金成矿作用的二重性及其指导意义

张蔚君

(中冶沈阳勘察研究总院，辽宁 沈阳 110016)

金成矿作用的二重性及其指导意义

张蔚君

(中冶沈阳勘察研究总院，辽宁 沈阳 110016)

金成矿作用的二重性，突出表现在金的成矿作用中的活化、迁移和富集沉淀各个阶段，尤其金在富铁贫硫的条件下，表现出强烈的亲铁性，金主要和铁矿物伴生；金在贫铁富硫的条件下，表现出强烈的亲硫性，金主要和硫化物伴生；金在富铁富硫的条件下，又同时表现为亲铁亲硫性，金主要和黄铁矿(FeS2)伴生。在找矿过程中我们可以根据矿石中铁矿物、硫矿物的富集状况，对金矿进行成矿预测，指导区域性找矿，合理的圈定矿体；同时对金矿地质设计、矿山远景经济评价以及研究延长矿山使用年限都具有重要的技术经济价值。

成矿作用；二重性；活化；迁移；富集

所谓二重性是指在一定的条件下所表现出的非此即彼，或即此即彼的对立统一规律。例如金在富铁贫硫的条件下，表现出强烈的亲铁性，金主要和铁矿物伴生；金在贫铁富硫的条件下，表现出强烈的亲硫性，金主要和硫化物伴生；金在富铁富硫的条件下，又同时表现为亲铁亲硫性，金主要和黄铁矿(FeS2)伴生。金的这种特征就称之为金的二重性，在自然界中，也使得黄铁矿具有“金的主要成矿载体”的美誉；同时也使人们得出了金矿床没有专属性、金矿床类型的多样性和金成矿作用的复杂性的认识。

对于金的成矿作用，人们已统一了基本认识，也就是说无论哪种类型的金矿床，都与水溶液的作用息息相关，可以称之为“水成”矿床。因此可以把金矿床的成因类型划分为如下几种：内生矿床统称为热液矿床，按热液来源进一步划分为岩浆的、变质的、同生的、地下水的及混合型的热液矿床；外生金矿床则可分为大气降水、地下水、径流水、海水、湖水等成因类型。

无论内生金矿床还是外生金矿床，它们在发生成矿作用时，首先必须有活化了的金为金矿形成提供物质源泉；其次成矿环境必须具有如下两个属性：水溶液体系的性质都要经过由酸性到碱性的变异过程和由氧化环境到还原环境的变异过程，为活化金的迁移、富集沉淀成矿提供条件，否则单一性质的水溶液体系不可能形成金矿床；同时水溶液的体系也必须是可循环的体系，为金的富集沉淀成矿提供必要的时间和空间。这种可循环的水溶液体系，可以是在构造裂隙中发生的间歇性脉动式状态体系；也可以是一定空间内的连续的环流循环状态，但是这种可循环体系却是发生成矿作用的必要条件。因此也就是说，金的成矿作用过程必须出现成矿物质的活化、迁移和富集沉淀成矿三个必要过程。

为此，这里从金的活化、迁移、富集沉淀三个过程分别谈金成矿作用的二重性。

1 金活化的二重性

首先金的活化，是指导致金从稳定的惰性状态(原子态、晶格金状态等)，受到能量(热能、化学能等)的激发而呈现出的相对不稳定的状态(吸附状态、络合离子状态等)的过程。金的活化过程相当于石油的生油层生成大量油滴的过程。作为成矿源岩中的金，并不能全部进入成矿流体参加成矿，甚至丰度高也并不意味着就能形成矿床或大型矿床。其中关键在于成矿源岩中金是否被活化了，是否具备了待迁移的条件，也就是说取决于金在成矿源岩中的赋存状态，是否能从惰性态被激发成不稳定态。

所谓金活化的二重性是指金在活化的方式上，可以是物理的方式，也可以是化学的方式。

以物理方式活化的金主要是指矿源岩受热以后，物理变化占主导地位时的稳定原子态金，经受热激发以后变成的自由原子态金，以及矿源岩受热以后，硫化物中的非晶格金随硫化物的热分解脱硫效应，被释放出来的自由态金。因为金受热以后具有热归并性和热扩散性，从而使这种以物理方式为主被活化的金具备了迁移的前提条件。这正是绿片岩相成矿，高级变质相提供成矿物质的机理之一。例如俄罗斯的穆龙套金矿，是至今世界上最大的内生矿床，该矿床就赋存于迭加在区域绿片岩相之上的接触热变质角岩带内，这于绿片岩发生热变质作用时，绿片岩中的金被受热活化，从而为该金矿的形成提供成矿物质有直接的关系。由此可知，接触热变质作用在成矿中的重要作用。当然由于接触热变质作用的区域是有限的，仅仅有物理方式的活化金还不足以形成矿床；况且由于金还具有热扩散性，也是高级变质区金的分散，不易形成矿床的原因之一。

