地幔发生部分熔融时,硫化物熔体和硅酸盐熔体的分布和迁移不仅影响了地球各个地球化学圈层之间的物质循环,而且控制了岩石圈地幔中亲铜元素的地球化学行为;同时,在一定程度上为岩浆Ni-Cu-PGE硫化物矿床的形成贡献了所需的成矿物质。本论文利用高温高压实验技术、理论计算和显微层析成像等方法,并结合使用传统矿床学和地球化学手段,以中国金川超大型岩浆Ni-Cu（PGE）硫化物矿床为实例,主要研究了上地幔部分熔融过程中两相不混熔熔体（硫化物熔体和硅酸盐熔体）的分布状态和迁移机制,及其对岩石圈地幔再富集过程的贡献,探索了岩浆硫化物矿床形成的深部地质过程及其微观成矿机制。中国金川Ni-Cu（PGE）硫化物矿床是世界第三大在采Ni矿床,近年来国内外地质学家对金川岩体及其赋存矿体的矿物学、岩石学、地球化学以及成岩成矿机制等方面开展了大量的研究。然而,关于岩浆硫化物矿床仍然存在一些科学问题具有较大争议,本论文主要针对下列两个重要的问题开展相关研究:（1）金属硫化物和硅酸盐熔体在成矿源区中具有怎样的分布状态和迁移机制?（2）金川矿床的硫是否存在地壳来源?在总结前人研究的基础之上,本研究选取金川矿床不同类型的代表性矿石样品,利用Nano SIMS对该矿床主要硫化物的硫同位素开展相关原位微区分析,得到其海绵陨铁状矿石的硫同位素值(δ³⁴S)主要集中在-4.5‰～2.7‰范围内,显示了地幔硫同位素的特征。热液矿石中硫化物的δ³⁴S值具有明显的正偏特点（均值～2.05‰）,而热液改造型矿石则显示负偏特点（均值～-3.27‰）,两者硫同位素值具有明显的互补特征,说明后期热液作用可能更易携带重硫同位素(³⁴S)迁移。虽然岩浆型矿石的硫同位素可能经历了岩浆均一化作用,遮盖了地壳硫同位素的特征,但是,在金川矿区和周边地区未发现明显的含硫地层,因此,金川矿床的硫可能主要来源于地幔。那么,对于金川矿床这样存在巨量硫化物堆积的地质体,在没有地壳硫加入的情况下,其下岩石圈地幔（成矿源区）经历了怎样的地质过程才能导致硫化物在金川矿床中如此高效率的聚集?为了探索这个问题,本研究使用合成地幔岩/橄榄石、金属硫化物和玄武质熔体等初始物质在0.5-1.5 GPa和600-1300℃条件下分别进行了三个系列的高温高压实验,即静态部分熔融实验、动态实验和分层反应实验,系统地研究了在部分熔融地幔中两相不混熔熔体的分布状态和迁移驱动力。在静态条件下,通过分析实验产物的二维和三维熔体分布特征可知,硅酸盐熔体主要沿着固体矿物颗粒边界分布,而体系中具有各向异性界面能的多相硅酸盐矿物的存在导致硅酸盐熔体形成了被熔体通道断点断开的局部互相连通的熔体网络;根据理论计算可知,熔体通道最窄处的尺寸约为～0.3μm;随着实验温度从1200°C升高到1250°C,硅酸盐熔体分数则从～7.87±0.19 vol%（PC185,含硫化物实验）升高到～9.17±0.13 vol%（PC226,含硫化物实验）,而硅酸盐熔体在硅酸盐矿物基质中的二面角则从～19.3-21.3°（95%置信区间）降低至～13.7-15.5°（95%置信区间）;同时,在三维熔体网络中,节点配位数N=3和4的累计频率从～23.1±1.4%增加至～26.5±1.5%;这些均表明随实验温度的增加,体系中硅酸盐熔体网络的连通性和渗透性均增加。局部互相连通的硅酸盐熔体网络致使理论计算得到的熔体渗透性(k～10^-14-10^-16 m²)和迁移速度（v～0.7-11.1μm/day）只能应用于单个完全连通的熔体通道中。在无硅酸盐熔体条件下,金属硫化物熔体（<3.77 vol%）在硅酸盐矿物基质中形成了孤立的熔体囊,且具有大的二面角（～91.5-101.3°,95%置信区间）;然而,当硅酸盐熔体出现之后,硫化物熔体形成液滴状熔体球被硅酸盐熔体包裹,产于熔体三联点或者熔体囊中,而且由于受到硅酸盐熔体通道最小维度（～0.3μm）和熔体通道断点的限制,在部分熔融体系中,高表面张力的硫化物熔体通常被困在体系内不能随硅酸盐熔体的孔隙流动而迁移。