布什维尔德铂族元素矿床:铂族矿物赋存状态及其成因

总结南非布什维尔德杂岩体中Merensky Reef(简称MR矿层)和Platreef(简称PR接触带)两类铂族元素矿床的矿床地质、矿化特征以及铂族元素的赋存状态。MR矿床是典型的层状铂族元素(PGE)矿床,在杂岩体东部和西部发育,PGE总含量稳定,赋存在堆晶间隙硫化物中,常以PGE硫化物的形式产出。PR接触带型矿化集中在杂岩体北段,整体上不连续,各个矿床的具体特征由于底盘岩性的多变而不同,PGE主要赋存在碲化物和砷化物等半金属化合物中,可以脱离硫化物产在硅酸盐矿物中。相关的实验研究显示,PGE在岩浆结晶过程中发生分异,Pd/Ir比值体现了硫化物的分异程度;Pd比Pt更容易被氧化以及在热液中迁移,Pt/Pd比值体现了混染和热液的作用,这些因素造成了PR接触带与MR矿层中PGE赋存状态的差异。岩浆可能在侵入之前已经达到了硫饱和,岩浆房的压力变化和岩浆通道对于PGE的富集有重要意义,热液流体可以对已经形成的PGE矿化进行改造。     

云南东川奚家坪玄武岩的铂族元素地球化学

为了研究云南东川奚家坪地区玄武岩的铂族元素地球化学特征,本文以奚家坪微量元素和铂族元素的实验数据为基础,首先分析了微量元素和PGE的组成特征及变化趋势,然后以此为依据进行了奚家坪玄武岩部分熔融、硫饱和程度及其对硫化物PGE矿床成矿作用的讨论.最后认为奚家坪玄武岩形成于较低程度的地幔部分熔融(熔融程度约10％),玄武岩中PGE的含量偏低是因为在结晶分异过程中Pd,Pt和Ir进入硫化物矿物相中,随硫化物分异离开了熔体,分异的硫化物可能在岩浆通道附近形成富集PGE的矿床.     

亲铜元素的地球化学行为研究进展及其在岩浆硫化物矿床中的应用

亲铜元素在岩浆演化和硫化物熔离过程中的行为是解释岩浆硫化物矿床形成过程的一个窗口,通过实验研究来探讨亲铜元素的地球化学行为,并用于岩浆硫化物矿床的定量化研究是此类矿床今后的一个发展方向。本文总结了硫和亲铜元素在岩浆演化过程中的行为规律,并阐明了在岩浆硫化物矿床中的应用,在如下五个方面分别做了讨论：① 通过实验对玄武质岩浆中S溶解度的研究,总结出引起硫化物饱和的4个控制因素: 岩浆混合、温度迅速降低、壳源混染、快速的结晶分异作用;② 通过Ni在橄榄石和硅酸盐熔浆中的分配,定量模拟了岩浆演化过程中,橄榄石中的Ni含量随着橄榄石成分（Fo）变化的规律;③ 总结了Ni—Cu—PGE—Au在液态硫化物和硅酸盐岩浆中的分配系数,总结了控制分配系数的因素,并探讨了“R因素”对亲铜元素富集的控制机理;④ 橄榄石被硫化物包围时,与硫化物发生交换反应,通过交换反应系数（KD）可以定量估算硫化物熔浆中Ni的含量;⑤ 通过实验得出的亲铜元素在单硫化物固溶体（MSS）和液态硫化物之间的分配,总结了岩浆铜镍硫化物矿床中的分带现象。最后探讨了岩浆硫化物矿床存在的问题和发展方向。     

中国西部典型岩浆铂族元素矿床超常富集成矿机制

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(platinum group elements, PGE)岩浆矿床,华北克拉通新元古代金川镍铜铂族硫化物矿床、峨眉山二叠纪大火成岩省金宝山铂族元素矿床等记录了不同构造环境幔源岩浆PGE超常富集成矿过程。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。华北-华南克拉通岩石圈地幔PGE含量均略高于原始地幔值;华北克拉通岩石圈地幔PGE含量从古生代到中新生代略有降低,表明存在PGE抽取岩浆事件。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,其控制因素及动力学背景的认识对查明PGE成矿潜力和拓展资源储量具有重要意义。     

