微精选

通过对华北克拉通若干典型脉状（ 造山型） 金矿流体成矿过程的研究分析发现：其可分为3个阶段，对比不同阶段黄铁矿的矿物学、微量元素和热电性等方面的特征，显示中阶段细粒黄铁矿（ 烟灰状黄铁矿） 微量元素成分复杂，含量较高，金含量也明显较高，相应的金矿石品位较高；中阶段黄铁矿多呈灰绿
黄绿色，晶形常为五角十二面体，自形程度低（ 他形 半自形） ，粒度细小，晶体表面平滑度差，凹入角发育，表面自由能高，吸附金的能力强，载金能力增强；中阶段黄铁矿热电性较强。结合理论和实验研究成果，认为杂质元素加入导致黄铁矿晶格畸变，电荷不平衡，热电性增强等一系列现象；使黄铁矿的结晶学特征、成分和热电性构成了“三位一体”的标型特征，可作为有效的金矿勘查的直接标志。富金的烟灰状黄铁矿快速沉淀于热液瞬时过饱和或物理化学性质瞬时巨变的条件下，流体沸腾和混合是最重要机制。鉴于黄铁矿标型特征的演化和形成机制与陆陆碰撞体制流体成矿作用的3阶段模式（ 即 CM F 模式） 完全吻合，借助 CM F 模式进一步分析烟灰状黄铁矿在脉状造山型金矿床中的发育时间和空间，为 CM F 模式补充了矿物学方面的支持，同时，赋矿断裂带的脆韧性转变带、挤压向伸展转变期最有利于流体沸腾和混合，是高品位脉状金矿床形成的最佳空间和时间。

【关键词】 黄铁矿；标型特征；脉状金矿；华北克拉通；流体成矿作用

载金矿物有硫化物及其类似化合物、氧化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐类矿物，但85％的矿床以黄铁矿为主要载金矿物，足见黄铁矿在金矿床中普遍性和重要性。不同物理化学条件下形成的黄铁矿在含金性、杂质元素含量、晶形、粒度、比重、硬度、热电性质等方面常有一定差异，热电性可作为标型特征反映黄铁矿的成因，进而了解矿床成因。其中，黄铁矿的含金性、金赋存状态及其原因尤受重视。研究表明，金的参入与黄铁矿表面结构、生长过程和物理化学条件有关。尤其与由黄铁矿表面电荷不平衡有关。

自 Groves 等将中温热液脉状（ mesothermal lode） 金矿床改称造山型（ orogenic type）
金矿，造山型金矿床的地质地球化学特征和形成过程被更深刻地描述。造山型金矿床含少量金属矿物（ 一般＜5％） ，以黄铁矿为主，有别于 SEDEX、VMS 型、斑岩型、矽卡岩型等其他类型的金矿床。在造山型金矿各矿化阶段几乎都有黄铁矿发育，不同阶段的黄铁矿具有显著不同的宏观特征；与金矿化密切者被经验性地概括为“烟灰状”黄铁矿（ 即细粒、他形 半自形的灰绿色、草绿色黄铁矿） ，并作为找矿标志。

由于研究与生产需求之间脱节，虽然“烟灰状黄铁矿含金”作为经验被广泛运用于找矿评价实践中，但其科学性并没有得到研究证实和详细阐述。然而该问题的解决必须依赖于如下问题的回答：（1） 烟灰状黄铁矿是否富含金？与亮黄色粗粒自形黄铁矿的含金性是否有差别？（2） 烟灰状黄铁矿在晶体物理、晶体化学以及微量元素成分方面的标型特征？（3）
烟灰状黄铁矿形成的物理化学条件如何？与粗粒亮黄色黄铁矿有何差异？（4） 造山型金矿成矿流体系统演化与烟灰状黄铁矿形成有何联系？等等。

胶东、小秦岭、燕山-大青山和吉林南部的黄金产量分别居我国前4位，它们都处于华北克拉通的边缘，或者是中生代造山带的一部分，金矿就位于中生代，尤其是侏罗纪 白垩纪之交，以130Ma 为成矿高峰时间。金矿成因类型以造山型为主，属中温脉状矿床，产出形式有石英脉和构造蚀变岩，成矿过程具有“多期多阶段”特征。因此，在单个矿床成矿阶段划分时，不同学者划分出不同数目的“期”、“阶段”，比较混乱，这既缘于成矿过程的复杂，也缘于认识的分歧。