与之相比,动态变形实验中,在大应变量的剪切应力作用下,硅酸盐熔体和初始“被搁浅”的硫化物熔体均被拉长且相间分布,形成了大量与剪切方向呈小角度夹角（～14.3±4.5°）且对向剪切方向延长的富熔体条带（长度可达几百微米）;精细的显微结构分析可以观察到硅酸盐熔体打开了一定方向的硅酸盐矿物颗粒的界面,为硫化物熔体的高效迁移提供了通道;此外,还有少量单独由拉长的硫化物熔体组成的熔体条带,这些条带具有与剪切方向更大的夹角（～29.9±3.6°）;这些均表明体系中出现硅酸盐熔体之后,含硫化物的部分熔融岩石对于剪切应力的响应类似于部分熔融的硅酸盐体系,也就是说,硅酸盐熔体的出现控制了这些由两相不混熔熔体组成的富熔体条带。在差异应力驱动下,这些被硅酸盐熔体打开的矿物颗粒界面为硫化物熔体的迁移提供了高孔隙度通道;根据简单体系的两相流动理论可知沿着这些富熔体条带的方向,硫化物熔体具有非常高的迁移速度（>475.2-990.0μm/day）,外推至天然条件,一定大小的硫化物液滴（>毫米尺度）可以沿着这些富熔体条带高速迁移,进而使岩石圈地幔富集相应的亲铜元素;因此,差异应力是一种高效的驱动硫化物熔体迁移的驱动力。除了差异应力之外,部分熔融体系内部通常也会受到气体相的浮力以及熔体相与周围固体相反应化学势的驱动,所以分层反应实验的主要目的是探索在部分熔融岩石中,反应渗透不稳定性和气泡浮选对硫化物熔体迁移的贡献。反应渗透不稳定性是指在部分熔体体系中,熔岩反应和熔体流动之间的正反馈能够驱动硅酸盐熔体发生通道化迁移的一种驱动力。当反应时间增加到～72h时,分层反应实验的上部样品中能够观察到更多的树枝状熔体通道（～21个熔体通道,最长长度约～420μm）和硫化物熔体（最大粒径约～10.7μm）,且硫化物液滴的分布与硅酸盐熔体通道的产状近似一致;理论计算可知,硅酸盐熔体在熔体通道中的迁移速度（～0.09μm/s）比基质中的孔隙流动速度(～10^-4μm/s)高约两个数量级,而下部熔体源区中一定大小（<10.7μm）的硫化物液滴可以在这个高的迁移速度作用下,被硅酸盐熔体携带进入熔体通道中。然而,当恒温时间继续增加到～96h时,上部样品中只能观察到熔体通道闭合之后留下的痕迹,而硫化物的含量基本保持不变。理论计算可知,实验体系具有高的Da值（2.44*10⁴-1.15*10⁵>10³）和低的Pe值（0.66-1.63<10）,表明相对于熔体迁移速率,体系具有较高的熔岩反应和熔体扩散速率,也就是说,体系的反应渗透不稳定性被抑制,所以只有当下部熔体源区中存在足够量的可与硅酸盐矿物反应的熔体时,体系的反应渗透不稳定性才会被提高,上部样品中的熔体通道就会保持打开,而更多的硫化物熔体也会随着高速迁移的硅酸盐熔体被携带进入熔体通道中。当体系中出现气体相时,低压条件（0.5 GPa）,在反应渗透不稳定性驱动下,硅酸盐熔体形成了局部互相连通的熔体通道;而理论分析和实验观察均表明气体相会优先吸附在硫化物熔体球表面,形成了气泡-硫化物集合体（具有大的气泡-硫化物加湿角～99.7-101.4°,90%置信区间）;显然,气泡-硫化物集合体的密度低于单独的硫化物液滴,有利于更大的硫化物熔体向上迁移。根据系统的实验研究可知,更长的恒温时间、更高的反应温度和挥发分含量均有助于形成更多的气泡-硫化物集合体,进而促进更多更大的硫化物熔体随硅酸盐熔体向着熔体通道内迁移。所以,反应渗透不稳定性和气泡浮选也是有效的促进硫化物熔体物理迁移的驱动力。由于构造稳定的地质条件下更有利于气泡-硫化物集合体的保存,所以对于产在构造活跃的大陆裂谷背景条件下的金川矿床来说,差异应力和反应渗透不稳定性对成矿物质的迁移和萃取的贡献会大于气体浮选。综上所述,硫化物熔体在差异应力、反应渗透不稳定性和气泡浮选三种驱动力的作用下能够发生高效率的迁移和萃取,有助于亏损岩石圈地幔的再富集,进而使镍和铜等成矿元素在深部成矿源区中发生预富集,为岩浆硫化物矿床的形成提供了物质基础,这可能就是导致金川岩体中巨量硫化物堆积的第一步。本成果为进一步认识和理解岩浆硫化物矿床的成因提供了实验成矿学方面的依据,从而从高温高压成矿实验角度,阐明了该类型矿床的深部成矿过程以及金属矿化富集的机制。