金元素地球化学性质及其迁移富集条件

金、银为稀有贵金属元素，在块状硫化物矿床中属伴生类型，是伴生元素中主要的综合利用对象。它们在岩石圈中的分布量是很小的，因其有特殊的经济价值和易被采、选、冶的特点，即使在金属量级上远远低于主金属元素Cu、Pb、Zn（诸如小铁山矿床），也把金、银列为主金属元素之内，甚至对原矿床类型的归属与命名均可发生影响。从元素的地球化学性质分析，Au、Ag与Cu、Zn、Pb等元素同属亲铜元素（副族），具有相同的外电子层（18）结构，在地壳中形成稳定的硫化物。在热流体中一般以配合物形式迁移；当介质中氧浓度大，氟、氯存在时，尚且稳定；当介质S、Se、Te、 等浓度大时，配合物变得不稳定而沉淀下来，由于硫化物是共价键或金属键型，与氧化物的离子键在结晶化学上有较大差别。由于离子化电势高，不易放出价电子，有趋向于生成自然元素（Au、Ag、Cu等）状态。金、银在块状硫化物矿

图5-39　古陆块上与花岗岩类有关的（小秦岭式）石英脉型金矿床模式图（据裴荣富，1995）

图5-40　康古尔金矿床26线剖面图（据曾章仁等，1996)

l—凝灰质砂岩；2凝灰岩；3—沉凝灰岩；4—安山岩；5—英安岩；6—正长斑岩（次粗面岩）；7—糜棱岩及千糜岩；8—金矿体；9铜矿体；10—铅锌矿体；11—钻孔

床内相对富集是在亲铜（硫）元素地球化学场的背景上，在喷气－火山成因类硫化物成矿过程中实现的。但由于金、银与铜、锌、铅在元素周期表中位置上的差异，还可能发生再分散、再富集的多阶段成矿特征，小铁山就具有这样的特点，可作为例子。

根据孙培基、韦永福等（1996）在《当代中国金矿地质》中有关火山岩地区金矿的主要类型、控矿条件、矿床模式的论述，结合北祁连山海相火山岩分布地区金矿类型、控矿条件、成矿机制作如下探讨。

根据不同类型金矿成矿流体的物理化学特点，大体可以分出四类不同的物理化学组合，每一类物理化学条件的组合对某一种或几种类型金矿沉淀有利。

（1）如果流体的 ,a∑s=10-2.5,pH=5.5时其相对稳定，那么在低盐度中性—碱性流体系统中，有利于 Au以硫氢配合物 搬运沉淀，形成低硫浅成热液型金矿，金沉淀的主要温度为280～222℃，氧逸度的对数值（1gfO2）变化区间为－33～－40。

（2）如果设 ,pH=4.5的稳定条件下，在中高温的 Au、Cu成矿流体系统中，有利 Au以氯化物配合物的形式 搬迁，并沉淀形成石英明矾石型（酸性硫酸盐型）的金矿，其沉淀的温度区间为250～320℃，氧逸度的对数值为－32～－28。

（3）如果设 ,a∑s=10-2.5,pH=5.5时相对稳定，则有利于含 Au富Cu的块状硫化物矿以 形式迁移，金沉淀的温度为 380～310℃，氧逸度的对数值为－32～－26。

（4）温度区间为450～300℃，氧逸度的对数值为－27～－22。

图5-41　康古尔金矿区Ⅷ号金矿床剖面示意图

1—安山质凝灰岩，2—安山岩；3—安山质凝灰角砾岩；4—英安质火山角砾岩；5—金矿体；6—铜矿体

北祁连山块状硫化物矿床（点）较多，主要集中分布在白银厂、郭米寺地区酸性火山穹窿（短背斜）区，伴随多金属硫化物成矿的金亦具有前述相似的物理化学条件。与上述的第（3）组相当，这种同生型条件亦可称做金的阶段性富集。在以后的构造－流体系统的叠加改造

图5-42　康古尔金矿床成矿过程示意图（据曾章仁等，1996)

1—海沟带杂砂岩；2—安山质火山岩及安山岩，3—塔里木板块前寒武纪结晶基底；4—石英斑岩；5—花岗斑岩；6—英云闪长岩（斜长花岗岩）；7—糜棱岩；8—碎裂岩和糜棱岩；9—蚀变岩型金矿体；10—含金石英脉；ll—含（金）多金属硫化物石英脉；12—深断裂；13—流体流动趋向