虽然各矿床地质特征不尽相同，但总体相似，成矿过程包括了3个阶段，早阶段形成含黄铁矿的石英脉或绢英岩，中阶段形成多金属硫化物微细网脉，晚阶段形成含硫化物的石英-碳酸盐网脉。早阶段石英脉厚度多在 n×10^－1 m～10m 之间，呈乳白色，结晶粗，含有亮黄色粗粒自形-半自形黄铁矿，含金性较差；石英脉往往遭受构造变形和破碎，并发育裂隙。石英矿物常显示细粒化、动态重结晶和波状消光现象。中阶段多金属硫化物网脉厚度多在 n× 10^－3m，沿裂隙贯入早阶段石英脉或蚀变岩之中，矿物种类复杂，常见黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、斑铜矿、黝铜矿、砷化物、碲化物、含铋或锑矿物以及自然金、自然银和银金互化物等，矿物粒度细小，自形程度差，以烟灰状黄铁矿为标志，含金较高；本阶段矿物一般没有遭受构造变形，局部空间膨大处硫化物粒度增大，构成团块，并可见梳状构造（
尤其含石英较多时） 。晚阶段的石英-碳酸盐网脉厚度多为n×（10^－3～10^－2） m 之间，呈白色或肉红色（ 铁白云石较多或遭受风化时） ，普遍发育梳状构造，偶含自形程度较高的黄铁矿或方铅矿立方体，一般没有遭受变形，含金较低。

需要说明，本研究所称早阶段包括了前人常划分的绢英岩化阶段和石英脉阶段。在脉状金矿床中，如河南东闯金矿、瑶沟金矿，均可见石英脉两侧发育以绢英岩为特征的蚀变带，似呈石英脉“切穿贯入”蚀变岩的现象（ 经历后期构造作用后更明显） 。其实，当成矿流体贯入构造带后，SiO₂ 因粘度大而滞留在中心位置，形成石英脉或石英岩；K， CO₂，Cl，F
等组分则渗入两侧围岩，形成以绢英岩为特征的蚀变带；因此，二者同时发育。而中阶段也常被其他学者分为两个阶段，一般先后为“细粒黄铁矿石英阶段”和“多金属硫化物阶段”，事实上，它们之间常见多金属硫化物交代细粒黄铁矿的现象，并不存在“切穿贯入”的关系，而岩相学、矿物学和流体包裹体研究也显示它们形成于相似的物理化学条件和构造环境，二者之间属于矿物结晶的世代关系（ 如上宫金矿） ，不宜划分为不同的阶段。对于晚阶段，也有类似现象，通常石英形成早于碳酸盐矿物，但共生关系和近乎平衡的梳状构造证明它们不宜分为两个阶段。

2．1 地质观察

山东乳山、招远罗山、河南文峪、山西义兴寨、南张家等大量金矿的地质勘探和研究表明，不同阶段的黄铁矿具有显著不同的结晶学特征。总体而言，中阶段的黄铁矿常为五角十二面体或立方体与五角十二面体的聚形，次为立方体；黄铁矿的粒度细小，常呈粉末状、烟灰状；晶形不完善，多为歪晶、聚晶、连晶或他形晶；晶体裂隙发育；多为草绿色，粉末状者常呈烟灰色；多浸染在石英脉、交代石英岩或铁白云石等其他矿物中。早阶段和晚阶段黄铁矿以立方体晶形为主，粒度较粗；多数矿床早阶段黄铁矿破碎、变形现象明显，并被后期矿物穿插、交代和充填；晶体的自形程度显著高于中阶段，多为自形、半自形。比较3个金矿床黄铁矿的结晶学特征的变化可以得证实（ 表1） 。

单矿物成分研究揭示烟灰状黄铁矿的杂质元素含量高，晶胞参数较大程度地偏离标准值。例如河北张全庄金矿，其富金的五角十二面体黄铁矿（ w _Au 192．0×10^－3）
晶胞参数明显大于贫金的立方体黄铁矿（ w _Au5．2×10^－3） ，因此五角十二面体黄铁矿容纳了更多原子半径较大的 As，使五角十二面体黄铁矿的 w （ As） 高于立方体黄铁矿（ 图1）
。

