贱金属硫化物中铂族元素赋存状态的聚焦离子束-扫描电镜-透射电镜研究-以世界级金川铜镍硫化物矿床为例

Differenciation of platinum-group element (PGE) is important evidence for study of fractionation of sulfide liquid. Studies of ion microprobe, accelerator mass spectrometry or LA-ICPMS have indicated that PGE not only form minerals but also are hosted in base metal sulfides. However, whether or not PGE occur as isomorph elements or micron-nanometer particles in the base metal sulfides and if they always accompany with semi-metal elements are still unknown. Thus, it is very difficult to make an insight on micromechanism of PGE differentiation during the sulfide liquid fractionation. In recent years, to analyze occurrence and coupling of trace elements in hosting minerals using transmission electron microscope due to successfully used of focused ion beam to prepare site-specific foil. The aims of this project are to reveal the occurrences and micromechanism of PGE differentiation during sulfide melt fractionation. This study is based on measurements of the concentrations and occurrences of PGE and semi-metal elements in the base metal sulfide in various sulfide ores in the Jinchuan Ni-Cu sulfide deposit, using focused ion beam - scanning electron microscope - transmission electron microscopy coupling technique, combine with LA-ICPMS analysis, to reveal the microcosmic mechanism of PGE differentiation during fractionation of the sulfide liquid.

铂族元素(PGE)分异是硫化物熔浆分离结晶过程示踪研究的重要线索。国内外若干矿床离子探针、加速器质谱、激光等离子质谱等研究表明，PGE不仅形成铂族元素矿物，也大量赋存于贱金属硫化物中。但因上述原位分析技术束斑大小或检出限的限制，贱金属硫化物中PGE的存在形式究竟是类质同象还是微米-纳米级矿物颗粒？是否总与半金属元素伴生？这些问题并不清楚，限制了对硫化物熔浆分离结晶过程中PGE分异微观机理的深入分析。近年来，聚焦离子束可视原位超薄切片技术的应用，使得矿物晶体中微量元素赋存状态以及耦合关系的透射电镜分析变得更加容易。本项目旨在对金川铜镍矿床PGE宏观分异研究的基础上，借助聚焦离子束-扫描电镜-透射电镜联用技术，结合激光等离子质谱分析，通过对不同矿石类型中主要贱金属硫化物的PGE和半金属元素含量、赋存状态及其耦合关系和控制因素的研究，揭示硫化物熔浆分离结晶过程中PGE的存在形式和分异的微观机理。

现有岩浆硫化物熔体分异理论的基本假设是铂族元素(PGE)进入多硫化物固溶体，没有考虑铂族矿物的影响。然而，PGE不仅赋存于贱金属硫化物中，也形成了200多种独立矿物。但由于旧的原位分析技术分辨率及检出限的限制，贱金属硫化物中PGE究竟是类质同象还是微米-纳米级矿物颗粒？与哪些元素伴生？受什么因素影响？并不清楚，限制了对硫化物熔浆分离结晶过程中PGE分异微观机理的深入分析。.本项目在国内率先建立了贱金属硫化物PGE及半金属元素含量LA-ICPMS原位分析方法，结合聚焦离子束可视原位超薄切片技术，进行多种技术的集成，成功建立了EPMA-SEM-LA-ICPMS-FIB-TEM多技术联用方法，为分析矿物晶体中微量金属元素赋存状态提供了新的有效途径。.运用上述多技术联用方法，对我国金川、杨柳坪，俄罗斯Noril’sk岩浆硫化物矿床PGE在各种磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿中的含量和比例进行了定量分析，对铂族元素矿物的种类、形态、分布进行了系统观察。首次阐明了硫化物熔体中PGE并非离子态，而是以PGE-半金属元素配合物形式存在；这是铂族元素矿物可以较早结晶的基础。因此，硫化物熔体的物理化学条件及其中半金属元素的种类、含量对PGE行为都有重要影响。其中氧逸度通过改变半金属元素的价态，影响PGE-半金属元素配合物的形成，从而控制铂族元素矿物的形成以及PGE在贱金属硫化物中的分配。.运用上述多技术联用方法对中国贵州和美国内华达卡林型金矿床Au的赋存状态进行了精细研究。结果表明含砷黄铁矿中广泛存在富金区域，但纳米Au颗粒及其罕见，因此，金主要赋存在含砷黄铁矿晶格中。提出了成矿新模式：成矿流体中Au是以Au(HS)21-和Au(HS)0等配合物形式迁移，当遇到富Fe质的岩石，如含Fe碳酸盐时，这些配合物分解形成黄铁矿，Au随即卸载进入黄铁矿晶格。含砷黄铁矿中Au的纳米颗粒与Au含量无关，是成矿后热事件导致的黄铁矿晶格退火形成的。.发表国际SCI文章6篇，中文核心期刊文章3篇，超额完成计划任务。