火成堆晶成因的超镁铁质岩主要指的是产出于层状和环状镁铁质－超镁铁质杂岩体中的岩石，其成因与岩浆重力分异等作用有关。一般来说，它们是原生岩浆分异的产物。例如，在一些层状杂岩体的底部或环状杂岩体的核心，就有具有堆晶结构的橄榄岩产出。由于这类岩石主要由堆晶矿物组成，因此，岩石的成分不能代表原生岩浆的成分。事实上，蛇绿岩中的镁铁质－超镁铁质堆晶岩也具有类似成因，只不过这些岩石作为蛇绿岩的一部分经历了构造侵位，是异地产出的而已。
（一）层状镁铁质－超镁铁质杂岩体
1.野外产状
杂岩体的形成与重力分异、岩浆对流分层等作用有关。随着岩浆的演化，岩浆中较早结晶的矿物就不断下沉和堆积，最终形成了具有明显垂直分带特点的层状镁铁质－超镁铁质杂岩体。岩体多呈几至数万平方千米的岩盆、岩床状或漏斗状，产于稳定的构造环境。岩体的韵律分层表现为底部多为超镁铁质岩（橄榄岩和辉石岩等），中部为辉长岩类（苏长岩和辉长岩等），上部为斜长岩和闪长岩等。按照矿物组合可大致分为两类：第一类为橄榄岩（辉橄岩）－辉石岩－辉长岩型；第二类则偏酸性，为斜长岩－辉长岩（或橄长岩）型。世界上著名的大型层状杂岩体有美国的Stillwater、南非的Bushveld、格陵兰的Skaergaard，以及加拿大的Muskox等。其中Bushveld侵入体是目前发现的最大的层状侵入体，分布面积达66000km2，厚7000m以上（图6－7）。
图6－7 南非的Bushveld层状超镁铁质岩体平面图（a）、剖面图（b，c）（据Scoates et al.，2008）
Bushveld层状岩体由三组火成岩组成，三组岩浆活动是在2061Ma年前的约1～10Ma的短暂时间内发生的。第一组是早期的火山岩，即鲁伊博格组，第二组是勒斯滕堡层状岩套，这是在第一组火山岩之下，由镁铁质岩浆侵位形成的厚度达到8kn，面积约400kn×300kn的层状岩体，最后一组是一期花岗质岩体，即莱博瓦花岗岩套。其中第二组是层状超镁铁质－镁铁质岩石的重要组成部分（Scoates et al.，2008），由下部带、临界带和上部带组成，后者主要由辉长岩、苏长岩、斜长岩和闪长岩组成，而超镁铁质岩集中在下部带和临界带下部（图6－7），由古铜辉石岩、纯橄岩、方辉橄榄岩和二辉橄榄岩组成。
2.矿物组成
以Bushveld岩体为例（Eales ＆Cawthorn，1996），层状超镁铁质岩的矿物组成主要包括橄榄石、斜方辉石、贫钙单斜辉石、斜长石、磁铁矿和铬铁矿等，自下部带到上部带（图6－7c），矿物化学具有规律性变化。例如，橄榄石的Fo值在下部带为83～90，临界带为77～86，上部带为35～63；斜方辉石的Mg＃在下部带为81～93，临界带为75～85，主体带为65～75，上部带为30～60；斜长石的An值在下部带为84～86，临界带为70～81，主体带为60～70，上部带为51～62。
3.结构
层状侵入体岩石的结构以各种堆晶结构常见。堆晶结构是在粗大的、相互连接的自形到半自形矿物粒间充填其他矿物的一种结构。这些粗大的矿物称为堆晶（cumulus crystal），主要是岩浆中早晶出的矿物由重力分异作用下沉到岩浆房底部的。由于结晶早，具充分的自由生长空间，因此自形程度较好。铬铁矿、橄榄石、辉石和斜长石都可分别成为堆晶矿物。堆晶矿物往往具较大的粒度，可达5mm以上。矿物间隙可由这些矿物的增生边充填，也可由粒间残余熔体结晶的其他矿物组合充填，或者两者都有。堆晶矿物间隙中充堆的矿物亦称为堆积后的晶体（postcumulus crystal），是堆晶间隙中的熔体结晶的。据堆晶间隙含量的多少及堆晶与粒间熔体相互作用程度，可将堆晶结构分为三类（图6－8）：
◎正堆晶结构（orthocumulate texture）：先结晶的堆晶矿物被后结晶的其他矿物包围。
◎中堆晶结构（mesocumulate texture）：堆晶矿物中含较多的与外界隔绝的熔体，堆积后结晶的间隙矿物含量介于10％～40％之间。
◎增生堆晶结构（adcumulate texture）：堆晶形成时具大量的粒间熔体（达50％以上），由于粒间熔体与主岩浆之间连通性好，组成交换充分，堆晶可继续生长，使粒间熔体不断减少，最终堆积后结晶的堆晶间晶体含量小于10％。
4.化学成分