中再迁移再富集。例如下柳沟西山梁金矿石为含微细粒黄铁矿的叶蜡石、高岭石组合，显示后期叠加改造、富集的低温蚀变特征。

图5-43　老王寨金矿区地质略图（据孙培基等，1996)

1—紫红色页岩、粉砂岩；2—厚层状变石英杂砂岩；3—黑色含炭硅质绢云板岩、含放射虫泥质硅质岩；4—砂质板岩、含炭砂质绢云板岩及变石英杂砂岩；5—钙质板岩及大理岩化灰岩；6—微层状变石英杂砂岩；7—黑色炭质绢云（凝灰质）板岩、大理岩化灰岩；8—变石英杂砂岩、含砾绢云板岩夹玄武质熔结角砾岩、凝灰岩等；9—蛇纹石化斜辉橄岩、橄榄岩；10—蛇纹石化斜辉橄榄岩及斜辉辉橄岩；11—片理化蛇纹岩；12—碳酸盐化硅化超基性岩；13—煌斑岩；14—花岗斑岩；15—玄武岩；16—蚀变基性岩；17—实测及推测断层；18—实测及推测地质界线；19—岩相界线；20—矿体及编号；21—完工见矿及未见矿孔

构造蚀变岩型金矿是北祁连山重要的金矿类型之一，即使以石英脉型金矿著称的小秦岭金矿（图 5-39），受剪切带控制的构造蚀变岩型金矿类型也是存在的，石英脉型金矿向下延伸往往由构造蚀变岩型金矿代替。从国内主要构造蚀变岩型金矿对比来看（表5 9），各种类型的构造蚀变岩型金矿其成矿背景、矿床特征及成矿条件均有异同点。但韧－脆性剪切构造作用的因素占有主导地位。特别是东天山晚古生代褶皱系康古尔金矿和三江褶皱系老王寨蛇绿混杂型金矿与研究区内火山岩地区的金矿比较相近（图5-40—图5 44）。从表5-9温、

表5-9　国内典型构造蚀变岩型金矿特征对比表

据裴荣富等，1995；曾章仁等，1996；孙培基等，1996资料修编。

图5-44　蛇绿岩混杂岩中构造蚀变岩金矿床模式图（据裴荣富，1995)

1—元古宙变质岩系；2—上古生界变质岩系；3—中生界（Mz）;4—超基性岩残块；5—火山凝灰质砂岩；6—砂板岩，7—碳酸盐岩；8—玄武岩，9—中—基性岩脉；10—含金石英脉；11—剪切带；12—金矿床（田）位置

压栏中考察，康古尔蚀变糜棱岩型金矿的成矿温度范围为140～310℃，众值范围为200～260℃，属中低温热液成矿产物。山东焦家金矿（200～280℃）、河南上官金矿（180～300℃）、广东河台金矿（125～600℃，众值200～250℃），小秦岭金矿（155～303℃），老王寨金矿虽未测温、压数据，但以矿石组合、蚀变岩类型判断，其成矿温度也不会高。据特征对比来推测，研究区内构造蚀变岩的金矿成矿温度仍应为中低温热液型。

在金矿多阶段成矿过程作用下，成矿物质及变质水、岩浆水、天水等多来源的混合热液和成矿类型的多成因等“三多”特征更为明显。除伴生型金矿具同生或同步成矿外，构造蚀变型金矿均具有后期叠加、改造的特征。

由于有关稳定同位素测试结果未到，使研究区金矿在成因上尚不能作出确切的判断，因此采取上述同类型金矿的特征对比，以求在研究区金矿研究中得到佐证。

金矿是在成矿流体由深部向浅部运移过程中，由于物化条件的变化导致金等成矿物质自流体中沉淀而成的。所以，成矿流体的运移、成矿流体中金的存在形式、金自流体中沉淀出来的机制等已成为研究金矿成因、矿床形成机制的重要科学问题之一。