大量研究表明，造山型金矿都形成于流体系统的减压降温过程，至今未见例外。以五角十二面体为特征的中阶段黄铁矿主要形成于中等温度（200℃～350℃） 、较高硫逸度的热液；过高或过低的温度有利于立方体黄铁矿形成。微区分析发现，富金黄铁矿常具有环带构造，说明波动或振荡的物理化学条件是金沉淀的有利条件。

2．2 理论和实验

陈光远等和
Murowchick 等认为，黄铁矿的结晶习性对环境变化反映敏感，在低过饱和度、低硫逸度和高于或低于最佳温度的条件下，有利于｛100｝发育，晶形较简单；在中等温度、高过饱和度、高硫逸度条件下，有利于｛210｝和｛111｝发育，晶形趋于复杂。通过对黄铁矿晶体3个主要单形晶面的微形貌和生长机制研究，陈光远等认为，高硫逸度有利于黄铁矿｛210｝和 S 面｛100｝面上发育聚形条纹，且条纹阶梯高度较大，为自然金成核提供了有利的凹角，形成的自然金颗粒稳定，并容易被黄铁矿包裹。因此，｛210｝和 S 面｛100｝及其聚形发育的黄铁矿具有较高载金能力；相反，｛100｝晶面光滑，生长条纹阶梯高度小，不利于载金。蔡元吉等通过黄铁矿合成实验研究，证实了这一认识。黄铁矿吸附金的动态实验（
图2） 表明，当发生构造-热液脉动时，先成黄铁矿大量破碎，出现地球化学屏障；含金流体流经屏障时，溶液中的金快速沉淀于黄铁矿的表面、裂隙和
晶隙中，从而富集成矿。据此判断，金的沉淀、就位、成矿并非一个缓慢均匀的积累过程。对不同粒度黄铁矿对比试验显示，黄铁矿粒度越细，金沉淀速度越快，金沉淀量越多。显然，该实验结果不仅吻合于“烟灰状”黄铁矿富金的地质事实，也与前述富金黄铁矿的环带结构一致。

根据金矿床流体包裹体研究揭示的金成矿条件，赵伦山等实验合成了含金黄铁矿（
实验条件：T ＝400℃～200℃；P ＝50MPa～10MPa；cNaCl＋Na₂S ＝0．5mol／L～1mol／L；pH＝2～6．5） 。结果表明，金主要以显微或超显微颗粒形式被包裹在黄铁矿中，黄铁矿颗粒边缘金含量明显高于内部（
图3） ，更多的金仍保留在溶液中；Au 在热液体系的行为与流体包裹体研究的结果一致。该实验结果可以解释为：在热液体系中，黄铁矿结晶速度大于自然金矿物，黄铁矿沉淀先于自然金，在黄铁矿结晶或成核之后，金附着于黄铁矿表面；虽然具体附着机理（ 如吸附）
尚待进一步确定，但黄铁矿表面与含金热液流体相互作用导致金沉淀富集确实可以肯定；而且还可肯定的是，在溶液中金含量相同的情况下，自形程度较好的粗粒黄铁矿因其比表面积小，与含金热液相互作用的强度小，其载金能力势必弱于细粒他形的黄铁矿。显然，该解释与所有前述的地质事实和实验结果相吻合。

综合上述可得出结论：（1）
｛210｝和｛100｝＋ ｛210｝晶形的黄铁矿可作为金富集的标志；（2） 细粒的和破碎的黄铁矿有利于富集金；（3） 黄铁矿结晶学特征可以指示成矿流体的饱和度和温度等物理化学条件；（4） 烟灰状黄铁矿的结晶学特征和形成条件的特殊性决定其具有较强的载金能力，可以作为金富集成矿的直接地质标志。

3．1 原理概述

矿物化学成分决定着矿物的各种性质，其变化与形成过程和物理化学条件密切相关，是最重要的矿物标型特征。黄铁矿几乎见于各类热液矿床，其成分特征值得深入研究。理论上，黄铁矿由 FeS₂ 组成，晶体结构类似 NaCl，属立方原始格子。铁离子占据NaCl 型结构的阳离子位置，共价的硫对（ 即 S- S，键长为0．214nm） 占据阴离子位置。