铂族元素矿床的主要类型、成矿作用及研究展望

铂族元素(PGE)矿床的研究在过去几十年取得了重要的进展.它可以赋存于不同的岩石类型、形成于不同的时代.内生PGE矿床与不同的岩浆类型及热液活动有关.由于铂族元素特殊的化学性质,比较稳定且难熔于普通的酸、碱等,故铂族元素成矿具有特殊性.PGE矿床可划分为岩浆型、热液型、火山块状硫化物型(VMS)和外生型四大类型.岩浆型又可分为铜镍硫化物型、铬铁矿型和磁铁矿型,热液型主要有斑岩型和夕卡岩型,外生型包括黑色页岩型和砂铂矿型.本文讨论了各岩浆演化过程中:(i)硅酸盐和氧化物的分异,(ii)富Fe矿物(橄榄石、辉石、磁铁矿、铬铁矿)的分异,(iii)岩浆的混染,(iv)不同成分、硫不饱和的岩浆的混合等,都可以导致岩浆中硫达到饱和,一旦形成不混熔硫化物熔体,硫化物富集,将形成有经济价值的PGE矿床.同时,成矿还受温度、Ni和Cu含量、体系中其它组分和硫逸度的控制.岩浆后期的热液蚀变会改变PGE的含量和品位,但典型的铂矿床一般没有遭受热液蚀变作用的显著影响.本文指出了铂族元素矿床研究存在的主要问题.如PGE矿床的物质来源、PGE演化过程中的分配规律、铂族元素矿物(PGM)的赋存状态,并对以后的发展前景做了展望,指出西藏(蛇绿岩套铬铁矿亚类和俯冲增生弧斑岩型Cu-Au矿)和新疆(碰撞后二叠纪岩浆Cu-Nj硫化物型和黑色页岩型)是我国寻找PGE矿床的最有利地区.     

铜、镍、铂族元素地球化学性质及其在幔源岩浆起源、演化和岩浆硫化物矿床研究中的意义

Ni、Cu和PGE具有不同于其他微量元素的特殊的地球化学性质,这些特殊的性质使得它们在幔源岩浆起源和演化以及岩浆硫化物矿床的成因研究中具有不可替代的作用。在S不饱和的条件下,Ni、Os、Ir和Ru具有相容元素的特性,而Cu和Pd是强不相容元素,因此,它们在玄武岩浆分离结晶过程中常常发生分异。一旦体系达到S饱和,这些元素则会强烈地进入硫化物熔浆,特别是PGE具有极高的硫化物熔浆/硅酸盐熔浆分配系数,极微量的硫化物熔离便可导致残余岩浆中PGE的显著亏损,因此,PGE是玄武岩浆硫化物熔离作用最敏感的示踪元素。硫化物熔离和成矿实质上是幔源岩浆特殊演化过程的结果,所以,Ni,Cu和PGE的特殊性质可用来探讨岩浆硫化物成矿的关键控制因素。Ni、Cu和PGE具有不同的单硫化物固溶体/硫化物熔浆分配系数,因此,它们也是硫化物熔浆结晶分异的重要示踪元素。本文试图从Ni、Cu和PGE地球化学性质和行为入手,并借助一些研究实例,对它们在幔源岩浆起源和演化以及岩浆硫化物矿床成因研究中的示踪意义进行系统介绍。     

多次熔离对岩浆硫化物矿床Cu、Ni和PGE组成的控制——以峨眉火成岩省典型矿床为例

岩浆铜镍硫化物矿床是目前Ni和铂族元素(PGE)的主要来源,然而,不同矿床Cu、Ni和PGE的品位和比例却往往存在较大的变化,但关键控制因素远未弄清.     