几十年来，国内外许多学者对该类问题进行了研究，使金在流体中的搬运形式、沉淀机制等理论日臻完善。研究表明金在成矿流体中可呈络合物、胶体，或被有机质吸附等多种形式迁移（刘英俊等，1991；谢广东，1994；华仁民，1994；樊文苓等，1995）。但最主要的，也是最普遍的是呈各种络合物形式存在于成矿流体中，特殊情况下也可与胶体及有机质吸附在一起随流体搬运。但就本区金矿而言，区内所有金矿床流体成分分析资料中基本不见有机质成分，而且，区内金矿床无论石英脉型或蚀变岩型，其SiO2均呈结晶状态的石英出现，见不到SiO2呈胶体状态的细粒石英条带与蛋白石质氧化硅之类条带。因此，区内金矿床中金基本上可以排除呈胶体或有机质吸附形式运移的可能性。

多年来的研究表明，成矿流体中金可呈Au-S络合物、Au-Cl络合物、碳酸络合物、碲络合物等多种形式存在，普遍为广大研究者所接受的还是Au-S络合物和Au-Cl络合物两类。

近年来，国内外研究者通过内生金矿成矿体系的地质地球化学条件的逼近，对金在流体中的迁移形式、成矿过程中水-岩相互作用、有机质与金矿的关系，以及金从流体中沉淀机制等问题，尤其是对金成矿流体的形成、演化机理，进行了更深入的研究，并取得了一系列新的进展。

从金在流体中的迁移形式来看，硅在金迁移富集过程中的作用越来越受到人们重视。Au-SiO2-GCl-G2O和Au-NaSiO3-G2O体系的溶解实验研究证明，在由酸性到碱性很宽的pG范围内，均可作为配位体，与Au配合形成AuG3SiO4在热液体系中运移。基于野外常见到：①大多数贫硫化物石英脉型（或蚀变岩型）金矿床中，金常分布在晚期石英（或其晶洞）内，并不一定表现出与硫化物有密切的伴生关系；②在几乎所有的内生金矿床中，硅化的强度与金矿化呈正相关，从而说明与和相比，金在热液中的AuG3SiO4迁移形式可能更具有地质意义。

区内金矿床不论是石英脉型、蚀变岩型或是爆破角砾岩型，围岩蚀变均广泛发育，主要的蚀变类型为钾化、硅化、黄铁绢英岩化及碳酸盐化，蚀变岩石的化学分析结果表明，在流体与围岩相互作用的过程中，蚀变围岩自流体中获得了大量的K2O、SiO2、CO2等物质组分。矿床石英包裹体成分的分析结果表明，成矿过程中由石英捕获的成矿流体中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、F-、等组分，从而表明区内的成矿流体是含有K、SiO2及各种成矿物质的Na-Cl-G2O体系流体。在该种流体中，可与Au配合的络合物阴离子有Cl-、GS-、SiO2、F、CO2等。

金主要以下列含Au络合物方式迁移。

（1）金-氯络合物

在含氯的溶液中，Au可与Cl-结合成Au-Cl络合物，在一定的物化条件下，在溶液中稳定存在。Au在氯化物溶液中的反应式为（郁云妹等，1995）：

小秦岭—熊耳山地区金矿特征与地幔流体

通常认为x为1～3，即有下面可能的反应：

小秦岭—熊耳山地区金矿特征与地幔流体

三个反应式中，一般以（2）式为主，说明金为Au+时，主要是以形式存在于热液中。

许多研究证实，在热液中金还可呈Au3+状态存在，这时Au-Cl络合物为。

也就是说，金在热液中可以呈两种价态———三价和一价出现。金氧化为离子的过程可由以下平衡确定（Gelgeson，1969）：

小秦岭—熊耳山地区金矿特征与地幔流体

Gelgeson（1969）曾系统地给出了上述平衡在25～300℃时的平衡常数，并计算了不同氧逸度和pG值条件下溶液中Au3+和Au+的离子浓度。图4-5是在以赤铁矿-磁铁矿为缓冲剂的条件下，计算得到的Au3+和Au+在不同温度和pG介质中的活度比，由图中可看出与Au+相比，Au3+的活度完全可以被忽略。从而表明，虽然许多实验证实在含Cl-溶液中可以存在，但由于其与相比，浓度很低，所以我们认为在含氯的成矿流体中，金主要以形式出现。

