造山型金矿床作为世界上最重要的金矿类型，其探明储量占全球金储量的30%以上。传统主流观点认为金的成矿流体中金主要以金的无机络合物的形式存在，例如Au(HS)₂^-和AuCl₂^-。近年来，矿床学大量研究对成矿流体中仅存在无机金属络合物的传统观点提出了挑战，并提出有机物金属络合物在金属迁移过程中的重要性。Crede et al. (2019) 证实了原油和油田卤水之间的分配系数非常高，大部分金集中在原油中而不是油田卤水中，并且金可以与原油结合形成金的有机硫醇络合物。Haghi et al. (2022) 最新的研究采用第一性原理分子动力学来验证金离子在有机相和水相中的溶解度，揭示了有机物生成金的有机络合物的能力。这一发现得到了在深海黑烟囱中发现的金属有机络合物的支持。

作为中国最重要的造山型金矿带之一，位于西藏南部的雅鲁藏布江缝合带（IYZSZ）在解决这个科学问题中起着关键作用。IYZSZ已探明金储量约为200吨，内部的造山型金矿床通常赋存于三叠纪变质沉积岩中，该地区的西侧出露一套以雅拉香波穹窿为中心的低绿片岩相-角闪岩相的完整变质沉积岩带并富含有机物。此外，Zhai et al. (2014) 和 Ding et al. (2022) 的研究发现IYZSZ造山金矿床的流体包裹体中存在多种无机和有机碳化合物，如CO₂、CH₄、烷烃和多环芳香烃。因此，IYZSZ为研究金是否能够以金有机络合物的形式从源区迁移提供了一个理想的研究领域。

成矿流体的热力学模拟作为一种新颖研究手段被广泛应用在矿床学领域中，模拟结果能够很好地揭示岩石在不同的P-T条件下释放的流体成分组成及元素释放量。我院博士研究生丁正鹏在导师孙晓明教授的指导下，对IYZSZ的变质带进行系统性采样，并与我院硕士研究生徐小彬、凌诗梦和谢卓然合作开展了详细的热力学模拟研究。作者使用HCh软件在前人研究的基础上使用变质砂岩的全岩组分并加入C₁₂₈H₆₈O₇作为唯一碳的来源进行了变质岩的视剖面相平衡模拟和不同变质温压条件下醋酸、醋酸金、CO₂和CH₄释放量计算，从而进一步判断成矿流体中金的有机络合物能否对IYZSZ造山型金矿床成矿过程作出贡献。

研究结果显示：IYZSZ的变质砂岩在经历进变质过程时，随着温度压力增加，有机物开始逐渐分解并形成不同的含碳组分（图1）。在相对高压低温的条件下且压力大于3000bar时，有机组分（醋酸，醋酸根）和金的有机络合物（醋酸金，醋酸金根）在模型中占据主导地位，能够稳定的存在于岩石产生的变质流体中。醋酸金和醋酸金根的浓度最高分别可达5.5和1.4 ppb。当压力保持不变而温度升高时，两者的浓度逐渐下降，CO₂和CH₄变成了模型中主要的含碳组分。并且温度大于500°C时，压力对于模型的影响逐步降低。由于热力学数据和软件的限制，我们无法模拟从上地壳到岩石圈地幔尺度下成矿流体演化过程的变化并推断金的有机络合物完整的演化过程。因此，我们使用CHNOSZ中的深部地球模型并加入部分代表性的有机-无机碳组分从而模拟在下地壳至上地幔岩石中的流体是否能够存在有机碳组分。模拟条件设置基于Wang et al. (2018) 对该地区的变质岩石学研究。模拟结果表明，当温度保持600°C不变时，随着压力的逐步升高，原本无机碳组分在中酸性和高氧逸度条件下的优势区域逐步被有机组分所取代并进一步扩大（图2）。

论文详细阐述了金的有机络合物在金矿化过程中的作用： 在区域进变质过程中，岩石中的有机物逐步分解并释放有机组分进入成矿流体，其中一部分有机组分可以与金离子结合形成金的有机络合物并通过脆-韧性剪切带从下地壳岩石中逐步迁移到上地壳岩石中。这些剪切带充当阀门的角色，在高压下打开以允许流体流入，在较低压力下关闭以储存成矿流体。矿化流体中的压力变化导致有机组分和金的有机络合物反正分解从而产生CO₂、CH₄和自然金，并有助于形成高品位金矿石（图3）。

