膏鹽層在Ni-Cu-PGE 硫化物礦床成礦中的作用
——以俄羅斯諾里爾斯克礦床為例*

李延河，段 超，范昌福，胡 斌，武曉珮

（自然資源部成礦作用與礦產(chǎn)預(yù)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037）

全球鎳和鉑族金屬的主要來源是與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入巖有關(guān)的巖漿型Ni-Cu-PGE硫化物礦床，鎳占世界開采量的67%，鉑族金屬占90%以上（Naldrett et al.,1980）。Ni-Cu-PGE屬于親銅元素，硫化物/巖漿熔體之間分配系數(shù)（Di）大，在基性-超基性巖漿-硫化物熔體演化過程中高效進(jìn)入硫化物之中。絕大部分巖漿型Ni-Cu-PGE硫化物礦床是由基性-超基性巖漿在深部巖漿房中經(jīng)過結(jié)晶分異、液態(tài)不混熔分離作用形成的，一般呈浸染狀-塊狀硫化物的形式賦存在超基性侵入體的底部或邊部。大部分初始幔源基性-超基性巖漿的S濃度＜1000×10-6，多數(shù)分布在 500×10-6～600×10-6之間（Ripley et al.,2007；2013）。除MORB外，大部分基性-超基性巖漿是硫化物不飽和的（Keays,1995;Naldrett et al.,1996;1999;Naldrett,2004;2011），難以在巖漿演化過程中聚集大量硫化物，形成有經(jīng)濟(jì)價值的大型、高品位Ni-Cu-PGE硫化物礦床。因此,基性-超基性巖漿中硫濃度達(dá)到硫化物過飽和、不相容硫化物熔體實(shí)現(xiàn)分離、適合金屬硫化物熔體富集和濃縮的成礦環(huán)境，是形成巖漿型Ni-Cu-PGE硫化物礦床的關(guān)鍵。

基性-超基性巖漿中硫化物達(dá)到飽和的途徑主要有3條：①沒有外來硫加入、沒有巖漿與圍巖的相互作用或巖漿的混合，實(shí)現(xiàn)硫化物飽和的唯一過程是分離結(jié)晶（Ripley et al.,2013）。由于橄欖石、輝石、長石等礦物的結(jié)晶，熔體中S濃度增加，可能導(dǎo)致硫化物在后期階段達(dá)到飽和，以所謂“多元共晶”的比例發(fā)生液態(tài)不混熔分離（Park et al.,2004）。對于高鋁拉斑玄武巖，約40%的巖漿結(jié)晶才能導(dǎo)致硫化物熔體飽和（Ripley et al.,2013）。但在這種情況下形成的Ni-Cu硫化物礦床需要大量巖漿和開放系統(tǒng)，要求硫化物的富集效率極高，因而難以形成大礦富礦。②富硅質(zhì)圍巖或熔體與幔源基性-超基性巖漿相互作用或混合，可降低巖漿中硫化物飽和所需的硫含量，促進(jìn)不相容硫化物熔體的形成（Li et al.,2000）。雖然同化硅質(zhì)圍巖和巖漿混合可能會導(dǎo)致硫化物在巖漿演化的早期階段達(dá)到飽和，但在這種情況下，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)意義的Ni-Cu-PGE濃度，需要從大量的巖漿中高效富集硫化物，問題仍然是該過程形成的硫化物的質(zhì)量大小（Li et al.,2005,2009b;Ripley et al.,2013）。③形成有重要經(jīng)濟(jì)價值的Ni-Cu-PGE礦床需要硫化物顯著過飽和，硫化物必須在硅酸鹽礦物顯著結(jié)晶之前發(fā)生大量熔離。圍巖中外部硫的加入是產(chǎn)生遠(yuǎn)高于“多元共晶”比例硫化物的最可行機(jī)制，是形成大型高品位Ni-Cu-PGE硫化物礦床的一個關(guān)鍵過程（Ripley et al.,2013;Keays et al.,2010;Godel et al.,2011;宋謝炎等,2010;宋謝炎,2019）。