镁铁—超镁铁质岩浆中铂族元素的富集机理：综述与实例

目前陆地上可利用的铂族元素(PGE)资源主要来自与镁铁—超镁铁质岩浆密切相关的岩浆硫化物矿床。岩浆硫化物矿床成矿理论关注的一个重要问题就是镁铁—超镁铁质岩浆中PGE的富集机理。经典成矿理论认为,由于PGE在平衡的硫化物熔体与硅酸盐熔体之间具有极高的分配系数(105～106),PGE富集成矿主要与成矿体系中硅酸盐熔体与硫化物熔体的质量比有关(R-factor)。但是近些年来,许多新的实验岩石学结果和天然矿石样品纳米尺度PGE赋存状态的观测结果对这一经典理论提出了挑战。本文列举了一些相关的研究实例,显示硅酸盐熔体中的PGE纳米颗粒可以被硫化物或铬铁矿机械捕获、并通过定向附着生长、聚集、粗化和融合,最终形成纳米颗粒集合体和纳米合金。另外,岩浆中半金属元素(TABS,即Te、As、Bi、Sb、Sn)和Se可以与PGE优先形成各种互化物,从而富集于砷化物、铋化物、碲化物或硒化物中,而非硫化物中。因此,镁铁—超镁铁质岩浆体系中PGE的富集可能不仅受其在硫化物熔体中极高的分配系数控制,一些物理过程导致的PGE分配以及半金属元素对PGE的富集作用也不容忽视。由于矿石中的铂族矿物一般为纳—微米级,采用聚...     

我国首例与俄罗斯Noril'sk-Talnakh类似的岩浆铜镍硫化物矿床——四川丹巴杨柳坪矿床

与大陆溢流玄武岩有关的Cu-Ni-(PGE)硫化物矿床,是指形成于与大陆溢流玄武岩同源的镁铁-超镁铁侵入体中的岩浆硫化物矿床,是目前镍和铂族元素最重要的来源之一.典型代表是与俄罗斯西伯利亚暗色岩有关的Noril'sk-Talnakh矿床,其镍储量世界第一,铂族元素储量仅次于南非Bushveld[1].研究表明底部成矿的Noril'sk和Talnakh岩席是岩浆通道,大量硫不饱合的玄武岩浆随着玄武岩浆分离结晶,尤其是围岩硫的混入而逐渐达到硫饱和,从而使Cu、Ni和PGE这些具有很高硫化物熔体/硅酸盐熔体分配系数的元素进入硫化物熔体,并从玄武岩质岩浆中分离出来形成巨大的矿体,残余岩浆喷出形成玄武岩或形成新的不含矿岩体[2].     

金川超大型铜镍硫化物矿床的铂族元素地球化学特征

对金川超大型铜镍岩浆硫化物矿床岩石、矿石的铂族元素地球化学特征研究表明 ,金川岩体的平均Cu/Pd值远大于原生地幔岩浆的Cu/Pd值 ,说明其岩石为因硫化物析离而失去Pd的岩浆所结晶 ;且岩石的PGE具有部分熔融趋势 ,与地幔橄榄岩接近 ,这些均指示存在岩浆熔离作用。该矿床岩石、矿石的PGE球粒陨石标准化分布模式比较对应 ,均可分为两种类型 ,反映了岩浆多次侵入、熔离分异同时成岩成矿的特征。另外 ,PGE S关系分析表明其成岩成矿过程中有少量地壳物质混染。PGE地球化学特征参数还指示了其高镁拉斑玄武质母岩浆的性质。     

Geochemical exploration for platinum-group elements in the Bushveld Complex, South Africa

Analyses of stream sediment and soil samples from the Bushveld Complex, South Africa have revealed enhanced precious metal concentrations, which can be related both to mining activities and the presence of hidden concentrations of platinum-group elements (PGEs) and gold. The economically important PGE deposits hosted by the Upper Critical Zone of the Rustenburg Layered Suite are revealed by a high PGE and Au content in the overlying soils. A second zone of elevated precious metal concentrations straddles the boundary between the Main and Upper Zones and has to date been traced for more than 100 km. This zone follows the igneous layering of the Rustenburg Layered Suite and is offset by the Brits Graben. It is therefore thought to be the reflection of a magmatic PGE-Au mineralisation. Received: 31 May 1996 / Accepted: 7 January 1997     

