為1% ~ 2%)，檢測難度較大，但可以通過詳細的地層層序分析來確定。
3)巖漿侵入時，硫不飽和。如果整個巖體硫飽和，則應在最厚堆積巖系底部接觸帶的凹陷中尋找鎳-銅-鈷-PGE硫化物礦床。如果侵入體的壹部分是硫不飽和的，則應確定層控和其他形式的PGE-銅-鎳礦的硫飽和層位。壹般來說，基性巖(含S大於約1000× 10-6)的母巖漿是硫飽和的，侵入體結晶中期巖漿也可以是硫不飽和的。
(2)巖石學找礦標準
1)高Mg(含MgO > 10%)高Cl的巖漿有利於大礦的形成。
2)礦化與浸染狀巖漿Fe-Ni-Cu硫化物共生，共生層位在侵入體底部之上，常位於斜長石首次成為堆積礦物的層位之下150 ~ 500m。層控礦層薄(< 3m)，但厚度和品位橫向穩定。巖石共生是由巖漿混合形成的，巖漿混合往往包括各種各樣的混合巖石和偶然的滑坡。
3)循環巖石單元:礦化層出現在循環巖石單元的底部，如梅林斯基和J-M層，或與循環巖石單元有空間關系。
4)礦床底板多為不整合，是巖漿侵蝕的結果。底板層序以斜方輝石為主要鎂鐵質礦物，富氯礦物(磷灰石和其他含水礦物)產於底板。
5)地層剖面中硫、銫、鋯、銣、鍶、硒和銅的含量以及(Pt+Pd)/銅、(Pt+Pd)/硫、(Pt+Pd)/鋯、(Pt+Pd)/銥、Pt/Pd、Cu/Zr和Mg/(Mg+)。該標誌可指示硫飽和層位與巖漿混合形成的層控礦層的存在。
(3)地球物理勘探標準
1)層控礦化層浸染狀，硫化物含量低(< 3%體積)，厚度小。通過地球物理勘探確定侵入體比確定礦化層的宏觀特征更有效。電法(如電磁法、激發極化法)很少用於圈定富含PGE的層控礦層(多用於圈定底部的鎳銅鈷PGE硫化物礦床)。
2)巖體常有異常(正異常)重力場和磁場。航磁法和重力法可用於圈定出裸露不良巖體的面積、幾何形態和主體構造。
3)航磁法有助於確定輝長巖帶復壯的大致方向(新時代)(原生磁鐵礦存在)和超基性巖帶的蛇紋石強度(橄欖石形成的次生磁鐵礦)。
4)綜合伽馬能譜可以確定基性-超基性巖的區域分布，因為這些巖石中K、Th和U的含量較低。
5)陸地衛星圖像和地質填圖對於區分超基性巖、基性巖和酸性巖類型、線性構造和主要構造非常有用。
(4)地球化學找礦標誌
1)礦區Ni、Cu、Co的地球化學背景值經常升高；礦田巖石中銅、鎳、鈷、金、銀和鉑族金屬的局部背景值升高。侵入體取樣間隔應為10 ~20m，Cu/Pd值升高，可作為下方礦化層位的標誌。
2)鉑、鈀、銅、鎳、鉻、鈷、金、鎂、砷和汞是良好的探測元素，可用於測量巖石、土壤和河流沈積物。
3)常見的重砂礦物有砷鉑礦、銅鎳硫化物、磁鐵礦、鈦磁鐵礦和鉻鐵礦。
4)土壤中有鉻鐵礦塊，水系沈積物中鉻鐵礦顆粒豐富，表明層控鉻鐵礦層的存在。
(唐··)