金矿床中的黄铁矿常含
Zn，Cd，Ga，Pb，Bi，T e， Hg，Au，Ag，Sn，As，Sb，Cu，Co，Ni，Mo，Ba，Y，Yb， Zr，T i，V，W，Nb，Cr，Mn，Sr，U，T h 等元素，造成黄铁矿 Fe，S 的质量分数低于理论值，S／Fe 比值偏离理论值（ 表2） 。这些元素主要有两种存在形式：一是呈类质同象形式进入黄铁矿晶格，例如，Co，Ni等替代 Fe；As，Se，T e 等替代 S；类质同象替代使黄铁矿晶形畸变，载金能力增强。二是以机械混入物形式存在于黄铁矿中，如
Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Sb，Bi， W，Sn 等元素。

流体性质和成分不同，导致黄铁矿杂质元素种类和成分亦不同，因此不同类型矿床的黄铁矿常有不同的杂质元素组合。不同成矿阶段的物理化学条件不同，其黄铁矿的杂质元素特征也有差异。一般而言，较高温度时，Co 和 Ni 等元素类质同像取代晶格中的 Fe；温度较低时，As，Se，T e 等易类质同像取代黄铁矿晶格的 S。从流体成矿系统的下部到上部，从中心到边缘，温度、压力等逐渐降低，导致成矿系统下部和内部富集 Co，Ni，Cu，W，Sn，Bi，Mo 等化学活动性弱的中高温成矿元素，构成矿体的尾晕；相反，在成矿系统顶部或边缘则富集
Hg，Sb， As，Se，T e，Pb，Zn，Ag 等化学活动性强的中低温成矿元素，构成矿体头晕或边缘晕。这种元素的空间分带性被不同位置的黄铁矿所记录，使黄铁矿杂质元素特征被用以指导矿床勘查评价。

总之，黄铁矿成分的变化记录了流体性质和运移、演化方向，也反映了流体成矿的温度和压力条件以及水岩相互作用的特征，可用于反演流体成矿过程，作为矿床勘查标志。

3．2 黄铁矿 Au 和 Ag 的质量分数

不同矿区黄铁矿成矿元素的质量分数显示出极为类似的变化规律（
表3） ，中阶段烟灰状黄铁矿（ 第Ⅱa，Ⅱb 世代） 的 Au，Ag 的质量分数较高，而在粗粒石英黄铁矿阶段（ Ⅰ） 和石英碳酸盐阶段（ Ⅲ） 的质量分数较低（ 图4） 。此外，李金宝等研究，河南卢氏石门金矿的细粒黄铁矿中金质量分数是粗粒黄铁矿的3．2倍，中阶段烟灰色石英金质量分数是早阶段乳白色石英的27．7倍。其实，在造山型金矿床中，卡林型烟灰状黄铁矿的金质量分数高于粗粒亮黄色自形黄铁矿公认的普遍现象。不仅如此，在断控脉状金矿中也存在类似现象，例如，Simon 等对美国T win-Creeks 金矿研究发现，250℃以上缓慢结晶形成的 早 阶 段 自 形-半 自 形 砷 黄 铁 矿
或 毒 砂 （ w A_s 0．33％～0．85％） 中金的质量分数为60×10^－6，其Au⁰／Au^＋可低至0．052，金主要以离子状态存在；而200℃～120℃快速结晶形成的非自形低砷黄铁矿中w （ Au） 高达595×10^－6～1465×10^－6，其 Au⁰／Au^＋升至1．17～1．78，零价自然金占据金质量分数的60％以上。

金在黄铁矿中以颗粒金（
Au⁰） 和离子金（ Au^＋）的状态存在，有3种赋存方式，即包体金、裂隙金和晶格金，并以前两种方式为主。其中，颗粒金可通过如下反应从热液中沉淀析出：

