張蔚君

(中冶沈陽勘察研究總院，遼寧 沈陽 110016)

金成礦作用的二重性及其指導(dǎo)意義

張蔚君

(中冶沈陽勘察研究總院，遼寧 沈陽 110016)

金成礦作用的二重性，突出表現(xiàn)在金的成礦作用中的活化、遷移和富集沉淀各個階段，尤其金在富鐵貧硫的條件下，表現(xiàn)出強烈的親鐵性，金主要和鐵礦物伴生；金在貧鐵富硫的條件下，表現(xiàn)出強烈的親硫性，金主要和硫化物伴生；金在富鐵富硫的條件下，又同時表現(xiàn)為親鐵親硫性，金主要和黃鐵礦(FeS2)伴生。在找礦過程中我們可以根據(jù)礦石中鐵礦物、硫礦物的富集狀況，對金礦進行成礦預(yù)測，指導(dǎo)區(qū)域性找礦，合理的圈定礦體；同時對金礦地質(zhì)設(shè)計、礦山遠景經(jīng)濟評價以及研究延長礦山使用年限都具有重要的技術(shù)經(jīng)濟價值。

成礦作用；二重性；活化；遷移；富集

所謂二重性是指在一定的條件下所表現(xiàn)出的非此即彼，或即此即彼的對立統(tǒng)一規(guī)律。例如金在富鐵貧硫的條件下，表現(xiàn)出強烈的親鐵性，金主要和鐵礦物伴生；金在貧鐵富硫的條件下，表現(xiàn)出強烈的親硫性，金主要和硫化物伴生；金在富鐵富硫的條件下，又同時表現(xiàn)為親鐵親硫性，金主要和黃鐵礦(FeS2)伴生。金的這種特征就稱之為金的二重性，在自然界中，也使得黃鐵礦具有“金的主要成礦載體”的美譽；同時也使人們得出了金礦床沒有專屬性、金礦床類型的多樣性和金成礦作用的復(fù)雜性的認識。

對于金的成礦作用，人們已統(tǒng)一了基本認識，也就是說無論哪種類型的金礦床，都與水溶液的作用息息相關(guān)，可以稱之為“水成”礦床。因此可以把金礦床的成因類型劃分為如下幾種：內(nèi)生礦床統(tǒng)稱為熱液礦床，按熱液來源進一步劃分為巖漿的、變質(zhì)的、同生的、地下水的及混合型的熱液礦床；外生金礦床則可分為大氣降水、地下水、徑流水、海水、湖水等成因類型。

無論內(nèi)生金礦床還是外生金礦床，它們在發(fā)生成礦作用時，首先必須有活化了的金為金礦形成提供物質(zhì)源泉；其次成礦環(huán)境必須具有如下兩個屬性：水溶液體系的性質(zhì)都要經(jīng)過由酸性到堿性的變異過程和由氧化環(huán)境到還原環(huán)境的變異過程，為活化金的遷移、富集沉淀成礦提供條件，否則單一性質(zhì)的水溶液體系不可能形成金礦床；同時水溶液的體系也必須是可循環(huán)的體系，為金的富集沉淀成礦提供必要的時間和空間。這種可循環(huán)的水溶液體系，可以是在構(gòu)造裂隙中發(fā)生的間歇性脈動式狀態(tài)體系；也可以是一定空間內(nèi)的連續(xù)的環(huán)流循環(huán)狀態(tài)，但是這種可循環(huán)體系卻是發(fā)生成礦作用的必要條件。因此也就是說，金的成礦作用過程必須出現(xiàn)成礦物質(zhì)的活化、遷移和富集沉淀成礦三個必要過程。

為此，這里從金的活化、遷移、富集沉淀三個過程分別談金成礦作用的二重性。

1 金活化的二重性

首先金的活化，是指導(dǎo)致金從穩(wěn)定的惰性狀態(tài)(原子態(tài)、晶格金狀態(tài)等)，受到能量(熱能、化學(xué)能等)的激發(fā)而呈現(xiàn)出的相對不穩(wěn)定的狀態(tài)(吸附狀態(tài)、絡(luò)合離子狀態(tài)等)的過程。金的活化過程相當(dāng)于石油的生油層生成大量油滴的過程。作為成礦源巖中的金，并不能全部進入成礦流體參加成礦，甚至豐度高也并不意味著就能形成礦床或大型礦床。其中關(guān)鍵在于成礦源巖中金是否被活化了，是否具備了待遷移的條件，也就是說取決于金在成礦源巖中的賦存狀態(tài)，是否能從惰性態(tài)被激發(fā)成不穩(wěn)定態(tài)。