以化学方式活化的金主要是指在矿源岩发生岩石自变质作用即岩石的水化反应，导致岩石中载金矿物晶格结构的变化，使晶格金被释放出来呈自由原子态或离子态的活化状态。这种矿源岩以发生化学变化为主所产生的活化金，也具备了迁移的前提条件。这种化学方式的活化金直接涉及到金的三种可迁移状态即自由的原子态金(Au)、Au1+阳离子、Au3+阳离子的形成及其过程中水-岩体系的水化反应。如超基性岩的蛇纹石化，中基性岩的青盘岩化，酸性岩类的泥化-绢云母化-伊利石化等。这种金活化过程中所出现的围岩蚀变，我们称之为活化蚀变。其特征是源岩的化学组成不变，即表征金未发生转移。这样我们就可以通过活化蚀变的规模和活化蚀变带内金的平均含量，估算其潜在成矿能力。

2 金迁移的二重性

金的迁移大致相当油滴经载体搬运到油气藏的过程。金的化学迁移是公认的金最主要的迁移方式，但不能否认还存在着以胶体迁移方式和酸性淋滤、碱性运移迁移方式的事实，这就是金迁移的二重性。其主要原因在于活化金可以呈自由原子态、一价和三价阳离子态，由于溶液的酸碱度(Ph值)变异，与金构成络阴离子的元素在溶液中的浓度变化及其溶液的物化条件如溶液内的组分(X)、温度(T)、压力(P：严格意义是指物理学上的压强)、氧化还原度(Eh值)等的变化，使金可以在迁移中发生Au1+阳离子、Au3+阳离子络合物更替变化；成矿流体在运移过程中，不但自身内部随环境的变化而发生着物理及化学变化，同时与围岩也发生着化学变化，不断接受新的成矿物质，使更多的活化金被迁移，为金的富集沉淀成矿提供了必要的准备。从中可以看出物理迁移和化学迁移并不是能截然分开的两种迁移方式，因为成矿作用是一个很复杂的过程，不但成矿体系复杂多样、而且成矿环境千变万化。

因此，研究金的迁移方式和成矿流体的运移环境，应区别于研究金的活化和金的沉淀。研究金的迁移，只能以定性为主，进行大致的规律性概括，结合量的概念进行阶段性考虑。也就是说，我们不能单纯地依据目前比较时髦的流体包裹体研究，来断定发生成矿作用时的整体成矿环境。流体包裹体研究只能表征环境固化时的流体的性质和组成，进而推断固化阶段的大体情况，并不能反映原始成矿流体运移全过程的性质。

但是研究金的迁移方式，特别是借助流体包裹体的研究，可以从这种包含有原始成矿流体组成的包裹体中，去捕捉促使金稳定的呈溶解状态被迁移富集的有关指标；去研究金在形成络合物时，所表现的亲硫性憎氧性、亲氯性憎氟性以及还原条件等所提示的指标。

3 金富集沉淀的二重性

金富集沉淀的最重要二重性表现是金络合物的亲氧性憎硫性、亲氟性憎氯性、亲气性(主要指CO2)憎水性、亲铁亲硫性等与金迁移时的性状恰恰相反的一些因素的综合，从而造成成矿流体中金络合物的分解。

当运移的成矿流体的性质及组成发生变化时，将导致原有络合物的性质发生变化。一般情况下成矿流体在呈强酸性、强碱性状态下金可以呈相对稳定的胶体状态或络离子状态，在成矿流体呈弱酸性、中性、弱碱性条件下，有利于金的沉淀成矿。

1)在弱碱性环境中，有利于金的氯络合物分解：2H[AuCl2]+OH-→H[AuCl4]+2Au↓+ H2O+2Cl-。

2)在温度升高时：Au2Cl6中的氯将氟取代生成Au2F6，500℃以上氟化金发生分解，金沉淀析出。

3)当成矿流体呈弱酸性氧化环境时，金的络阴离子[Au(S2O3)2]3-表现出不稳定产生脱硫：[Au(S2O3)2]3-+4H+→Au++2H2S2O3(硫代硫酸)。一价金离子在酸性氧化条件下，可以被氧化，同时析出自然金：3Au+→2Au+Au3+。

4)在弱碱性还原的介质环境中，金的络阴离子将处于不稳定状态而出现解离和沉淀：

2[AuS3]3-+3Fe2+→2Au↓+3FeS2↓；

[AuS]-+Fe2+→Au↓+FeS↓；

2[AuS]-+3Fe2++4H2O→2Au↓+Fe3O4+2HS-+6H+。

金的沉淀成矿是一个非常复杂的物理及化学变化过程，其中所表现出来的二重性，并不仅仅局限于以上所列举的几种化学变化形式。

大量的理论研究、实验研究及流体包裹体研究，都已经证明富硫或富氯的水溶液是使金的络阴离子稳定的因素，而氧、氟是导致金的络阴离子分解的因素；二氧化碳的大量出现，表明成矿流体进入了相对氧化的环境中。前苏联学者通过对自然金中包裹体成分的研究，发现全部是气体组分，其中二氧化碳(CO2)气体占95%以上，说明大量二氧化碳的出现，是金成矿的有利因素，这就是金沉淀的亲气性的表现。