近年來，中國的地學(xué)工作者（李延河等，2013;2014;2016;2017；Xie et al.,2015；胡古月等2013；朱喬喬等，2016;2018；任順利等，2018）對膏鹽層在玢巖鐵礦、矽卡巖鐵礦、MVT鉛鋅礦和鈾礦中作用開展過較系統(tǒng)的研究，但與基性-超基性侵入體有關(guān)的Ni-Cu-PGE硫化物礦床較少涉及，膏鹽層在Ni-Cu-PGE硫化物礦床成礦中的作用沒有引起應(yīng)有的重視，制約了成礦找礦理論的發(fā)展。本文在前人研究基礎(chǔ)上，以世界最大的俄羅斯Noril'sk-Talnakh礦集區(qū)Ni-Cu-PGE硫化物礦床為例，根據(jù)膏鹽層與礦床的時空關(guān)系、硫酸鹽礦物在礦床中的賦存狀態(tài)和礦床的硫同位素地球化學(xué)特征，探討了膏鹽層在巖漿型Ni-Cu-PGE硫化物礦床成礦中作用。

1 俄羅斯Noril'sk-Talnakh硫化物礦床的地質(zhì)特征

俄羅斯Noril'sk-Talnakh位于西伯利亞大火成巖省，是全球最大的巖漿型鎳-銅-鉑族元素（Ni-Cu-PGE）硫化物礦床集中區(qū)（圖1a）。西伯利亞大火成巖省發(fā)育巨厚的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)基性火山巖（約250 Ma）（Ivanov et al.,2013），其上覆蓋中生代—新生代淺海相碎屑沉積巖，厚度達(dá)10 km以上（Saunders et al.,2005），下覆新元古代—古生代沉積地層，厚度達(dá)5～7 km（Gorbachev,2012）。其中，中志留統(tǒng)（S2）—泥盆系（D1-D3）為一套海相蒸發(fā)沉積建造，主要由白云質(zhì)泥灰?guī)r、白云巖和硬石膏層組成，局部夾石鹽透鏡體，厚310多米；中石炭統(tǒng)（C2）—中二疊統(tǒng)（P2）主要為一套粉砂巖、砂巖、礫巖、黑色頁巖及含油含煤巖系，局部發(fā)育沉積型銅礦化，厚50余米（Arndt et al.,2003）（圖2）。Noril'sk礦集區(qū)主要由2個礦田組成，分別是Noril'sk-Ⅰ礦田和Talnakh礦田（Czamanske et al.,1995）。區(qū)內(nèi)巖漿巖共有4類，包括溢流玄武巖、Noril’sk型巖體、Lower Talnakh型巖體及后期的侵入體（Arndt et al.,2003）。Noril’sk型巖體是該地區(qū)主要的含礦巖體，包括Noril’sk礦田的 Noril’sk-Ⅰ、Noril’sk-Ⅱ、Chernogorka 和 South Noril’sk四個巖體，以及Talnakh礦田的Talnakh和Kharaelakh巖體，它們沿Noril’sk-Kharaelakh深大斷裂成帶產(chǎn)出（圖1b、c）。這些巖體可分為2組，一組是具有經(jīng)濟(jì)意義的含礦巖體，包括Noril’sk-Ⅰ、Talnakh和Kharaelakh三個巖體（Arndt et al.,2003），其中，Noril’sk-Ⅰ侵入體主要賦存于Tungusska組（C2-P2）粉砂巖-砂巖-碳質(zhì)頁巖中，切割的最新地層為上二疊統(tǒng)溢流玄武巖底部的2組巖層（Iv和Sv），目前僅有一個位于該巖體的東北角的Medvezhy Creek露天采場（圖1c，圖2）。Talnakh侵入體包括Talnakh NE巖枝和Talnakh SW巖枝2部分，侵位于上泥盆統(tǒng)白云巖和Tungusska組砂頁巖中。開采Talnakh NE巖枝中礦石的有Severny、Skalisty和Komsomolsky三個礦山，開采Talnakh SW巖枝中礦石的只有Mayak礦山（圖1b，圖2）。Kharaelakh巖體侵位于Noril’sk-Kharaelakh深大斷裂以西的中-下泥盆統(tǒng)含硬石膏白云巖、泥灰?guī)r和砂頁巖等沉積地層內(nèi)（Walker et al.,1994;Czamanske et al.,1995;Arndt et al.,2003），發(fā)育在該巖體底部的塊狀硫化物礦體是整個Noril’sk礦集區(qū)的主礦體，Oktyabr’sky、Taymyrsky和Gluboky三個礦山所開采的礦石均產(chǎn)自該主礦體（圖1b，圖2，圖3）。

