金（Au）在地壳中的平均丰度约为1 ppb。然而，在特定地质条件下，Au可发生显著富集，形成大型至超大型金矿床。在多种典型矿床类型中，Au常常以“不可见金”形式赋存于含砷黄铁矿中。地球化学观测和实验模拟表明，黄铁矿中Au与砷（As）含量呈显著正相关关系，即As含量越高，Au含量通常越高，最高可达数千ppm。然而，As促进Au进入黄铁矿的原子尺度机制仍缺乏清晰认识。中国地质大学（北京）地球科学与资源学院博士生高子越在邓军教授和邱昆峰教授的指导下，联合国内外合作者，通过第一性原理计算，系统评估了黄铁矿中多种微量元素及本征缺陷（Fe、S空位）的单独替代和与金协同替代的能量学与结构响应，从原子尺度揭示金进入黄铁矿晶格的根本机制。取得以下认识：

（1）系统比较了黄铁矿中多种元素与金的协同替代效应。研究涵盖了Fe位点（Co、Ni、Cu、Sb_Fe-site、Ag、Au）和S位点（N、P、As、Se、Te、Sb_S-site）共11种元素。综合元素含量、结构响应及形成能变化，表明在所有替代模型中，As最有利于促进Au在黄铁矿中的富集，其中Au–As直接键合作用起关键作用。

（2）阐明了As降低Au替代形成能的电子结构机制。Au替代Fe会引入三个离域电子，而As替代S可提供电子空穴。Au–As相互作用有助于实现电子稳定分布，从而提高Au在黄铁矿中的稳定性。

（3）揭示了As有助于缓冲Au造成的晶格应力。Au替代Fe会导致晶胞体积显著膨胀，而As的引入能够降低局部晶胞畸变程度，并将其限制在配位八面体内部，从而抑制应力的远程传播。

（4）明确了As含量对于Au替代的边际效应。随着Au周围As配位数从0增至6，形成能逐渐降低，并在As:S=3:3后降低幅度变小，表明AuAs₃S₃配位八面体是最佳局域构型。

本研究将矿床尺度的物理化学过程与微观尺度的晶体化学机制相联系，为理解大型金矿床的形成机制提供了新视角。该机制亦可应用于至其他“不相容”元素在硫化物中的富集，以及其他矿物体系中的微量元素富集行为。

图1 Au与微量元素协同替代的结构响应和形成能变化

图2 FeóAu取代引起的结构畸变

本研究得到国家自然科学基金（42521005、92562302、42530811）、国家重点研发计划（2023YFC2906900）、深时数字地球前沿科学中心（2652023001）等联合资助。发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Gao, Z.Y., Qiu, K.F.*, Caracas, R., Luo, B.C., Liu, X., Long, Z.Y., He, D.Y., Fu, J.N., Xu, M.J., Yu, H.C., Ding, Z.J., Jun, D., 2026. Large-scale gold incorporation in bulk pyrite mediated by arsenic. Geochmica et Cosmochimica Acta, 2026, 421: 44-53.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.03.055