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Base-metal sulfides (BMS) in magmatic Ni-Cu-PGE deposits are important carriers of platinum-group elements (PGE). The distribution and concentrations of PGE in pentlandite, pyrrhotite, chalcopyrite and pyrite were determined in samples from the mineralized proportion of four Merensky Reef and two UG2 intersections from the eastern and western Bushveld Complex. Electron microprobe analysis was used for major elements, and in situ LA-ICP-MS for trace elements (PGE, Ag and Au). Whole-rock trace element analyses were performed on representative samples to obtain mineralogical balances. Both Pt and Pd in Merensky Reef samples from the western Bushveld show a “top loaded” mineralization, mainly concentrated in the upper chromitite stringer and its immediate vicinity. Samples from the eastern Bushveld reveal more complex distribution patterns, since the concentration maxima are located in the lower and upper chromitite stringer area. In UG2 samples of the eastern and western Bushveld, the highest Pd and Pt concentrations are located in the lower and upper portion of the UG2 chromitite. In situ LA-ICP-MS analyses of PGE in sulfides reveal that pentlandite carries the highest and most distinctly elevated PGE contents, whereas pyrrhotite and chalcopyrite contain very low PGE concentrations. Pentlandite is the principal host of Pd and Rh in the ores of the Merensky Reef and UG2, being incorporated in the crystal lattice. Palladium and Rh concentrations in pentlandite reach up to 700 ppm and 130 ppm, respectively, in the Merensky Reef samples from the eastern Bushveld, and up to 1750 ppm Pd and 1000 ppm Rh in those from the western Bushveld. Only traces of Pt are found in the BMS. Pyrrhotite contains significant, though generally lower amounts of Ru, Os and Ir, but hardly any Pd or Rh. Chalcopyrite contains most of the Ag but carries extremely low PGE concentrations. In the UG2 samples, Pd and Rh in pentlandite reach up to 400 ppm and 200 ppm, respectively, in the western Bushveld and up to 1000 ppm Pd and 140 ppm Rh in the eastern Bushveld Complex. Significant amounts of Ir (150 ppm) and Ru (175 ppm) were found in the UG2 samples. Pyrrhotite contains significant amounts of Rh (100 ppm), Os (70 ppm) and Ru (200 ppm). Chalcopyrite contains very low PGE concentrations, although maximum Pt concentrations of 20 ppm were detected. Mass balance calculations performed on the Merensky Reef samples reveal that in general, pentlandite in the feldspathic pyroxenite and the pegmatoidal pyroxenite hosts up to 100 % of the Pd and Rh and smaller amounts (10-40 %) of the Os, Ir and Ru. Pyrrhotite and chalcopyrite usually contain less than 10 % of the whole-rock PGE. The remaining PGE concentrations, and especially most of the Pt (up to 100 %), are present in the form of discrete platinum-group minerals (PGM) such as cooperite/braggite, sperrylite, moncheite and isoferroplatinum. In the UG2 of the western Bushveld pentlandite hosts 5 % of the whole-rock Pd and 15 % of the whole-rock Rh while in the eastern Bushveld it is 40 % of the Pd and 30 % of the Rh. Less than 20 % of whole-rock Os, Ir and Ru is incorporated in the pentlandite of the UG2. Similar to the Merensky Reef, in the UG2 the remaining PGE and almost 100 % of the Pt are present in the form of discrete platinum-group minerals. Distribution patterns of whole-rock Cu, Ni and S versus whole-rock Pd and Pt commonly show distinct offsets in the Merensky Reef. The general sequence of “offset patterns” of PGE and BMS maxima, in order from bottom to top, is Pd in pentlandite → Pd/Pt in whole-rock → (Cu, Ni, S) in whole-rock, and is quite obvious in most of our samples. Occasionally, only partially similar or more complex trends are also present. Generally, however, the highest Pd concentrations in pentlandite appear to be related to the earliest, volumetrically rather small sulfide liquids, found at the base of the Merensky Reef sequence. A possible explanation for the offset patterns may be Rayleigh fractionation. Buntmetall-Sulfide (BMS) sind wichtige Träger