非洲铂族金属矿产资源禀赋特征、成矿潜力及开发利用

铂族元素（Platinum group elements,PGEs）作为地壳最稀缺的一类金属元素,是重要的战略性矿产资源,与金一样,具有经济和科技双重的功能。非洲铂族金属矿产资源丰富且高度集中,占世界资源量> 80 %,主要集中在南非和津巴布韦。本文在前人研究基础上,对非洲PGEs矿床主要成矿类型、时空分布特点和开发利用现状进行了总结,研究认为：（1）非洲大型-超大型PGEs矿床成因类型主要为岩浆型,在时空上与世界级铁质-镁铁质大火成岩省（南非布什维尔德和津巴布韦大岩墙）密切相关,可细化分为脉状铜镍硫化物型、整合接触型铜镍硫化物型、脉状铬铁矿型和钒钛磁铁矿型。依据区域构造演化及其所产出的矿化特征,认为以铁质-镁铁质岩有关的岩浆型矿床仍具有较大的找矿潜力。(2)非洲铂族金属矿产勘查开发程度相对较高,近十年是全球勘查资金投入最多的地区,同时也是世界第一大Pt生产地和第二大Pd生产地。从事勘查开发的主要为世界顶级PGEs矿业寡头。（3）非洲是全球一次性铂族金属矿产品主要供应国,主要出口至美国、日本、中国、德国和英国。加强与南非、津巴布韦等国家之间的合作,保障PGEs资源供应的安全对我国尤为重要。     

Chalcophile element partitioning between sulfide phases and hydrous mantle melt: Applications to mantle melting and the formation of ore deposits

Understanding the geochemical behavior of chalcophile elements in magmatic processes is hindered by the limited partition coefficients between sulfide phases and silicate melt, in particular at conditions relevant to partial melting of the hydrated, metasomatized upper mantle. In this study, the partitioning of elements Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Ag, and Pb between sulfide liquid, monosulfide solid solution (MSS), and hydrous mantle melt has been investigated at 1200 °C/1.5 GPa and oxygen fugacity ranging from FMQ−2 to FMQ+1 in a piston-cylinder apparatus. The determined partition coefficients between sulfide liquid and hydrous mantle melt are: 750–1500 for Cu; 600–1200 for Ni; 35–42 for Co; 35–53 for Pb; and 1–2 for Zn, As, and Mo. The partition coefficients between MSS and hydrous mantle melt are: 380–500 for Cu; 520–750 for Ni; ∼50 for Co; <0.5 for Zn; 0.3–6 for Pb; 0.1–2 for As; 1–2 for Mo; and >34 for Ag. The variation of the data is primarily due to differences in oxygen fugacity. These partitioning data in conjunction with previous data are applied to partial melting of the upper mantle and the formation of magmatic-hydrothermal Cu–Au deposits and magmatic sulfide deposits.I show that the metasomatized arc mantle may no longer contain sulfide after >10–14% melt extraction but is still capable of producing the Cu concentrations in the primitive arc basalts, and that the comparable Cu concentrations in primitive arc basalts and in MORB do not necessarily imply similar oxidation states in their source regions.Previous models proposed for producing Cu- and/or Au-rich magmas have been reassessed, with the conclusions summarized as follows. (1) Partial melting of the oxidized (fO₂ > FMQ), metasomatized arc mantle with sulfide exhaustion at degrees >10–14% may not generate Cu-rich, primitive arc basalts. (2) Partial melting of sulfide-bearing cumulates in the root of thickened lower continental crust or lithospheric mantle does not typically generate Cu- and/or Au-rich magmas, but they do have equivalent potential as normal arc magmas in forming magmatic-hydrothermal Cu–Au deposits in terms of their Cu–Au contents. (3) It is not clear whether partial melting of subducting metabasalts generates Cu-rich adakitic magmas, however adakitic magmas may extract Cu and Au via interaction with mantle peridotite. Furthermore, partial melting of sulfide-bearing cumulates in the deep oceanic crust may be able to generate Cu- and Au-rich magmas. (4) The stabilization of MSS during partial melting may explain the genetic link between Au-Cu mineralization and the metasomatized lithospheric mantle.The chalcophile element tonnage, ratio, and distribution in magmatic sulfide deposits depend on a series of factors. This study reveals that oxygen fugacity also plays an important role in controlling Cu and Ni tonnage and Cu/Ni ratio in magmatic sulfide deposits. Cobalt, Zn, As, Sn, Sb, Mo, Ag, Pb, and Bi concentrations and their ratios in sulfide, due to their different partitioning behavior between sulfide liquid and MSS, can be useful indices for the distribution of platinum-group elements and Au in magmatic sulfide deposits.     