所謂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，也可以是化學(xué)的方式。

以物理方式活化的金主要是指礦源巖受熱以后，物理變化占主導(dǎo)地位時的穩(wěn)定原子態(tài)金，經(jīng)受熱激發(fā)以后變成的自由原子態(tài)金，以及礦源巖受熱以后，硫化物中的非晶格金隨硫化物的熱分解脫硫效應(yīng)，被釋放出來的自由態(tài)金。因為金受熱以后具有熱歸并性和熱擴散性，從而使這種以物理方式為主被活化的金具備了遷移的前提條件。這正是綠片巖相成礦，高級變質(zhì)相提供成礦物質(zhì)的機理之一。例如俄羅斯的穆龍?zhí)捉鸬V，是至今世界上最大的內(nèi)生礦床，該礦床就賦存于迭加在區(qū)域綠片巖相之上的接觸熱變質(zhì)角巖帶內(nèi)，這于綠片巖發(fā)生熱變質(zhì)作用時，綠片巖中的金被受熱活化，從而為該金礦的形成提供成礦物質(zhì)有直接的關(guān)系。由此可知，接觸熱變質(zhì)作用在成礦中的重要作用。當(dāng)然由于接觸熱變質(zhì)作用的區(qū)域是有限的，僅僅有物理方式的活化金還不足以形成礦床；況且由于金還具有熱擴散性，也是高級變質(zhì)區(qū)金的分散，不易形成礦床的原因之一。

以化學(xué)方式活化的金主要是指在礦源巖發(fā)生巖石自變質(zhì)作用即巖石的水化反應(yīng)，導(dǎo)致巖石中載金礦物晶格結(jié)構(gòu)的變化，使晶格金被釋放出來呈自由原子態(tài)或離子態(tài)的活化狀態(tài)。這種礦源巖以發(fā)生化學(xué)變化為主所產(chǎn)生的活化金，也具備了遷移的前提條件。這種化學(xué)方式的活化金直接涉及到金的三種可遷移狀態(tài)即自由的原子態(tài)金(Au)、Au1+陽離子、Au3+陽離子的形成及其過程中水-巖體系的水化反應(yīng)。如超基性巖的蛇紋石化，中基性巖的青盤巖化，酸性巖類的泥化-絹云母化-伊利石化等。這種金活化過程中所出現(xiàn)的圍巖蝕變，我們稱之為活化蝕變。其特征是源巖的化學(xué)組成不變，即表征金未發(fā)生轉(zhuǎn)移。這樣我們就可以通過活化蝕變的規(guī)模和活化蝕變帶內(nèi)金的平均含量，估算其潛在成礦能力。

2 金遷移的二重性

金的遷移大致相當(dāng)油滴經(jīng)載體搬運到油氣藏的過程。金的化學(xué)遷移是公認的金最主要的遷移方式，但不能否認還存在著以膠體遷移方式和酸性淋濾、堿性運移遷移方式的事實，這就是金遷移的二重性。其主要原因在于活化金可以呈自由原子態(tài)、一價和三價陽離子態(tài)，由于溶液的酸堿度(Ph值)變異，與金構(gòu)成絡(luò)陰離子的元素在溶液中的濃度變化及其溶液的物化條件如溶液內(nèi)的組分(X)、溫度(T)、壓力(P：嚴格意義是指物理學(xué)上的壓強)、氧化還原度(Eh值)等的變化，使金可以在遷移中發(fā)生Au1+陽離子、Au3+陽離子絡(luò)合物更替變化；成礦流體在運移過程中，不但自身內(nèi)部隨環(huán)境的變化而發(fā)生著物理及化學(xué)變化，同時與圍巖也發(fā)生著化學(xué)變化，不斷接受新的成礦物質(zhì)，使更多的活化金被遷移，為金的富集沉淀成礦提供了必要的準備。從中可以看出物理遷移和化學(xué)遷移并不是能截然分開的兩種遷移方式，因為成礦作用是一個很復(fù)雜的過程，不但成礦體系復(fù)雜多樣、而且成礦環(huán)境千變?nèi)f化。