另一組是具有次經(jīng)濟(jì)意義的含礦巖體，包含Noril’sk-Ⅱ、Chernogorka、South Noril’sk 等巖體（圖1c），這些巖體主要發(fā)育浸染狀礦石，形成中小型銅鎳硫化物礦床及大-中型鉑族元素礦床（Malitch et al.,2013；2014）。Noril’sk型巖體伴有廣泛的接觸交代變質(zhì)暈，網(wǎng)脈狀-浸染狀和角礫狀硫化物礦石賦存于外接觸帶中的矽卡巖內(nèi)。Lower Talnakh型巖體包括 Lower Talnakh（也稱 Nizhny Talnakh）和 Lower Noril’sk兩個巖體，位于Noril’sk型巖體之下數(shù)十米到數(shù)百米處（圖1b、c,圖2），被認(rèn)為是與Noril’sk型巖體同時侵位的（Arndt et al.,2003）。該類型巖體與Noril’sk型巖體不同，僅發(fā)育微弱的浸染狀銅鎳硫化物礦化，不具有經(jīng)濟(jì)意義；而Noril’sk型巖體不僅發(fā)育塊狀硫化物礦石，還發(fā)育浸染狀硫化物礦石（Arndt et al.,2003;Malitch et al.,2013；2014）。Noril’sk型巖體和Lower Talnakh型巖體頂板都發(fā)育閃長巖、石英閃長巖和花崗閃長巖，被認(rèn)為是超基性巖與長英質(zhì)圍巖相互作用形成的。

圖1 Noril’sk-Talnakh礦田位置和簡要地質(zhì)圖（a），顯示了主要構(gòu)造特征和Noril’sk型含礦侵入體（黑色），Talnakh礦田（b）和Noril’sk礦田（c）主成礦和弱礦化Noril’sk型侵入體地下輪廓圖（據(jù)Arndt et al.,2003）Fig.1 Location and simplified geologic map of the Noril’sk-Talnakh district,showing major structural features and subsurface outlines of the Noril’sk-type(a),ore bearing intrusions(black),Sketch maps showing subsurface outlines of the main bodies of the orebearing and poorly mineralized,Noril’sk-type intrusions of the Talnakh(b)and Noril’sk(c)ore junctions(after Arndt et al.,2003)

圖2 Talnakh礦區(qū)志留系—二疊系地層柱狀圖與侵入體侵入位置（修編自Czamanske et al.,1995;Arndt et al.,2003;Malitch et al.,2014）豎條表示每個侵入體侵位的地層范圍。對于每個含礦侵入體，豎條下部帶花紋的部分代表主體部分，上部沒有花紋的部分代表侵入體的前部。這些侵入體的側(cè)翼和邊緣侵入的地層位置沒有顯示。在有些地方，Noril’sk I侵入切割了6個最底層的火山巖套Kha—Kharaelakh；L Nor—Lower Noril’sk；L Tal—Lower Talnakh；Nor—Noril’sk I；Tal—Talnakh Fig.2 Generalized stratigraphic column for Silurian to Permian Formations and the positions of intrusions for the Talnakh ore junction(modified after Czamanske et al.,1995;Arndt et al.,2003)Vertical bars show the approximate ranges in stratigraphic position of the base of each intrusion．For each orebearingintrusion,the lower part of the bar(patterned)represents the main body and the upper part(unpatterned)the frontal parts of the intrusion.Stratigraphic positions are not shown for the flanks and bordering apophyses of these intrusions.In places,the Noril’sk I intrusion cuts as many as six of the lowermost volcanicsuites Kha—Kharaelakh;L Nor—Lower Noril’sk;L Tal—Lower Talnakh;Nor—Noril’sk I;Tal—Talnakh