［Au（ HS）₂］^－＋Fe^2＋＝Au＋FeS₂＋2H^＋

显然，金沉淀与体系中

3．3 黄铁矿 As 和 Sb 的质量分数

在不同阶段的黄铁矿中，Au
与 As 和 Sb 显示了明显的正相关关系（ 图4，表3） ，并在中阶段黄铁矿中强烈富集。其原因是，As 和 Sb 可类质同像代替黄铁矿晶格中的 S，并引起至少4个方面的变化：（1）
由于 As，Sb 的半径大于
S，它们对 S 的替代导致黄铁矿晶格畸变，增强了黄铁矿容纳金的能力，并使金可以占据晶格位置，因此砷黄铁矿是离子金含量最高的矿物；（2） 由于 As，Sb 在黄铁矿中分布不均匀，使砷黄铁矿常有环带结构出现；（3） 由于 As和 Sb 呈负3价，类质同像取代实际为［As2］^3－或［AsS］^3－代替［S2］^2－，使黄铁矿出现空穴，变为 P 型半导体，增强了黄铁矿的热电性。（4） 由于［As2］^3－或［AsS］^3－代替［S2］^2－，黄铁矿表面带负电荷，这一方面有利于带正电荷的自然金胶体离子以电泳方式聚集到黄铁矿表面，从而被捕获富集；另一方面有利于 Au^＋聚集于黄铁矿周围，并加入黄铁矿晶格。总之，As 和 Sb 的参入导致黄铁矿结晶学特征、成份、热电性、含金性等方面的一系列变化，是金富集程度的有效标志之一。

由于 As 和 Sb 的化学活动性较强，在中低温条件下更活泼，因此在时间上更易富集于中阶段的黄铁矿中，在空间上趋向于富集在成矿系统的中上部，是矿体头晕的指示元素。事实上，前人已经将它们作为头晕指导矿床勘查和研究。

3．4 黄铁矿 Co 和 Ni 的质量分数

Co，Ni 与 Fe 均为第4周期ⅧB 族元素，性质相似，Co 和 Ni 可类质同像取代 Fe，并可分别呈
Co^3＋， Ni^4＋价态，表现为黄铁矿电子心成分，使黄铁矿热电性增强。由于黄铁矿 eg 带空位，而黄铁矿族的方 硫钴矿（ cattierite，CoS₂） 和方硫镍矿（ vaesite， NiS₂） 的 eg 带上则分别充满着1个和2个电子，相互间的电子斥力较大，导致键距增大（ 黄铁矿为0．226nm，CoS₂为0．234nm，NiS₂ 为0．240nm）
，晶胞棱长加大，有利于半径较大的 Au，Ag 等元素被捕获富集。因此，黄铁矿 Ni，Co 的质量分数高时，热电性增强，晶胞参数增大，载金能力增强。

在表3和图4中，Ni 总在Ⅱ阶段黄铁矿中质量分数最高，与金质量分数正相关；Co 的质量分数变化规律不明显，但 Co／Ni 比值却总在Ⅱ黄铁矿中最低。以上显示了 Ni 的质量分数及 Co／Ni 比值与金沉淀富集的关系。

Co，Ni 属于亲铁元素或基性场元素，通常在地幔或基性-超基性岩石中含量较高，在酸性岩浆和硅铝质的陆壳中含量较低，因此 Co 和 Ni 富集指示成矿流体来源于地幔或镁铁质岩石的变质脱水，或者成矿流体与镁铁质围岩发生了强烈的水岩相互作用。例如，产于花岗岩中的后大雪金矿，其黄铁矿Ni 的质量分数低于其他矿床（ 表3） 。

4．1 理论与实验

热电性包括导电类型和热电系数，主要取决于黄铁矿中类质同像杂质元素的种类、浓度和结构缺陷的类型、密度在晶体能带结构中形成的杂质能级。黄铁矿热电性变化较大，可灵敏地反映微观结构的变化，也可标定成矿条件和金矿化程度。

蔡元吉等实验表明，黄铁矿热电性与其主成分（ Fe，S） 和杂质成分（ As，Co，Ni 等） 的地球化学性质有关，可用 ΣS／ΣFe 比值表示，其中 ΣS 为 S，As， Se，T e，Sb 等阴离子数量之和，ΣFe 为 Fe，Co，Ni， Mn，Cr，V，T i 等阳离子数量之和。一般而言，当黄铁矿形成温度＞300℃，氧逸度和硫逸度较低，Fe， Co，Ni，Cr，V，T i 等过渡金属离子活度较大，黄铁矿的 ΣS／ΣFe 常小于2，黄铁矿为 N 型半导体，热电系数 α为负值；相反，当温度和压力较低时，氧逸度和硫逸度较高，S，As，Se，T e，Sb 等阴离子活度加大，黄铁矿
ΣS／ΣFe＞2，为 P 型半导体，其 α为正值。

