巖漿銅鎳硫化物礦床是指與鎂鐵-超鎂鐵巖相關的富含Cu、Ni、PGE的硫化物礦床，佔世界上鎳資源量的40%、銅資源量的5.5%、鉑族元素資源量的96%。針對該類礦床的研究和勘探工作已開展百年有餘，但直至20世紀80至90年代，人們陸續發現加拿大Voisey's Bay、俄羅斯Noril'sk，以及中亞造山帶內一系列賦存於小型侵入體中的大型-超大型銅鎳硫化物礦床後，巖漿通道成礦的模式才逐步得到廣泛認可。目前，對這一模型的解釋仍在定性演繹階段，「上升巖漿能夠攜帶多少硫化物液滴」「為什麼會在巖漿通道的出口形成大規模塊狀礦化」等關鍵科學問題未得到解答。
很多學者認為，鎂鐵質-超鎂鐵質巖漿密度（~2700 kg/m3）本就大於地殼圍巖，而硫化物的密度更甚（4000-5200 kg/m3），推測上升巖漿很難攜帶硫化物液滴，通道出口處的礦化是硫化物滲濾回流所致。但不可否認的是，夏威夷的鎂鐵質-超鎂鐵質火山熔巖中仍攜帶著大量的橄欖石斑晶，其密度也高於巖漿和圍巖。因此，佔決定性控制因素的應為深部中間巖漿房超壓，而非顯而易見的密度差異。多期巖漿注入等因素使得巖漿房形成超壓，會使圍巖壓裂，並驅使巖漿裹挾礦物斑晶及硫化物液滴向上運移。在此過程中，巖漿的超壓不斷被自身重力作用及粘滯阻力所消耗，若通道頂部的巖漿超壓始終能夠壓裂上部圍巖，則最終會噴出地表，否則侵位於淺部地層的薄弱帶，從而形成含礦侵入體。
中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究院重點實驗室博士姚卓森（現為加拿大卡爾頓大學博士後）在研究員秦克章、卡爾頓大學教授James Mungall的指導下，以垂直巖漿通道中的壓力平衡為基礎，釐定了單一硫化物液滴上升的動力學過程、巖漿對其最大荷載量的計算以及揮發份的影響和作用，並初步建立通道式巖漿成礦的定量化模型。
該研究通過理論計算證實，對於單個硫化物液滴而言，其在上侵鎂鐵質巖漿中粒度和成分基本保持不變，免於受到破碎或元素擴散的影響，因密度差異而產生的相對沉降速度遠小於巖漿上侵速度，故硫化物能夠以相對穩定速度向上運移。隨所攜帶硫化物含量的增加，巖漿整體密度升高、粘度增加，使上侵過程中巖漿超壓的損耗增加，直至無法繼續向上運移，而該情況所對應的硫化物比例即定義為巖漿的最大荷載量。對於鎂鐵質巖漿而言，其對硫化物的最大荷載量至少高於3%-5%左右。
另一方面，巖漿中若存在揮發份，會顯著降低其密度，並適當降低整體粘度，從而減小重力和粘滯阻力在上侵過程中對巖漿超壓的消耗，提升對硫化物的荷載能力。同時，上侵減壓過程中，揮發份很可能會觸發出溶作用，形成大量氣泡，其與硫化物易於耦合形成混合液滴，密度小於巖漿，進一步促進硫化物的向上運移。當巖漿裹挾著硫化物上侵至通道出口，則類似於流體力學中兩相突擴流，已有的實驗和數值模擬表明，巖漿在此區域內會形成再循環-回流區域，流速減弱，硫化物含量升高，非常有利於其沉澱和匯聚作用，從而形成最初的富集礦化。
相關工作建立了定量化模型，以期能夠細緻刻畫開放通道體系下巖漿銅鎳硫化物礦床的動力學運移過程，同時首次強調了巖漿揮發份對於成礦作用的重要意義，有助於我國金川、夏日哈木及中亞造山帶內一系列銅鎳礦床的勘探和研究。相關成果發表於巖石學領域期刊Journal of Petrology。研究得到國家自然科學基金重點項目、國家重點科技研發項目資助。
圖1.加拿大Voisey's Bay 礦床剖面圖、巖漿通道不同區域內的壓強平衡
圖2.巖漿揮發份含量對硫化物攜帶量（若只考慮密度差異）和粘度的影響，其中灰色區域代表巖漿密度大於圍巖密度
圖3.兩相突擴流及兩相緩擴流的示意圖
來源：中國科學院地質與地球物理研究所