Noril’sk礦集區(qū)的礦石類型主要有3種（圖3）（Krivolutskaya et al.,2012;Yakubchuk et al.,2004），包括：①塊狀硫化物礦石，主要呈透鏡狀產(chǎn)于含礦侵入體下部的接觸帶或下覆沉積地層中，部分在圍巖中形成薄片狀和網(wǎng)脈狀礦體，是整個礦集區(qū)內(nèi)最具經(jīng)濟(jì)價值的礦石類型，Cu、Ni和PGE平均品位分別為 4.6%、3.2% 和 10.8 g/t（Lyul'ko et al.,2002;Malitch et al.,2014），該類礦體斷續(xù)延伸長達(dá)20 km，其中最大的單個透鏡狀塊狀硫化物礦體位于Oktyabr’sky礦山內(nèi)，面積3 km×1 km，平均厚度達(dá)30 m；②角礫狀礦石，沿含礦侵入體和塊狀硫化物礦體的外邊緣產(chǎn)出，與斑雜狀輝長巖關(guān)系密切，平均厚度60～70 m，經(jīng)濟(jì)意義僅次于塊狀硫化物型礦石；③浸染狀硫化物礦石，可細(xì)分為2種，一種賦存于苦橄質(zhì)輝長輝綠巖和斑雜狀輝長輝綠巖中，直接產(chǎn)于塊狀硫化物礦體之上，是區(qū)內(nèi)分布范圍最廣泛的礦石類型，平均厚度40～60 m，但品位相對較低，Cu 0.9%、Ni 0.5%、PGE 4.3 g/t（Lyul'ko et al.,2002;Malitch et al.,2014）；另一種產(chǎn)于含礦侵入體頂部，與淺色輝長巖有關(guān)，Cu（0.2%）、Ni（0.3%）品位相對較低，但PGE（3～6 g/t）品位較高。塊狀硫化物礦體以磁黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦為主；浸染狀硫化物礦體除這些礦石礦物外，還發(fā)育含Pt的砷化物和碲化物；角礫狀硫化物礦體則以輝銅礦為主。塊狀硫化物礦體內(nèi)部存在分帶現(xiàn)象，即核部為富Cu的硫化物，邊部為鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦。有些含礦侵入體中發(fā)育硬石膏，在Kharaelakh侵入巖體內(nèi)和接觸帶中硬石膏的賦存狀態(tài)主要有2種，第一種是熱液硬石膏，這種硬石膏切割其他類型的巖石，并且總是與幾種次生熱液礦物共伴生，如方解石、葡萄石、針鈉鈣石、桿沸石、硬硅鈣石、綠簾石、綠泥石、水綠榴石和黃鐵礦；第二種硬石膏與蝕變礦物無關(guān)，生長在橄欖石、輝石和斜長石的晶間之中。這種硬石膏的晶粒尺寸一般直徑小于1 mm，硬石膏、橄欖石和普通輝石之間的晶界相互平行，而且普通輝石與硬石膏礦物顆粒相互包裹，在不同方向切割的樣品薄片中，硬石膏的組構(gòu)特征都是相同的，因此，這種硬石膏是巖漿成因的，為巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物（圖4）（Ripley et al.,2010;Li et al.,2009a）。含硬石膏的輝長巖以含鉻磁鐵礦和含鈦鋁磁鐵礦富集（高達(dá)20%）為特征，尖晶石中Fe3+含量異常高，與巖漿的氧化一致，與Noril’sk和Talnakh侵入體情況相似（Barnes，2000）。

圖3 Noril’sk礦集區(qū)Talnakh礦田Kharaelakh含礦侵入體剖面圖（剖面位置見圖1b）（據(jù)Li et al.,2009c）Fig.3 Cross section of the Kharaelakh ore-bearing intrusion from the Talnakh region(position of section see Fig.b)(after Li et al.,2009c)