新疆北部幔源岩浆矿床的类型、时空分布及成矿谱系

新疆北部与幔源岩浆有关的矿床种类齐全,成矿环境复杂,时代和类型繁多,在中国乃至世界颇具特色。主要矿床类型包括铬铁矿矿床、钒钛磁铁矿矿床、铜镍硫化物矿床、铂族元素(PGE)矿床、铜镍-钒钛铁复合型矿床、含钴磁铁矿矿床、玄武岩自然铜矿床、热液型钴-多金属矿床,以及非金属矿床等。按照含矿地质体的类型,可分为6种类型:蛇绿岩型、层状杂岩型、小侵入体型、阿拉斯加型、浅成岩型和喷出岩型。这些幔源岩浆矿床可划分为3个成岩成矿系列:铜镍系列、钛铁系列和铬铁系列。钛铁系列以碱性层状岩体型钒钛磁铁矿、铁磷矿为代表,岩石具有明显的富Fe特征,属于碱性富铁质的高钛玄武岩系列;铜镍系列以小侵入体型铜镍矿、阿拉斯加型铜镍-PGE矿为代表,岩石属于铁质的拉斑玄武岩-钙碱性系列;铬铁系列主要为蛇绿岩型铬铁矿,岩石具富Mg贫Fe特征,属于镁质系列。3个系列的岩浆都具有亏损地幔源特征,可能都与地幔柱活动有关;岩浆源区富含相应的成矿元素,是形成3个系列矿床相应成矿地质体的主要条件。3个系列矿床的成矿机制可分为深部熔离/岩浆分异、就地分凝、矿浆贯入、岩浆热液等过程。根据各系列矿床之间存在的紧密联系,建立了与幔源岩浆作用有关的3个系列矿床综合模式: 亏损地幔部分熔融产生的幔源岩浆在上升过程中发生熔离/分异,分离为3个系列,由于外部物质加入在地壳深部发生分异和熔离,在不同深度富集形成铬铁矿、钒钛磁铁矿和铜镍硫化物矿床,临近地表时流体富集和分离成含矿流体,分别形成浅成岩型磁铁矿和喷出岩型自然铜矿。新疆北部各类幔源岩浆矿床从早到晚主要产于3期构造阶段/构造类型: 大陆裂解期、板块俯冲期、碰撞/后碰撞造山期(又分3个阶段: 碰撞后伸展阶段、幔柱叠加造山阶段、后碰撞结束阶段)。     

晚二叠世峨眉山地幔柱岩浆成矿作用

晚二叠世峨眉山地幔柱岩浆作用同时形成了Cu-Ni-PGE硫化物矿床和V-Ti-Fe氧化物矿床等不同类型的岩浆矿床。从硫化物矿床的PGE富集型、Cu-Ni-PGE富集型到Cu-Ni富集型,再到钒钛磁铁矿矿床,成矿基性-超基性岩体中基性岩石比例逐渐增加,PGE含量降低。铜镍铂族硫化物矿床具Nb和Ta负异常,岩浆流体组分含量较高,含有较高的H₂;而钒钛磁铁矿矿床具Nb、Ta和Ti正异常,Zr和Hf负异常,岩浆流体组分含量较低,含有较高的H₂O、CO₂和H₂。两类矿床强不相容元素和轻稀土元素(LREE)富集,Sr-Nd同位素组成与峨眉山玄武岩的演化趋势一致。Sr-Nd-Os-C-He同位素组成揭示岩浆上升过程中经历了不同程度的地壳混染,高钛玄武岩和钒钛磁铁矿矿床成矿岩体的地壳混染程度较低,部分低钛玄武岩和铜镍硫化物矿床存在明显的地壳混染。这两类岩浆矿床的形成与峨眉山地幔柱玄武岩浆有关,岩浆介质环境中H₂含量较高,V-Ti-Fe 氧化物矿床的形成与分离结晶、高含量的水和氧逸度的升高有关,Cu-Ni-(PGE)硫化物矿床的形成与还原性流体介质、结晶分异和地壳混染作用有关。     

斑岩铜矿中铂族元素的研究现状及展望

文章对当前国内外斑岩铜矿中铂族元素的研究现状进行了较为详细的阐述，指出研究与铂族元素矿化有关的斑岩铜矿的流体包裹体及其富集成矿过程，以及铂族元素对斑岩铜矿成矿环境，成岩岩浆的起源和成矿物质来源示踪是该领域的发展方向和前沿。