流体中金的运移方式

Question

如题所述

Answer 1

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：

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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）：

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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）₂S^2-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：

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由上述三式得到Au在含硅溶液中的溶解反应：

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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。

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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f_O2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，f_O2升高有利于金的活化，反之，f_O2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、f_O2、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。