2 礦床硫同位素組成特征及硫的來源

Li等（2003）、Ripley等（2010）、Malitch等（2014）對Noril’sk-Talnakh地區(qū)巖漿型Ni-Cu-PGE硫化物礦床的硫同位素開展了系統(tǒng)地研究，本文在前人工作基礎(chǔ)上，對硫同位素分析結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析和對比研究，結(jié)果示于圖5?？偟膩碚f，Noril’sk-Talnakh地區(qū)含礦侵入體中硫化物強(qiáng)烈富集重硫同位素，δ34SV-CDT變化范圍-0.7‰～13.8‰，大部分硫化物的δ34SV-CDT值均在5.0‰以上，集中分布在9.0‰～12.0‰，與幔源硫的同位素組成顯著不同。單個侵入體中硫化物的δ34S變化小，分布集中，不同侵入體的δ34S變化較大；具有經(jīng)濟(jì)意義的含礦侵入體的δ34S值普遍高于次經(jīng)濟(jì)意義和無經(jīng)濟(jì)意義的侵入體的值（圖5）。其中,最具經(jīng)濟(jì)價值的Kharaelakh含礦侵入體中礦石硫化物的δ34SV-CDT為 7.9‰～13.6‰，平均11.92‰（n=108）；具重要經(jīng)濟(jì)意義的Talnakh含礦侵入體中礦石硫化物的δ34SV-CDT為7.0‰～12.6‰，平均10.83（n=90），較Kharaelakh含礦侵入體的值稍低；Noril’sk-Ⅰ含礦侵入體中礦石硫化物的δ34SV-CDT為7.3‰～13.8‰，平均 8.97‰（n=21），較 Kharaelakh和Talnakh含礦侵入體的值明顯偏低。具有次經(jīng)濟(jì)意義的Vologochan和Zub-Marksheider侵入體的δ34SV-CDT值 分 別 為 5.1‰～8.5‰，平 均 6.9‰（n=11），-0.7‰～3.9‰，平均0.4‰（n=7），較有經(jīng)濟(jì)意義的含礦侵入體的值偏低，特別是Zub-Marksheider侵入體的δ34SV-CDT值與幔源硫的值相似；但Chernogorsk侵入體的δ34SV-CDT值相對較高(10.4‰～11.2‰)，平均10.87‰（n=3），與具有經(jīng)濟(jì)意義的侵入體的值相似。

圖4 Noril’sk礦集區(qū)Kharaelakh含礦侵入體中巖漿成因硬石膏和硫化物及其硫同位素組成（a）、熱液硬石膏（Anh）（b）和黃銅礦（Cp）（據(jù)Ripley et al.,2010;Li et al.,2009c）Fig.4 Anhydrite and sulfide minerals in sample KH-1and its sulfur isotope composition(a),hydrothermalintergrowth of anhydrite(b)and chalcopyrite in the aureole(c)of the Kharaelakh intrusion(after Ripley et al.,2010;Li et al.,2009c)

圖5 俄羅斯Noril’sk-Talnakh礦集區(qū)不同類型Ni-Cu-PGE含礦侵入體中硫化物、硬石膏和圍巖中硬石膏的硫同位素組成a.主要經(jīng)濟(jì)礦體；b.次經(jīng)濟(jì)和非經(jīng)濟(jì)（Nizhny Talnakh）侵入體（數(shù)據(jù)來自Ripley et al.,2010;Malitch et al.,2014;Li et al.,2003）Fig.5 Histograms showing the distribution of δ34S values of sulfides in intrusions,anhydrite in intrusions and country rocks from Noril’sk-Talnakh areaa.Economicore bodies;b.Subeconomic and non-economic intrusions(Nizhny Talnakh)(the data from Ripley et al.,2010;Malitch et al.,2014;Li et al.,2003)