图4-5 Au+/Au3+的活度比值与温度和酸碱度的关系图

（2）金-硫络合物

由于Au和S均为变价元素，在溶液中均可呈多种价态出现，所以金与S呈络合物形式存在于溶液中时，可有多种形式：、GAu（GS）2等等，其中在中金呈 Au3+，而在、GAu（GS）2、Au（GS）2S2-中金呈Au+状态。同时鉴于金在溶液主要呈Au+状态存在，当金在溶液中呈S络合物形式存在时，其络合物形式主要为、GAu（GS）2O。Se-ward（1973，1984）的研究表明，当溶液pG呈近中性时，金主要以形式存在；当溶液呈碱性时，金主要呈形式存在；当溶液呈酸性时，金则主要以 GAu（GS）2形式存在（图4-6）。图4-6还表明，在含一定硫的硫化物溶液中，在pG值呈中性时金的溶解度最高，此时金呈形式迁移，pG值降低或升高都造成热液中金溶解度的降低。

金呈等硫化物络合物形式存在时，其溶解度主要取决于热液的温度、硫浓度、pG值及氧化还原状态。而热液中[GS]-、S-的浓度取决于G2S的溶解度，当温度增高时，G2S主要呈挥发的气态，溶液中G2S的浓度很小，因此，在高温时（大于400℃），金呈硫络合物形式迁移的可能性极小。

图4-6 金的溶解度和主要存在形式与pG的关系

（3）金-硅络合物

Au-SiO2-GCl-G2O体系和Au-NaSiO2-G2O体系的溶解实验研究业已证明：在含硅溶液中，AuG3SiO4是Au的主要迁移形式，它不会因溶液pG以及硅含量的变化而改变。AuG3SiO4作为Au的一种迁移形式，它在热液中的稳定性受T、p、Eh和组分等因素变化的影响，与pG关系不大，其中温度、氧逸度及硅含量的变化与其直接有关。金-硅络合物的稳定存在条件可通过以下三个方程式表述：

小秦岭—熊耳山地区金矿特征与地幔流体

由上述三式得到Au在含硅溶液中的溶解反应：

小秦岭—熊耳山地区金矿特征与地幔流体

这个反应说明：Au在含硅溶液中形成金-硅配合物的浓度随溶液中G4SiO4浓度和fo2的增高而增大，即AuG3SiO4在相对氧化的富硅条件下稳定，且反应平衡常数随温度升高而减小。

小秦岭—熊耳山地区金矿特征与地幔流体

该式表明温度升高不利于金与硅形成络合物。

图4-7是当温度、fo2和硅含量改变时，溶液中金-硅络合物的稳定性图解，反映出：①在一定fO2条件下，金的溶解度随G4SiO4浓度的增高而增大；②在一定的G4SiO4浓度下，fO2升高有利于金的活化，反之，fO2降低促使金沉淀。温度的影响表现在，随温度升高，溶液中AuG3SiO4的含量明显减少。

（4）其他金络合物

区内成矿流体除氯、硫、硅之外，还存在CO2、CO、F-、Te等组分，它们同样可与金形成络合物。

图4-7 自然金以AuG3SiO4形式的迁移和沉淀图

金的一价离子具有典型的软酸性质，与软碱如CN-、GS-等，能形成稳定络合物，而与强碱的结合则相对不稳定，金只有在高价时才能与氟结合，尽管Au可与氟化物伴生（如区内的上宫、庙岭、前河等），但一方面由于与Au+相比，Au3+在溶液中浓度很低；另一方面，Au3+的含氟络合物（如K[AuF4]）在水中会立即产生水解（Pudde-phatt，1978），因此氟对Au的热液迁移不具重要意义。

区内绝大部分金矿床或多或少地都发现有碲化物存在，说明成矿溶液中有Te的存在，当热液中有Te存在时，低温条件下，Au可与Te结合成金碲络合物[Au3+（Te2）]-、等形式运移。当然由于热液中Te的含量很少，除上宫、桐沟等金矿外，绝大多数金矿床中碲化物含量很少，同时，碲金络合物也主要在低温下稳定，所以就区内金矿而言，金碲络合物迁移形式在局部具有一定意义。

以上表明，在区内金矿的成矿流体中，金主要呈、AuG3SiO4等形式迁移，个别情况下还可出现形式。由于成矿作用的多期多阶段性，成矿从早期到晚期，温度、压力、pG值、Eh、fO2、成矿流体组分均有一定的变化，且不同金络合物在不同物化条件下稳定性不同。所以，不同成矿阶段成矿流体中金的迁移形式也会有一定的变化。