4．2 地质实例

胶东矿集区的 As 背景较高，矿体上部的、晚期形成的、较低温条件形成的黄铁矿属 P 型，热电系数通常为正值；矿体中部的或中期、中温条件形成的黄铁矿多属混合型半导体，热电系数或正或负；矿体下部的或早期、高温条件形成的黄铁矿属 N 型，热电系数为负值。因此，P 型黄铁矿出现几率越高、热电系数越高、热电系数离散性越小，矿石金品位也就越高。此外，杨竹森等对超高品位金矿的研究表明，70％以上的 P 型黄铁矿沿 NE 和 NNE 向构造发育，超高品位金矿床产于两组构造带或 P 型黄铁矿带的交汇部位，交汇部位 P 型黄铁矿出现率大于90％；早阶段矿化主要受 NE 向构造控制，中晚阶段矿化主要受 NNE 向构造。

王春宏等研究了小秦岭地区245件样品中黄铁矿的热电性（
每件样品测试黄铁矿20粒以上） ，除13件样品含有少量 P 型黄铁矿以外，其余皆为 N型黄铁矿；黄铁矿的 As／（ Co＋Ni） 值较高时，P 型黄铁矿颗粒多，反之，N 型黄铁矿含量多；东闯金矿As／（ Co＋Ni） 值为0．01～0．19，全部黄铁矿均为 N型；热电系数｜α｜与 Ni 和 Au 质量分数的相关系数分别为0．51和0．48，与 As 负相关；黄铁矿热电系数的绝对值｜α｜与金矿化强度正相关，矿体与｜α｜高值带在空间上叠合，向两侧降低，反映流体成矿作用从矿体向两侧减弱。此外，还发现热电系数与黄铁矿的晶形、形成阶段等均有密切联系（
表4） 。

总之，在高 As 背景和较低温度条件下，黄铁矿以 P 型为主，贫 As 和较高温度条件下，黄铁矿以 N型为主；热电系数绝对值｜α｜与金矿化程度呈正相关。

5．1富金黄铁矿的标型特征和形成条件

前述表明，黄铁矿的热电性特征、结晶学特征和成分特征之间彼此耦合，由它们所反映的成矿信息也彼此一致，相互引证，显示了黄铁矿结晶学、成分和热电性“三位一体”的标型特征。无论是地质勘查事实、黄铁矿含金性测试、黄铁矿矿物物理和矿物化学研究，还是模拟实验，都一致地证明了脉状金矿床中阶段“烟灰状”黄铁矿富金的基本事实，至少其金含量高于早阶段和晚阶段形成的粗粒、亮黄色立方体黄铁矿。因此，“烟灰状”黄铁矿应属有效的金矿床找矿标志。

由黄铁矿形态、成分、热电性等特征一致地表明，“烟灰状”富金黄铁矿快速结晶于中等温度和压力（ 一般＜300℃） 、较高硫逸度、具还原性质、近中性的过饱和溶液。早阶段和晚阶段的粗粒、亮黄色黄铁矿的形成温度相对过高或过低，溶液过饱和度较小，溶液硫逸度较低，呈相对的氧化性。事实上，大量单个矿床成矿物理化学条件的包裹体研究已经得出了上述结论，并且得到了模拟实验的证实，而在胶东个别矿区的矿物性质填图也给出了上述结果。当然，这些结论尚待更细致、更系统和更准确的地质和实验研究工作验证。

那么，为什么脉状或造山型金矿床在成矿期大量发育“烟灰状”黄铁矿和共生的细粒多金属硫化物组合？这是值得进一步探讨的问题。

5．2 烟灰状黄铁矿的形成机制

据陈光远等，晶体形成始于单体发芽，晶体发芽情况主要取决于发芽率（ C） 和晶芽生长速度（ V） 。由于晶体生长需要空间，因此单位空间内晶体的大小与晶体的数量成反比，表现为发芽率与晶体生长速度之间的消长关系。一般而言，流体或熔体的粘度，水及挥发份含量，杂质种类和含量，温度等是影响 C，V 的主要因素。温度较高时，物质运移速度快，晶体生长速度快，有利于晶体长大；水及挥发份是成晶物质运移的良好媒介和载体，其含量高时，成晶物质容易运移、扩散，有利于晶体长大；体系中的杂质可以阻挡成晶物质的扩散、运移，减缓晶体生长速度，不利于晶体长大；流体（
熔体） 粘度高时，成晶物质迁移困难，不利于晶体生长。因此，如果系统温度低，流体浓度大，水或挥发份含量低，杂质成分复杂且含量高，则晶体发芽率高，生长缓慢，以形成大量粒度细小的矿物或其集合体为特征。反之，则发育粗粒晶体。

