铂族元素(PGE)包括Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd六种金属元素,属战略矿产资源,主要赋存在岩浆铜镍硫化物矿床中。矿石中的PGE主要赋存于硫化物矿物内部、或是以铂族矿物(PGM)形式产出,但是,不同矿床中铂族元素在矿石中的赋存状态存在差异,造成其差异的原因及机制一直是岩浆铜镍硫化物矿床研究的主要关注问题之一。本研究选取我国金川和喀拉通克铜镍硫化物矿床作为主要研究对象,同时与南非Bushveld杂岩体中的Merensky Reef含矿层进行对比研究,以查明PGE在三种不同类型矿石中的赋存状态。在详细的岩相学观察基础上,利用扫描电镜(SEM)统计不同矿石中PGM的种类和产出特征,并利用原位激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析(LA-ICP-MS)获得矿石中硫化物的主微量元素组成,厘清了微-纳尺度PGM的成因以及PGE的行为和分布规律,获得了不同类型矿石中PGE赋存状态的新认识。(1)查明了金川矿床中岩浆和热液阶段形成的PGM的结晶顺序和形成条件金川铜镍硫化物矿床是我国最主要的PGE资源基地,其矿石经历强烈的热液蚀变作用,并产出多种PGM。主要PGM种类包括含PGE的硫砷化物(硫砷铱矿)和砷化物(砷铂矿)、Pd的铋化物、碲化物和硒化物、以及少量其他类型的铂族矿物。其中,硫砷铱矿被包裹在多种贱金属硫化物(镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿)中,表明硫砷铱矿可能结晶于早期的含As硫化物熔体,随后被包裹于硫化物熔体冷凝分异产生的单硫化物固溶体(MSS)和中间硫化物固溶体(ISS)中。大量铋钯矿(PdBi)呈微细乳滴状包裹于黄铜矿中,为晚期ISS冷凝形成黄铜矿时的出溶产物。少量铋钯矿(PdBi₂)呈不规则状充填于矿物裂隙,与次生磁铁矿脉紧密共生,并随矿石的蚀变程度增加,铋钯矿组成由PdBi逐渐向PdBi₂转变,表明部分铋钯矿(PdBi₂)为后期热液蚀变产物。铋碲钯矿和钯的硒化物则主要产出于镍黄铁矿裂隙且与次生磁铁矿紧密共生,指示热液成因。钯的硒化物的出现主要与岩浆期后酸性、高盐度、高氧逸度的富Cl^-流体对Pd的迁移和富集作用有关。因此,砷铂矿、硫砷铱矿、铋钯矿(PdBi)为岩浆成因,而大部分Pd的铋化物、碲化物和硒化物为岩浆期后热液作用的产物。(2)查明了喀拉通克矿床富铜矿石中PGM和镍黄铁矿富集Pd的原因喀拉通克铜镍硫化物矿床在矿石形成过程中经历了硫化物熔体的结晶分异作用。硫化物的Os、Ir、Ru、Rh和Pt含量普遍低于或接近检出限,只有镍黄铁矿含0.1~3.6 ppm Pd。块状矿石中的镍黄铁矿可分为三个世代,从早到晚分别为粒状镍铁矿(含1.4~3.6 ppm Pd),结状镍黄铁矿(含0.8~1.7 ppm Pd),与蠕虫状磁铁矿伴生的镍黄铁矿(含0.1~0.5 ppm Pd)。我们认为镍黄铁矿中Pd含量的变化与硫化物熔体的结晶分异有关。当硫化物熔体冷凝分异出MSS时,由于Pd对于MSS表现为不相容性,因此,倾向进入分异的富铜熔体及其冷凝形成的ISS。随着MSS冷凝镍黄铁矿首先晶出,由于Pd倾向进入镍黄铁矿的晶格替代Ni,当镍黄铁矿结晶时,ISS中的Pd会经扩散进入MSS及镍黄铁矿中。因此,镍黄铁矿的Pd含量仅与其在MSS中的结晶秦顺序有关,粒状镍黄铁矿结晶最早,所以最富Pd,而与蠕虫状磁铁矿共生的镍黄铁矿结晶最晚,所以最贫Pd。我们的研究还发现,半金属元素(TABS,Te,As,Bi,Se)在块状矿石的富铜区域并不富集。矿石中的PGM以自形-半自形碲镍铂钯矿为主,主要赋存在磁黄铁矿内部,表明半金属元素的分布和PGM的形成不受硫化物熔体结晶分异的控制。在硫化物熔体中Te和Bi可能Pd和Pt形成化合物,并随机分布在MSS和ISS中,最终在块状矿石中形成碲镍铂钯矿。因此,块状矿石中的PGM形成于MSS结晶前,Pd从ISS中扩散至MSS,导致镍黄铁矿富集Pd。(3)对比金川、喀拉通克和Merensky Reef矿层PGE分布特征,提出TABS对PGE的赋存状态及PGM形成的控制作用通过对比金川、喀拉通克和Merensky Reef中硫化物的微量元素组成,我们发现硫化物熔体中TABS的含量可影响矿石中PGE的赋存状态。在硫化物熔体演化过程中,如果早期熔体As含量较高,Pt和Ir倾向与As结合形成含As的PGM纳米颗粒,导致PGE分异;熔体中存在Te和Bi时,可与Pd和Pt形成Pt-Pd-Te-Bi纳米颗粒,并随机分布在MSS和ISS中,造成硫化物相中PGE不均匀分布。热液蚀变作用阶段,赋存于硫化物相内部的Pd、或是含Pd的PGM均可被活化迁移,与Bi、Se等结合形成新的PGM。因此,硫化物熔体中的TABS含量是影响PGE富集形成PGM的关键因素之一。As等半金属元素可与PGE结合形成PGM纳米颗粒,从而影响PGE的分配行为。源区富TABS或围岩混染作用均可能提高熔体中TABS含量,促进PGM形成,降低硫化物中的PGE含量。