层状岩体在化学成分上属富碱的铁质系列（M/F ＜2，M/F＝MgO/（FeO＋2Fe2O3＋MnO＋NiO），分子数比）。与其他类型杂岩体相比，总成分偏基性，以辉长质为主体，岩体常常具有接触变质带。以Bushveld岩体为例，其超镁铁质岩主要为方辉橄榄岩和辉石岩，其橄榄岩具有低SiO2（～43.75％）、TiO2（～0.15％）和Na2O＋K2O（～40.51％）含量，而具有高Fe2O3（～15.76％）和MgO（～33.45％）特征，而辉石岩则具有较高的SiO2（～52.93％）和较低的MgO（～24.33％）含量（Eales ＆ Cawthorn，1996）。微量元素具有一定规律性，如Cr和Ni等成矿元素具有下部富集上部亏损的特点（辉石岩中Cr含量高达（2000～4000）×10－6，橄榄岩中Ni含量高达1500×10－6），而Zr则为下部亏损上部富集，Rb则几乎不变。我国华北地台北缘、攀西地区等也发育该类岩体，与该类杂岩体有关的矿床主要为钒钛磁铁矿、铬铁矿、磷灰石矿、铂族和铜镍矿（王玉往，2006）。在Bushveld层状岩体内，主要有三种矿床，第一种为铬铁矿，分布在岩体中的12层铬铁岩内，每层厚度约1m；第二种为磁铁矿，分布在岩体顶部的多层磁铁矿岩内，最大厚度达2m；第三种为铂族元素矿床，分布在辉石岩层内（McCarthy ＆ Rubisge，2005）。
图6－8 堆晶结构（据Blatt et al.，1995）堆晶为斜长石，填隙物为其他矿物
图6－9 阿拉斯加Union海湾环状超镁铁质岩体的平面与垂直剖面图（据Eyuboglu et al.，2010）
（二）环状镁铁质－超镁铁质杂岩体
1.野外产状
该类岩体常常具有环带状分布，中心为超镁铁质岩（图6－9）。岩体呈同心带状，直径可达1～10km，沿一定构造方向成群分布。按照岩石形成的构造环境，可划分为狭义的阿拉斯加型岩体和广义的环状、似环状杂岩体。狭义的阿拉斯加型岩体是指同期岩浆作用形成的具环带构造的岩体。岩体以富铁质为特征，自内向外岩石类型依次为纯橄岩、异剥橄榄岩、橄榄单斜辉石岩、单斜辉石岩、角闪辉石岩和辉长岩，各相带之间为渐变关系，如著名的阿拉斯加环状杂岩体和加拿大Turnagain岩体。广义的环状、似环状杂岩体指同心式、似同心式镁铁－超镁铁质杂岩体，一般产于稳定地块及边缘，也可产于造山带（如新疆喀拉通克、黄山矿带等），形成几百至上千平方千米的岩盆（如加拿大的Sudbury岩盆），该类杂岩体主要产有（铂）铜镍硫化物矿床。
2.矿物组成
阿拉斯加型超镁铁质岩的矿物组合具有一定的特征，自核部（纯橄岩）向外，橄榄石的铁含量增加，Fo值逐渐降低，如加拿大Turnagain岩体的内部纯橄岩Fo89～92.5——中部异剥橄榄岩Fo85～90——外部橄榄单斜辉石岩Fo85～87。典型的阿拉斯加型环状岩体中不会出现斜方辉石，而仅出现富铝透辉石，在岩体边缘相中会出现角闪石和少量斜长石，在辉石岩中还出现丰富的磁铁矿和钛铁矿，磁铁矿经常稳定在5％～20％。角闪石与正常火成岩相比含具有高Al2O3和低SiO2特征。
3.结构构造
岩体发育韵律层理。除了堆晶结构外，还常见嵌晶结构、包含结构和反应边结构，一般认为是基性岩浆深部分异和多次侵入的结果。
4.化学成分
自纯橄岩、异剥辉石橄榄岩到橄榄单斜辉石岩，其主量元素具有一定变化，例如MgO含量逐渐降低（43.20％→38.50％→18.00％），Mg＃也具有降低的趋势（96→94→89），而SiO2和CaO含量则逐渐增加（SiO2：35.60％→37.30％→50.80％；CaO：0.23％→2.81％→0.70％）。稀土元素组成受到橄榄石、单斜辉石和角闪石等矿物结晶分异影响，如纯橄岩主要由90％以上的橄榄石组成，其稀土总量非常低，约为球粒陨石的0.03～0.9，稀土分配型式为平坦型。而橄榄单斜辉石岩和单斜辉石岩等由于辉石等矿物含量的增加，其稀土总量也显著增加，约为球粒陨石的5～20倍，且分配型式为上凸型。而金云母橄榄岩则为右倾型稀土分配型式，具有明显的轻稀土富集特性，这与其金云母等粒间矿物有关（Himmelberg ＆ Loney，1995）。
5.岩石成因
对于环状超镁铁质岩石的成因，Carmichael et al.（1974）曾作过总结，他们认为，深部首先产生拉斑玄武质岩浆，然后产生超镁铁质岩浆，前者形成苏长辉长岩类，在矿物学和地球化学上与后者无关，而超镁铁质岩浆则在岩体中心按照液相线温度增加的次序，形成辉石岩、异剥辉石岩和纯橄岩等。其中，单斜辉石的Al2O3含量具有随着分异过程逐渐增加的趋势，表明岩浆结晶分异过程是在逐渐富水的类似岛弧的环境下发生，这也可以从异剥辉石橄榄岩和单斜辉石岩中出现金云母和角闪石等富水矿物得到证实（Himmelberg ＆ Loney，1995）。因此，阿拉斯加型环状岩体主要在活动大陆边缘或与俯冲带有关的环境中发育。