不难理解，对于某成晶物质而言，其他种类晶体的成晶物质都是杂质。举例来说，对黄铁矿而言， Fe^2＋为成晶物质，Fe^3＋，Pb，Ni 等阳离子皆为杂质。因此，当我们发现某种矿物粒度细小时，可以推断其共生矿物的粒度也细小，而且不同种类的矿物都表现出杂质含量高的特征。例如，前述脉状金矿床中阶段的多金属硫化物组合，不仅黄铁矿等硫化物粒度细
小，与 其 共 生 的 石 英 粒 度 也 较 小，有 时 为 玉髓。

在掌握了晶体发育过程和制约因素之后，可以更好地理解脉状金矿床不同成矿阶段的黄铁矿标型特征。尽管矿物包裹体热力学研究揭示成矿温度和压力从早到晚逐渐降低，但由于早、晚阶段黄铁矿等矿物的粒度和自形程度大于中阶段，杂质含量低于中阶段，使没有理由认为温度和压力变化是导致中阶段“烟灰状”富金黄铁矿发育的直接原因。然而，包裹体研究还揭示中阶段往往发生以 CO₂ 散失为特征的流体沸腾现象，这种流体沸腾必定导致热液瞬时过饱和、硫逸度升高、还原性增强、粘度增大等一系列截然变化，也就势必导致以“烟灰状”黄铁矿为标志的多种矿物的快速共沉淀。

大量脉状金矿床氢氧碳同位素体系研究表明，早阶段为中高温度压力的变质水热液，晚阶段为低温低压的大气降水热液，中阶段为两种流体的混合作用。显然，两种不同性质的流体混合时，两种流体的性质将突然改变，原有的物质平衡和络合物的稳定性被瞬时破坏，势必导致大量物质快速共沉淀，形成以“烟灰状”黄铁矿和玉髓状石英为特征的成分复杂的细粒矿物组合。

前述流体沸腾和混合均可造成以烟灰状富金黄铁矿为特征的细粒矿物组合，此与中阶段的矿化特征完全一致。那么，中阶段流体沸腾和／或混合的原因又是什么呢？仍然值得进一步探索。

5．3 CMF 模式与流体成矿过程

通过对我国碰撞体制的脉状金矿床之流体成矿作用研究，前人建立了碰撞造山成岩成矿与流体作用的3阶段模式，简称 CMF 模式；并强调构造体制由挤压向伸展转变期有利于流体沸腾和混合，造成以“烟灰状”黄铁矿为标志的多种矿物快速沉淀，且矿物结晶粒度细、自形程度低、杂质含量高。显然，CMF 模式为解决“烟灰状”黄铁矿富金问题提供了思路，并已获得了同位素地球化学等方面的支持。但是，CMF 模式尚未得到矿物学研究结果的验证。由于上述提及的矿床均产于碰撞造山带，故有必要将前述矿物学研究结果与 CMF 模式（ 图5） 相联系，以检验结论的普遍性和 CMF 模式的科学性。

在 CMF 模式中，对于赋存于断裂构造带内的脉状矿床带（ D 带） 而言（ 图6） ，贯入断裂带的变质流体沸腾与否取决于流体压力与围压的关系，当流体压力（ p _f） 超过围压时，流体便沸腾。当断裂切穿BDL （ brittle-ductile transition level，脆韧性转换面） 时，在不考虑构造附加压力（ p _s） 的条件下，BDL之下的流体压力等于静岩压力，BDL 之上的流体压力等于静水压力（ 通道系统贯通） 。深源变质流体沿断裂带上升至
BDL 带及更浅时，变质流体压力突然超过流体平衡压力系统约3倍，因此必定突然沸腾，使溶液瞬时过饱和，大量物质快速沉淀结晶。因此脆韧性转变带有利于矿化就不难理解。