因此，研究金的遷移方式和成礦流體的運移環(huán)境，應(yīng)區(qū)別于研究金的活化和金的沉淀。研究金的遷移，只能以定性為主，進行大致的規(guī)律性概括，結(jié)合量的概念進行階段性考慮。也就是說，我們不能單純地依據(jù)目前比較時髦的流體包裹體研究，來斷定發(fā)生成礦作用時的整體成礦環(huán)境。流體包裹體研究只能表征環(huán)境固化時的流體的性質(zhì)和組成，進而推斷固化階段的大體情況，并不能反映原始成礦流體運移全過程的性質(zhì)。

但是研究金的遷移方式，特別是借助流體包裹體的研究，可以從這種包含有原始成礦流體組成的包裹體中，去捕捉促使金穩(wěn)定的呈溶解狀態(tài)被遷移富集的有關(guān)指標；去研究金在形成絡(luò)合物時，所表現(xiàn)的親硫性憎氧性、親氯性憎氟性以及還原條件等所提示的指標。

3 金富集沉淀的二重性

金富集沉淀的最重要二重性表現(xiàn)是金絡(luò)合物的親氧性憎硫性、親氟性憎氯性、親氣性(主要指CO2)憎水性、親鐵親硫性等與金遷移時的性狀恰恰相反的一些因素的綜合，從而造成成礦流體中金絡(luò)合物的分解。

當(dāng)運移的成礦流體的性質(zhì)及組成發(fā)生變化時，將導(dǎo)致原有絡(luò)合物的性質(zhì)發(fā)生變化。一般情況下成礦流體在呈強酸性、強堿性狀態(tài)下金可以呈相對穩(wěn)定的膠體狀態(tài)或絡(luò)離子狀態(tài)，在成礦流體呈弱酸性、中性、弱堿性條件下，有利于金的沉淀成礦。

1)在弱堿性環(huán)境中，有利于金的氯絡(luò)合物分解：2H[AuCl2]+OH-→H[AuCl4]+2Au↓+ H2O+2Cl-。

2)在溫度升高時：Au2Cl6中的氯將氟取代生成Au2F6，500℃以上氟化金發(fā)生分解，金沉淀析出。

3)當(dāng)成礦流體呈弱酸性氧化環(huán)境時，金的絡(luò)陰離子[Au(S2O3)2]3-表現(xiàn)出不穩(wěn)定產(chǎn)生脫硫：[Au(S2O3)2]3-+4H+→Au++2H2S2O3(硫代硫酸)。一價金離子在酸性氧化條件下，可以被氧化，同時析出自然金：3Au+→2Au+Au3+。

4)在弱堿性還原的介質(zhì)環(huán)境中，金的絡(luò)陰離子將處于不穩(wěn)定狀態(tài)而出現(xiàn)解離和沉淀：

2[AuS3]3-+3Fe2+→2Au↓+3FeS2↓；

[AuS]-+Fe2+→Au↓+FeS↓；

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

金的沉淀成礦是一個非常復(fù)雜的物理及化學(xué)變化過程，其中所表現(xiàn)出來的二重性，并不僅僅局限于以上所列舉的幾種化學(xué)變化形式。

大量的理論研究、實驗研究及流體包裹體研究，都已經(jīng)證明富硫或富氯的水溶液是使金的絡(luò)陰離子穩(wěn)定的因素，而氧、氟是導(dǎo)致金的絡(luò)陰離子分解的因素；二氧化碳的大量出現(xiàn)，表明成礦流體進入了相對氧化的環(huán)境中。前蘇聯(lián)學(xué)者通過對自然金中包裹體成分的研究，發(fā)現(xiàn)全部是氣體組分，其中二氧化碳(CO2)氣體占95%以上，說明大量二氧化碳的出現(xiàn)，是金成礦的有利因素，這就是金沉淀的親氣性的表現(xiàn)。