同一含礦侵入體中不同產(chǎn)狀的礦石具有相似的δ34SV-CDT值（Malitch et al．，2014）。Kharaelakh含礦侵入體中浸染狀和塊狀礦石的δ34SV-CDT平均值分別為（12.57±0.54）‰和（12.76±0.42）‰；Talnakh含礦侵入體中浸染狀和塊狀礦石的δ34SV-CDT平均值分別為（10.97±0.44）‰和（10.88±0.77）‰。Noril’sk-Ⅰ含礦侵入體中浸染狀礦石的δ34SV-CDT值為7.5‰～13.8‰，平均（9.2±1.8）‰，與Kharaelakh和Talnakh含礦侵入體中浸染狀礦石不同。在Noril’sk-Ⅰ、Main和NW Talnakh三種含礦侵入體中，高硫含量（＞800×10-6S）樣品的δ34SV-CDT值在8‰～14‰之間，而NW Talnakh侵入體中，2個貧硫樣品（＜600×10-6S）的δ34SV-CDT值分別為1.5‰和3.6‰（Li et al.,2003），二者顯著不同。這些值與該地區(qū)不含礦侵入體中貧硫巖石的值相似，反映了硫化物δ34SV-CDT值隨硫含量增加而升高的事實(shí)。這表明含礦巖漿在上侵過程中加入了富集34S的地殼衍生硫，殼源硫的加入在成礦過程中發(fā)揮了極其重要的作用。

3 膏鹽層在Noril’sk-Talnakh礦床中作用

Noril’sk-Talnakh礦集區(qū)Kharaelakh含礦侵入體中巖漿成因硬石膏的δ34SV-CDT值為22.0‰～23.6‰，平均22.8‰，共生硫化物的δ34S為10.3‰～11.6‰，平均10.9‰（圖4，5）；熱液硬石膏的δ34SV-CDT為18.1‰～22.8‰，平均19.7‰，較巖漿成因硬石膏的δ34SV-CDT值偏低（Ripley et al.,2010）。硬石膏-硫化物礦物對之間的硫同位素分餾（△34SAnh-Sulf）變化較大，達(dá)8.5‰～11.9‰，平均10.3‰，說明二者沒有完全達(dá)到硫同位素平衡。下泥盆統(tǒng)Zubovsky組含硬石膏白云質(zhì)泥灰?guī)r中沉積硬石膏的δ34SV-CDT為17.7‰～17.9‰，平均17.8‰（Gorbachev，1973；Ripley，2010），該值相對巖體中巖漿成因及熱液硬石膏的值偏低。Kharaelakh含礦侵入體中巖漿成因硬石膏的發(fā)現(xiàn)，表明源自志留系—泥盆系圍巖中的硬石膏并沒有被完全還原，但所剩無幾，硫酸鹽的S摩爾分?jǐn)?shù)＜5%。巖體中部分巖漿成因硬石膏和熱液硬石膏的δ34SV-CDT大于蒸發(fā)巖地層中硬石膏的δ34SV-CDT，證明硬石膏還原過程中發(fā)生了硫同位素分餾。巖漿中硬石膏硫酸鹽的還原是在熔融狀態(tài)下進(jìn)行的，硬石膏的活動范圍受到限制，還原反應(yīng)是逐層進(jìn)行的。硫酸鹽礦物的粒度小于1 mm，從μm尺度看，硬石膏的還原可能是不完全的，硬石膏-硫化物之間存在硫同位素分餾，但從μm以上尺度看，則硬石膏的還原是完全的，硬石膏-硫化物之間不存在硫同位素分餾。假如，地層中蒸發(fā)硫酸鹽的δ34SV-CDT值為18‰～20‰（Gorbachev，1973；Ripley，2010），地幔硫化物的δ34SV-CDT值為 0，在1100℃時，△34SAnh-Sulf=4‰，則微區(qū)范圍內(nèi)剩余硬石膏硫酸鹽的δ34SV-CDT值可升高至22‰～24‰，在宏觀區(qū)域內(nèi)剩余硬石膏的δ34SV-CDT值應(yīng)與地層中硬石膏的值相似，18‰～20‰，這與實(shí)際測定結(jié)果一致（Ripley，2010）。如果巖漿中硫60%是從同化的膏鹽層中提取的，40%來自地幔硫化物，則混合后巖體中礦石硫化物的δ34SV-CDT值為11‰～12‰，與Kharaelakh和Talnakh侵入體中礦石硫化物的值一致；如果巖漿硫和地層硫各占50%，則巖體中礦石硫化物的δ34SV-CDT值為9‰～10‰，與Noril'sk-Ⅰ侵入體中礦石硫化物的值一致（Gorbachev,1973;Li et al.,2003）。