von Platingruppenelementen (PGE) in magmatischen Ni-Cu-PGE Lagerstätten. Die Verteilung und Konzentration von PGE in Pentlanditen, Pyrrhotinen, Chalkopyriten und Pyriten wurde an Proben des Merensky Reef und des UG2 aus dem westlichen und östlichen Bushveld Komplex in Südafrika untersucht. An insgesamt vier Bohrkernen aus dem Merensky Reef und zwei Bohrkernen aus dem UG2 wurden ausgewählte Buntmetall-Sulfide analysiert. Diese Sulfide stammen aus dem mineralisierten Bereich des Merensky Reef und des UG2. Zur Bestimmung der Hauptelemente wurden Elektronenstrahlmikrosonden-Analysen durchgeführt und zur Bestimmung der Spurenelemente (PGE, Ag und Au) Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma- Mass Spektrometer (LA-ICP-MS)-Analysen. Zusätzlich wurden Gesamt-gesteinsanalysen an repräsentativen Proben durchgeführt. Die Verteilung von Pt und Pd im Gesamtgestein des Merensky Reef des westlichen Bushveld Komplexes zeigt eine sogenannte „top-loaded“ Mineralisation, was bedeutet, dass die höchsten PGE-Konzentrationen befinden sich im Bereich des oberen Chromititbands und seiner direkten Umgebung. Im östlichen Bushveld Komplex hingegen ist die Verteilung komplexer, da die maximalen Pt- und Pd-Konzentrationen im Merensky Reef auf das untere und obere Chromititband verteilt sind. Im UG2 sind die höchsten Konzentrationen von Pt und Pd auf den unteren und oberen Bereich des UG2 Chromitit beschränkt. Die Ergebnisse der LA-ICP-MS Analysen zeigen, dass die PGE am stärksten im Pentlandit angereichert sind, wohingegen Pyrrhotin deutlich geringere PGE-Gehalte aufweist und im Chalkopyrit kaum nachweisbare PGE-Konzentrationen enthalten sind. Pentlandit, sowohl aus dem Merensky Reef, als auch aus dem UG2, enthält wesentliche Pd- und Rh-Konzentrationen. Pentlandite im Merensky Reef des östlichen Bushveld Komplex zeigen Konzentrationen von bis zu 700 ppm Pd und bis zu 130 ppm Rh. Im westlichen Bushveld wurden im Pentlandit sogar bis zu 1750 ppm Pd und 1000 ppm Rh nachgewiesen. Pyrrhotin kann deutliche Konzentrationen von IPGE (bis zu je 33 ppm Ru, Os und Ir) aufweisen. Chalkopyrit enthält geringe PGE-Konzentrationen, kann aber hohe Silbergehalte (bis zu 50 ppm) aufweisen. Im UG2 des westlichen Bushveld Komplex können im Pentlandit bis zu 400 ppm Pd und 200 ppm Rh nachgewiesen werden, im östlichen Bushveld können es sogar bis zu 1000 ppm Pd und 140 ppm Rh sein. Auch deutliche Gehalte von Ir (150 ppm) und Ru (175 ppm) wurden gemessen. Auch im UG2 enthält der Chalkopyrit kaum nachweisbare PGE-Konzentrationen, eine Ausnahme bildet das Pt, welches in wenigen Proben bis zu 20 ppm erreichen kann. Aus einer Massenbilanzierung wird ersichtlich, dass Pentlandit aus dem feldspatführenden Pyroxenit und dem pegmatoidalen feldspatführenden Pyroxenit des Merensky Reef bis zu 100 % des Pd und Rh einbaut, ebenso 10-40 % des Os, Ir und Ru. Pyrrhotin und Chalcopyrit enthalten weniger als 10 % der im Gesamtgestein enthaltenen PGE. Die übrigen PGE (darunter bis zu 100 % des Platins) sitzen in Platingruppenmineralen, wie Cooperit/Braggit, Moncheit, Sperrylit und Isoferroplatinum. Im UG2 des westlichen Bushveld Komplex sind nur ca. 5 % des gesamten Pd und 15 % des gesamten Rh im Pentlandit eingebaut. Im östlichen Bushveld sind es bis zu 40 % des Pd und 30 % des Rh und insgesamt weniger als 20 % des Os, Ir und Ru. Ähnlich wie im Merensky Reef liegen, auch im UG2, fast 100 % des Platins in Form von diskreten Platingruppenmineralen vor. Im Merensky Reef des Bushveld Komplex zeigt die Verteilung von Cu, Ni und S gegenüber Pd und Pt sogenannte „offsets patterns“. Das Verteilungsmuster dieser „offsets“ entspricht vom Liegendem zum Hangendem: Pd in pentlandite → Pd/Pt im Gesamtgestein → (Cu, Ni, S) im Gesamtgestein. Diese Abfolge konnte für einen Großteil der Sequenzen beobachtet werden. Die höchste Pd Konzentration im Pentlandit scheint an die früheste, volumenmäßig aber eher geringe sulfidische Schmelze, gebunden zu sein, welche sich im Liegenden des Merensky Reef befindet. Eine mögliche Erklärung für das Auftreten von „offset patterns“ bietet die Rayleigh Fraktionierung. |