图 1 含碳组分释放量的视剖面

根据前人的理论，金的硫络合物是金离子的主要载体。然而，即使在最理想的环境下，这些络合物也难以携带足够的金并在后期沉淀形成高品位金矿石。因此，研究人员提出了在矿化流体中运输金的替代方法。Petrella et al. (2022)指出，富含碳的流体对形成高品位造山型金矿床至关重要，其中许多纳米金颗粒托存在碳和硅的固相中。该文结论表明，高浓度的CO₂不仅显著增加了金离子的含量，而且随着流体冷却和减压，能够导致矿床中的纳米金颗粒的富集。我们的研究结果对这一理论提供了重要的补充，强调了金的有机络合物在金迁移的早期阶段的存在，以及CO₂和烃类物质的新来源。尽管我们没有在流体包裹体中观察到金的有机络合物的存在，但它们有可能存在于早期的成矿流体中。综上所述，我们认为在IYZSZ的地层经历区域进变质过程中形成的有机组分能够和部分金离子结合形成金的有机络合物赋存于成矿流体中迁移并为区域上的金矿化事件提供部分贡献。

图 2 碳在不同氧逸度和pH条件下的热力学相图

图 3  IYZSZ区域成矿模型示意图

上述研究成果以我院博士研究生丁正鹏为第一作者，孙晓明教授为通讯作者于2024年2月在发表于《Journal of Asian Earth Sciences》。论文信息：Ding, Z., Sun, X.*, Xu, X., Ling, S., Xie, Z., 2024. Likely gold transportation via organic complexes in sediment-hosted orogenic gold deposits in southern Tibet: From the perspective of thermodynamic modelling. Journal of Asian Earth Sciences. 264： 106068（DOI: doi.org/10.1016/j.jseaes.2024.106068）。

本研究得到国家自然科学基金项目No:（91855213，41972070，41672071，U1302233）和太阳集团tyc9728博士生国外访学与合作研究项目（SYSU-32110-20230907-0002）联合资助。

参考文献：

• Crede, L., Liu, W., Evans, K.A., Rempel, K.U., Testemale, D. Brugger, J., 2019. Crude oils as ore-forming fluids: An experimental in-situ XAS study of gold partitioning between brine and organic fluid from 25 to 250 °C. Geochim Cosmochim Ac, 244: 352-365.
• Haghi, A., Raissi, H., Hashemzadeh, H. Farzad, F., 2022. On the role of alkanethiol Au complex in the formation of gold deposits; an in-silico approach. Chem Geol, 610: 121101.
• Zhai, W., Sun, X., Yi, J., Zhang, X., Mo, R., Zhou, F., Wei, H. Zeng, Q., 2014. Geology, geochemistry, and genesis of orogenic gold-antimony mineralization in the Himalayan Orogen, South Tibet, China. Ore Geol Rev, 58: 68-90.
• Ding, Z., Sun, X., Hu, S., Chen, H., Li, D., Fu, Y., Xu, L., Wu, Z. Huang, F., 2022. Role of carbonaceous material in gold precipitation for orogenic gold deposits: A case study of the Bangbu gold deposit in southern Tibet, China. Ore Geol Rev, 152: 105231.
• Wang, J.M., Wu, F.Y., Rubatto, D., Liu, K., Zhang, J.J. Liu, X.C., 2018. Early Miocene rapid exhumation in southern Tibet: Insights from P-T-t-D-magmatism path of Yardoi dome. Lithos, 304-307: 38-56.
• Petrella, L., Thebaud, N., Fougerouse, D., Tattitch, B., Martin, L., Turner, S., Suvorova, A. Gain, S., 2022. Nanoparticle suspensions from carbon-rich fluid make high-grade gold deposits. Nat Commun, 13(1): 3795.

图文：丁正鹏

复核：孙晓明

初审：黄荣

审核：张照

审核发布：何晓钟