綜上所述，Noril’sk-Talnakh礦集區(qū)含礦巖體侵入到中志留統(tǒng)（S2）—泥盆系（D1-D3）巨厚蒸發(fā)沉積建造之中，該蒸發(fā)沉積巖系賦存大量硬石膏（共計18層）（Arndt et al.,2003），含礦巖體中礦石硫化物的δ34S值異常高，與幔源硫的同位素組成顯著不同；含礦巖體和礦石中巖漿成因硬石膏的存在和礦石硫化物的δ34S值異常升高，有力地證明了巖漿同化混染了圍巖硫酸鹽（Ripley et al.,2010；Li et al.，2003；Malitch et al.，2014）。巖體中硬石膏的δ34S值與圍巖地層中沉積硬石膏的值相近，充分說明富含硬石膏的圍巖地層向基性-超基性巖漿成礦系統(tǒng)提供了大量富集重同位素的硬石膏。膏鹽層加入巖漿成礦系統(tǒng)之后，石膏硫酸鹽（）熔體將成礦巖漿中Fe2+氧化成Fe3+，形成磁鐵礦等，SO24-自身被還原為S2-，S2-與Cu2+、Ni2+等結(jié)合，形成銅鎳硫化物等?；痉磻?yīng)方程如下：

含硬石膏的輝長巖富含鉻磁鐵礦和鈦鋁磁鐵礦（高達(dá)20%）也很好地說明了這一點(diǎn)（Barnes et al.,2000）。石膏還原硫的加入和硫化物的形成，使基性-超基性成礦巖漿由硫化物不飽和變?yōu)檫^飽和，硫化物小液滴在巖漿房中經(jīng)聚集-熔離-富集，形成Ni-Cu-PGE硫化物礦床，使礦石硫化物強(qiáng)烈富集重硫同位素。不同含礦巖體在侵入過程中同化和賦存的地層層位并不完全相同，有的為富含硬石膏的蒸發(fā)巖，有的為含硫化物的黑色頁巖及含油含煤巖系（Arndt et al.,2003）。不同礦化侵入體之間的硫同位素差異可能與幔源硫/圍巖地層硫的混染比例、地層硫同位素組成變化、硫酸鹽還原程度和還原溫度等因素有關(guān)。

單個礦化侵入體中礦石硫化物的δ34S分布集中，變化范圍有限，表明幔源硫和地層硫在巖漿房中發(fā)生了充分的交換，混合的非常均勻，指示石膏硫酸鹽的還原及其與幔源硫的混合發(fā)生在深部巖漿房，而不是在淺層或目前的侵位點(diǎn)。高度混染的Zub-Marksheider巖體侵位于富含硬石膏的Manturovsky和Razvedochninsky組（圖2），巖體主要由輝長閃長巖、閃長巖、正長巖、堿性交代雜巖帶（厚40～100 m）和少量超鎂鐵質(zhì)巖石組成。如果地層硫與幔源硫在淺部發(fā)生混合，則侵入體中硫化物的δ34S值應(yīng)很高，應(yīng)與Kharaelakh等巖體的值相似。實(shí)際上，Zub-Marksheider侵入體中浸染狀礦石硫化物的δ34SV-CDT值為-0.7‰～3.9‰，平均為0.40‰，類似地幔的S同位素特征。這些結(jié)果表明，同化混染是在最終侵位之前很久發(fā)生的，硫化物的硫同位素組成反映了深部巖漿房的硫同位素組成特征，在進(jìn)入地表期間或在原位同化混染過程中都沒有發(fā)生明顯改變（Arndt et al.,2003;Li et al.,2003）。

