上芒岗金矿卡林型和红色粘土型金矿石中纳米金颗粒的特征变化及其成因机制

Previous studies have shown that the nano-scale gold particle is one of the main occurrences of gold in Carlin-type and red-clay gold ores. The red-clay gold ores develop on the basis of Carlin-type gold ores in some deposits located in the southwest China. What is the connection and difference of characteristics for nano-scale gold particles in these two gold ores with inheritance relationship? What kind of geochemical behavior causes these changes of characteristics? This project chooses Shangmanggang gold deposit which is situated in the western Yunnan, observes and compares the characteristics of nano-scale gold particles (including the size, shape, structure, chemical composition and the way of combination, etc.) in three gold ores with inheritance relationship but existing in different horizons (the lower primary Carlin-type gold ore, the upper secondary red-clay gold ore, and the semi-oxidation gold ore in the transition zone) using Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscope (SEM) and X-ray Energy Disperse Spectrum (EDS), to explore the changes and its genetic mechanism when the nano-scale gold particles exist from the endogenous into the supergene environment, where its physical and chemical conditions have been changed. This study will provide new opinions for the mineralization mechanism of the red-clay type gold deposit from nano-scale perspective.

前人研究表明纳米尺度金颗粒是卡林型和红色粘土型金矿石中金的主要赋存形式之一。我国西南地区的某些红色粘土型金矿是在卡林型金矿的基础上氧化发育而成的，那么这两种有继承关系的金矿石中纳米金颗粒的特征有什么区别和联系？是何种地球化学行为导致其特征发生变化？本项目以滇西上芒岗金矿床为例，利用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线能量色谱仪（EDS），观测和对比不同层位有继承关系的金矿石（下部原生的卡林型金矿石、上部次生的红色粘土型金矿石以及过渡区半氧化型金矿石）中纳米金颗粒的大小、数量、形态、结构构造、化学成分、结合方式等特征，探究纳米金颗粒在由内生转化为表生环境，当温度、压力、氧逸度等物理化学条件发生改变时的特征变化及成因机制，从纳米尺度的新角度为次生红色粘土型金矿的成矿过程和机理提供依据。

为了研究上芒岗金矿中三种具有继承关系的矿体（卡林型、半氧化和红色粘土型）中金的赋存状态的区别和联系，探讨导致金的形态发生变化的原因，采集金矿石样品24件，用火试金-ICP-AES测定金的含量，用光学显微镜、EMPA、SEM、LA-ICP-MS和HRTEM开展三类矿石中载金矿物的形态结构、相关元素的含量与分布、微观纳米金颗粒的观测等研究，发现（1）Au在矿石中的平均含量沿卡林型→半氧化型→红色粘土型金矿石显著富集（0.365→1.192→3.524 μg/g）。（2）黄铁矿是卡林型金矿体的载金矿物，共发育4期：同沉积期（Au、As含量低）、主成矿期前（Au、As含量低）、主成矿期（Au含量高，As含量中等或低）、主成矿期后（Au含量低，As含量高），Au主要以晶格金的形式存在。（3）半氧化型金矿体是从卡林型到红色粘土型金矿体的过渡阶段，载金矿物包括含残余黄铁矿的氧化不完全的褐铁矿、幔部和边部常发育裂隙和孔洞的已完全氧化的褐铁矿，金主要以晶格金的形式存在，在某些褐铁矿的孔洞内可见纳米尺度的自然金颗粒的存在。（4）红色粘土型金矿体中金主要赋存于褐铁矿中，Au主要以裂隙金、表面吸附金及晶格金存在，其中裂隙金为亚微米-纳米尺度，形态主要受裂隙及孔洞的形态控制；表面吸附金数量较少，主要见于褐铁矿颗粒边缘，多为纳米尺度；在褐铁矿As含量较高的位置，Au未被活化，仍以晶格金的形式存在。.卡林型金矿体经后期构造抬升逐渐暴露于地表，黄铁矿逐渐氧化为褐铁矿，硫以SO42-和SO32-的形式最早迁出矿物，褐铁矿As含量较高的部位优先发生溶解形成联通的裂隙及孔洞，同时晶格金活化形成金的络合物（Au(S2O3)3-）。未溶解的褐铁矿中的晶格金未被活化，仍稳定存在于褐铁矿中。含Au(S2O3)3-的流体会沿着土壤剖面向下迁移，部分流入褐铁矿的裂隙及孔洞时，pH值会突然下降，S2O32-不稳定而发生分解，释放出来的Au+主要被Fe2+还原为Au0就地沉淀。大部分流体继续沿土壤剖面向下迁移，到潜水面附近Au+主要被Fe2+和Mn2+还原为Au0，而被褐铁矿或粘土矿物所吸附，形成表面吸附金。