然而，D 带脉状矿床及其赋矿断裂经历了陆陆碰撞过程的3阶段演化，不同阶段的流体具有不同的围压，导致 BDL 深度不同，流体沸腾的深度也不同（
图6） 。在增温增压阶段，由于构造附加压力（ p _s）的存在，向上运移的变质流体只能在较浅的地壳层次沸腾（ p _f ＞p _s＋p _w） ；同时，p _s 使浅层构造系统紧闭，加之该阶段温梯度低，不利于大气降水下渗循环，因而大气降水热液活动较弱，其与变质流体的混合作用也相应较弱（
图6A） 。在减压增温阶段，较高的地温梯度为流体产生和循环提供了足够的能量；虽然 p _s 依然存在，但由于固体物质的弹性回跳属性，p _s减弱势必导致断裂构造系统伸展扩容，为各类流体运移提供了良好通道，进而造成变质流体与大气降水热液的混合异常强烈；同时，减压导致大量上升变质流体可以在较深的地壳层次发生沸腾（
图6B） ；因此，中阶段必定有大量物质的快速沉淀结晶，突出地表现为以烟灰状黄铁矿为标志的细粒硫化物-石英组合。在减压降温阶段，活动组分越来越亏损，地温梯度越来越低，深部产生的变质流体越来越少或者消失，其沸腾作用及与大气降水热液的混合作用也相应变得，且深度进一步加大，因此晚阶段烟灰状黄铁矿极为罕见（
图6C） 。

上述流体沸腾与混合在时间和空间的变化，加之流体性质与来源的演化，表现在矿床特征上，总体为早阶段为含粗粒黄铁矿石英脉在压性、韧性状态下贯入，中阶段为细粒石英-硫化物组合呈网脉状穿插，晚阶段为含少量中粗粒黄铁矿的梳状石英-碳酸盐细脉发育。

如果再考虑整个过程发生在造山期的地壳隆升和顶部剥蚀过程，BDL 面下移幅度更大的话，则上述3阶段矿化现象更为明显，特别是当矿体的早阶段流体沸腾和混合产物遭受剥蚀之后（
多数实际情况如此） 。

6.1 对若干典型金矿的总结表明，华北克拉通脉状造山型金矿的流体成矿过程总体可以划分为早、中、晚3个阶段。早阶段形成黄铁矿-石英组合，以粗粒乳白色石英脉为代表；中阶段发育石英-多金属硫化物组合，常表现为浸染状微细网脉，石英常为细粒烟灰色或无色；晚阶段为偶含黄铁矿的乳白色石英-碳酸盐细脉，多具梳状构造。

6.2 不同阶段黄铁矿的结晶学特征不同：早阶段和晚阶段黄铁矿多为自形 半自形的立方体，粒度粗，为亮黄色，晶胞参数接近于标准值；中阶段黄铁矿多为他形
半自形的五角十二面体、八面体及其聚型，歪晶、聚晶、连晶常见，粒度细小，晶面参差不平，常呈草绿、灰绿或黄绿色，晶胞参数偏大，总体表现为“烟灰状”。

6.3 不同阶段黄铁矿微量元素成分差异显著，突出地表现在中阶段黄铁矿 Au，Ag，As，Sb，Ni 含量明显高于早、晚阶段，而 Ni／Co
比值则低于早、晚阶段。

6.4 在高 As 背景和较低温度条件下，黄铁矿以 P型为主，贫 As 和较高温度条件下，黄铁矿以 N 型为主；热电系数绝对值｜α｜与金矿化程度呈正相关；中阶段黄铁矿热电性强。

6.5 低程度结晶、高杂质成分和强热电性的“三位一体”，构成了中阶段烟灰状黄铁矿作为金矿勘查的有效直接标志。

6.6 富金烟灰状黄铁矿快速沉淀于成矿流体的瞬时过饱和或物理化学性质瞬时巨变的条件下，流体沸腾和混合是最重要机制。

6.7 赋矿断裂带的脆韧性转变带（ BDL） 有利于流体沸腾和混合，是高品位脉状金矿床形成的最佳空间；区域构造演化的挤压向伸展转变期最有利于流体沸腾和混合，是高品位脉状金矿床形成的最佳时间。

6.8 脉状金矿床黄铁矿标型特征研究结果与陆陆碰撞体制流体成矿作用的3阶段模式（
即 CMF 模式） 完全吻合，从矿物学角度证明了 CMF 模式的科学性，同时，在一定程度上表明了归纳的富金黄铁矿标型特征的可靠性和普遍性。