已經(jīng)證明金的遷移離不開以水為主的成礦流體的參與；相反使金遷移富集的成礦流體，當(dāng)水的退出時就必然又為金的沉淀成礦創(chuàng)造了良好條件，這就是金沉淀所表現(xiàn)的憎水性的一面。比如：膠體金因失水沉淀，就是顯而易見的。

總之，金富集沉淀的二重性也是比較復(fù)雜的，這里僅僅是從與金成礦有關(guān)的幾個重要礦化指標方面，進行了簡單論述。

4 金在成礦作用中的二重性表現(xiàn)對實際的指導(dǎo)意義

研究金成礦作用的二重性，不但可以推動金成礦理論研究的成熟，而且更重要的是可以用來進行成礦預(yù)測，指導(dǎo)區(qū)域性找礦，合理的圈定礦體；對于進行地質(zhì)設(shè)計和對礦山進行遠景經(jīng)濟評價、延長礦山的使用年限都具有重要的技術(shù)經(jīng)濟價值，從而節(jié)省開支，避免不必要的經(jīng)濟浪費。下文主要從成礦預(yù)測方面進行簡要探討。

4.1 從金的活化二重性來講，只有物理方式的活化很難形成特大礦床

因為單獨靠巖漿活動對礦源巖進行加熱，不但空間有限，而且?guī)r漿活動的時間也相對短暫。很難造成原巖中金大面積的充分活化。因此要尋找特大型金礦，必須把主要目標放在經(jīng)過漫長的歷史長河，發(fā)生了大的區(qū)域變質(zhì)作用的巖帶附近，進行科學(xué)的找礦和合理的進行成礦預(yù)測，克服盲目性，使有限的資金發(fā)揮出最大的效益，減少找礦的資金浪費。比如：綠巖帶就是海相含金火山-沉積巖系變質(zhì)作用的產(chǎn)物，是金的重要礦源巖之一。

現(xiàn)已查明，導(dǎo)致礦源巖中金活化的主要因素是巖石的自變質(zhì)作用即巖石的水化反應(yīng)，由于前面已經(jīng)提到由此而引起的活化蝕變，其表征金未發(fā)生轉(zhuǎn)移，我們就可以半定量的進行成礦預(yù)測，估算其潛在成礦能力，同時推測與此相關(guān)的可能成礦位置。

4.2 從金的遷移二重性來說，無論那一種方式的遷移，都有一個共同的特點，也就是都需要為成礦流體的運移提供空間通道

因此這可以指導(dǎo)我們重視尋找金礦的另一個重要方面：就是要研究金成礦所需要的構(gòu)造體系，特別是裂隙發(fā)育的大的斷裂帶、剪切帶、破碎帶和與之相聯(lián)系的褶皺發(fā)育地帶等位置，都是成礦流體運移的有利空間。

這就需要我們在尋找金礦時，要著力尋找金可能成礦的構(gòu)造地帶，對金礦進行合理的推測定位，增強找礦的準確性。同時也有利于我們在編寫地質(zhì)報告和地質(zhì)設(shè)計中，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造進行合理的礦體圈定，避免在開采中丟掉礦體造成資源的浪費。

4.3 對于金富集沉淀的二重性對實際的指導(dǎo)意義，我們可以借助目前比較令人信服的包裹體研究，來進行成礦預(yù)測

由于包裹體的一些基本參數(shù)可以代表沉淀流體的組成，因此我們可以借助這些參數(shù)，結(jié)合金沉淀的二重性，推斷成礦與否或礦石的貧富。如果經(jīng)測定包裹體中F-/Cl-、fo2/fs2、CO2/CH4+CO+H2的比值均大于1，則說明該包裹體所代表的沉淀流體是金富集沉淀的良好環(huán)境，可以形成金的富大礦體，否則就難以構(gòu)成富大礦體。在礦山地質(zhì)研究中，有條件的礦山也可以借助此項研究，用來合理的指導(dǎo)金礦開采。

[1] 張成喜，鄭超，李力.金礦床地質(zhì)學(xué)[M].沈陽：東北工學(xué)院出版社，1989.

[2] 侯德義.找礦勘探地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1990.

[3] 李力.現(xiàn)代成礦理論及研究方法[M].沈陽：東北工學(xué)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

張蔚君，男，高級工程師。

P618.51

A

1004-4051(2015)07-0063-03