已经证明金的迁移离不开以水为主的成矿流体的参与；相反使金迁移富集的成矿流体，当水的退出时就必然又为金的沉淀成矿创造了良好条件，这就是金沉淀所表现的憎水性的一面。比如：胶体金因失水沉淀，就是显而易见的。

总之，金富集沉淀的二重性也是比较复杂的，这里仅仅是从与金成矿有关的几个重要矿化指标方面，进行了简单论述。

4 金在成矿作用中的二重性表现对实际的指导意义

研究金成矿作用的二重性，不但可以推动金成矿理论研究的成熟，而且更重要的是可以用来进行成矿预测，指导区域性找矿，合理的圈定矿体；对于进行地质设计和对矿山进行远景经济评价、延长矿山的使用年限都具有重要的技术经济价值，从而节省开支，避免不必要的经济浪费。下文主要从成矿预测方面进行简要探讨。

4.1 从金的活化二重性来讲，只有物理方式的活化很难形成特大矿床

因为单独靠岩浆活动对矿源岩进行加热，不但空间有限，而且岩浆活动的时间也相对短暂。很难造成原岩中金大面积的充分活化。因此要寻找特大型金矿，必须把主要目标放在经过漫长的历史长河，发生了大的区域变质作用的岩带附近，进行科学的找矿和合理的进行成矿预测，克服盲目性，使有限的资金发挥出最大的效益，减少找矿的资金浪费。比如：绿岩带就是海相含金火山-沉积岩系变质作用的产物，是金的重要矿源岩之一。

现已查明，导致矿源岩中金活化的主要因素是岩石的自变质作用即岩石的水化反应，由于前面已经提到由此而引起的活化蚀变，其表征金未发生转移，我们就可以半定量的进行成矿预测，估算其潜在成矿能力，同时推测与此相关的可能成矿位置。

4.2 从金的迁移二重性来说，无论那一种方式的迁移，都有一个共同的特点，也就是都需要为成矿流体的运移提供空间通道

因此这可以指导我们重视寻找金矿的另一个重要方面：就是要研究金成矿所需要的构造体系，特别是裂隙发育的大的断裂带、剪切带、破碎带和与之相联系的褶皱发育地带等位置，都是成矿流体运移的有利空间。

这就需要我们在寻找金矿时，要着力寻找金可能成矿的构造地带，对金矿进行合理的推测定位，增强找矿的准确性。同时也有利于我们在编写地质报告和地质设计中，结合地质构造进行合理的矿体圈定，避免在开采中丢掉矿体造成资源的浪费。

4.3 对于金富集沉淀的二重性对实际的指导意义，我们可以借助目前比较令人信服的包裹体研究，来进行成矿预测

由于包裹体的一些基本参数可以代表沉淀流体的组成，因此我们可以借助这些参数，结合金沉淀的二重性，推断成矿与否或矿石的贫富。如果经测定包裹体中F-/Cl-、fo2/fs2、CO2/CH4+CO+H2的比值均大于1，则说明该包裹体所代表的沉淀流体是金富集沉淀的良好环境，可以形成金的富大矿体，否则就难以构成富大矿体。在矿山地质研究中，有条件的矿山也可以借助此项研究，用来合理的指导金矿开采。

[1] 张成喜，郑超，李力.金矿床地质学[M].沈阳：东北工学院出版社，1989.

[2] 侯德义.找矿勘探地质学[M].北京：地质出版社，1990.

[3] 李力.现代成矿理论及研究方法[M].沈阳：东北工学院出版社，1992.

Duality of gold mineralization and guiding significance

ZHANG Wei-jun

(Shenyang Insitute of Geotechnical Investigation，Metallurgical Corporation of China Ltd.，Shenyang 110016，China)

Duality of gold mineralization is notably shown in the various phases such as activation，migration and enrichment and precipitation.Especially under the conditions of rich iron and depleted sulfur，gold shows strong pro-ferrous and gold mainly associates with iron ore.Under the conditions of depleted iron and rich sulfur，gold shows strong sulphophile affinity and gold mainly associates with sulphide.Under the conditions of rich iron and rich sulfur，gold shows strong sulphophile affinity and pro-ferrous.And gold mainly associates with iron pyrite(FeS2).During the course of finding mineral resource，we can predict mineralization of gold mine and give a proper limit of ore body in terms of iron and sulfur minerals enrichment in the ore.At the same time，it also has significant technical and economical values on gold mine geological design，mine prospect economy evaluation and mine service life extension.

mineralization； duality； activation； migration； enrichment

2015-01-05

张蔚君，男，高级工程师。

P618.51

A

1004-4051(2015)07-0063-03