Nizhny Talnakh侵入體含有低品位的浸染狀Cu-Ni礦石，w(Cu)和w(Ni)均為0.2%，Cr和 PGE含量較低。Nizhny Talnakh的巖石具有更高的放射性初始 Sr比值（87Sr/86Sr=0.7076～0.7086）和負(fù)的 εNd值（εNd=-5）。Naldrett等（1992）認(rèn)為，幔源巖漿可能分別在超深部巖漿房發(fā)生了花崗質(zhì)地殼物質(zhì)的混染作用，在深部巖漿房發(fā)生了膏鹽層的混染作用。由于含硬石膏的膏鹽層在Talnakh礦田與含礦巖體緊密共生，被認(rèn)為是最可能的S源。3個Noril’sk型巖體的εNd值相對均一（平均值約為+1），則被認(rèn)為是在超深部巖漿房中遭受了充分的地殼物質(zhì)混染（Arndt et al.,2003）。含礦巖漿對膏鹽層的同化被認(rèn)為是礦石沉淀的主要原因，對于形成高品位礦石至關(guān)重要（Li et al.,2009c;Ripley et al.,2003）。這種混染作用促使巖漿中的硫達(dá)到過飽和，促使硫化物熔體分離，并從硅酸鹽熔漿中吸取Cu和Ni，這也是Nd層溢流玄武巖中強(qiáng)烈虧損這些成礦元素的原因。

4 膏鹽層和富硫化物圍巖在Ni-Cu-（PGE）硫化物礦床中作用

基性-超基性巖漿同化膏鹽層，使巖漿中硫濃度達(dá)到過飽和，通過熔離富集形成Ni-Cu-（PGE）硫化物礦床的例子還有很多,如俄羅斯科拉半島Pechenga鎳-銅硫化物礦床（Grinenko et al.,1991;Melezhik et al.,1998）、加拿大與Komatite巖相關(guān)礦床（Bekker et al.,2009）和Voisey’s Bay礦床 (Ripley et al.,1999;2002)、美國Duluth Complex硫化物礦床（Arcuri et al.,1998;Ripley et al.,2007）、南非Uitkomst礦床(Li et al.,2002)和坦桑尼亞Kabanga礦床(Maier et al.,2011)等。除膏鹽層之外，其他富硫化物圍巖的加入也是促使硫化物過飽和，形成Ni-Cu-（PGE）硫化物礦床的重要因素。硫同位素是判別膏鹽層或富硫化物圍巖是否加入成礦系統(tǒng)的有效示蹤劑。但在太古宙沉積硫化物的δ34S值接近0‰，常規(guī)δ34S方法難以有效示蹤地層硫的混染。實(shí)際上，基性-超基性巖中礦石硫化物的δ34S值接近地幔值，也不能排除富硫地層圍巖在Ni-Cu-PGE硫化物礦床成礦中的作用。Bekker等人（2009）已證明使用多S同位素方法（如δ33S和δ34S）可有效確定太古代地層硫在Ni-Cu-（PGE）硫化物礦床成礦中的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)論

（1）大部分基性-超基性巖漿是硫化物不飽和的，巖漿自身演化難以形成大型高品位Ni-Cu-PGE硫化物礦床。殼源硫的加入是形成大型Ni-Cu-PGE硫化物礦床的關(guān)鍵，膏鹽層是重要的硫源層。

（2）俄羅斯諾里爾斯克地區(qū)成礦的基性-超基性巖體侵位于巨厚的志留系—泥盆系富含硬石膏的海相蒸發(fā)沉積建造之中，侵入體和礦石中發(fā)育巖漿成因和熱液成因硬石膏。巖體和礦床中硬石膏、硫化物的δ34S值異常高，系鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)成礦巖漿在上侵過程中同化了志留系—泥盆系膏鹽層所致，在深部巖漿房中幔源硫與地層硫發(fā)生了充分的交換和混勻，在主成礦巖體中膏鹽層硫與幔源硫的混合比例在60%～50%之間。