酸性蚀变岩帽是浅成低温热液系统演化的产物，其原岩通常为火山岩，其矿物组合为明矾石、石英±粘土矿物(高岭石、地开石、叶腊石)和黄铁矿，形成于低pH值，高氧化性流体化学条件。酸性蚀变岩帽在高硫化型浅成低温热液金矿床中广泛发育，是该类矿床的显著识别特征(Rye et al., 1992; Rye, 1993, 2005)，通过对酸性蚀变岩帽的野外地质特征，矿物共生组合，地球化学特征以及年代学研究，能较好阐明成矿热液系统的特征、性质、发生和发展演化及成矿作用过程，对矿床勘探具有直接的指示意义(Deyell et al., 2005; Rye, 2005)。

庐枞盆地的矿产资源非常丰富，除了大量的玢岩型铁矿床(罗河铁矿床、泥河铁矿床、杨山铁矿床等)、规模不等的脉状铜矿床和铅锌矿床之外(常印佛等, 1991; 任启江等, 1991; 翟裕生等, 1992; 毛景文和王志良, 2000; 吴明安等, 2011; 周涛发等, 2008, 2010, 2016; Zhou et al., 2015; Franco and Zhou, 2015)，盆地中还蕴藏着大量的非金属资源，其中最为重要的非金属资源是盆地中的明矾石，已探明的储量居全国第二(宣之强, 1998; 李钟模, 1999; 王晓琳等, 2010)。盆地中的明矾石矿床主要集中产于矾山镇地区，主要包括矾山(包括大矾山和小矾山)矿床和天官山矿床等，总的分布面积大于30km²(图 1)。近几年周涛发等(2008)、范裕等(2010)、张乐骏(2011)对盆地中矾山明矾石矿床开展了地质特征、明矾石流体包裹体、硫化物的硫同位素分析等研究工作，表明该矿床矿化在空间上可分为硅化带、石英-黄铁矿-明矾石化带、明矾石-高岭石化带，在垂向上具有硅化带、硅化+明矾石化带、明矾石+高岭石带、绢云母+绿泥石带的空间分布特征，指示庐枞盆地存在着高硫化浅成低温热液系统。但这些研究只针对矾山明矾石矿床本身进行，而对庐枞盆地北部大范围分布的酸性蚀变岩帽的岩相学、地球化学特征以及水平方向上矿物分带特征的研究尚未开展，蚀变岩帽的时空分布与成因仍有待进一步研究。

图 1

Fig. 1

图 1 庐枞盆地地质略图(据周涛发等, 2010) Fig. 1 Geological sketch map of Lu-Zong volcanic basin (after Zhou et al., 2010)

酸性蚀变岩帽及相关成岩成矿作用研究的难度在于其组成矿物多为粘土矿物，颗粒极其细小，肉眼不易辨认。短波红外光谱技术(Short Wave Infra-Red, SWIR)是近年来发展起来并逐步成熟的一种应用于光谱矿物测量技术，是由高光谱遥感技术发展而来的。本次研究对庐枞盆地中矾山地区的浅色酸性蚀变岩帽进行了系统的网格采样工作，并磨制薄片进行镜下观察，在手标本和镜下均难以准确区分矿物种类的情况下，开展了全岩地球化学分析和BJKV-Ⅳ型便携式近红外矿物分析仪(PNIRS)测试，确定酸性蚀变岩帽的矿物组成、分类和分带特征以及地球化学特征，初步探讨了矾山地区酸性蚀变岩帽的形成过程。

庐枞盆地介于安徽省庐江县(庐)和枞阳县(枞)之间，是长江中下游多金属成矿带中一个重要的多金属矿集区(常印佛等, 1991; 翟裕生等, 1992)。庐枞盆地的展布受三组深大断裂所控制(图 1)，基底东浅西深，属于继承式中生代陆相盆地(任启江等, 1991)，火山岩出露面积约800km²。庐枞盆地的地层属于下扬子地层分区，地层发育较全，出露的沉积地层主要为中侏罗统罗岭组(J₂l)陆相碎屑沉积岩，与火山岩系呈不整合接触，火山岩由老至新可分为龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组，在空间上大体呈同心环状分布，由老到新，从盆地边缘向盆地中心依次分布，各组之间均为喷发不整合接触(任启江等, 1991; 周涛发等, 2008)，构成4个旋回。各旋回的火山活动均由爆发相开始，此后溢流相逐渐增多，最后以火山沉积相结束，喷发方式由裂隙-中心式向典型的中心式喷发演化，火山岩类由熔岩、碎屑熔岩、火山碎屑岩及次火山岩组成。龙门院组主要分布在盆地边缘，以角闪粗安岩为特征岩性标志；砖桥组主要分布在庐枞火山岩盆地中部，以辉石粗安岩为特征岩性标志，构成了庐枞盆地火山岩的主体部分；双庙组主要分布在庐枞盆地中部和南部，以粗面玄武岩为特征岩性标志；浮山组仅在庐枞盆地中部仅零星分布，出露面积较小，以粗面质火山岩为主(图 1)。

庐枞盆地存在两组火山机构，一级机构是整个火山岩盆地构成的一个大型火山负向构造，主要受西部郯庐深大断裂控制；二级机构是在盆地内受各种断裂构造控制的的次一级火山机构(吴长年等, 1994)。盆地北部的矾山地区呈环状的大型火山洼地，是庐枞盆地火山凹陷即一级火山构造的组成部分(宦鹏德, 1980; 潘国强和董恩耀, 1983; 吴长年等, 1994)，以裂隙中心式喷发为主，多次活动。

庐枞矿集区内部有30余个侵入岩岩体分布，侵入岩体的形成与区域火山活动有着极为密切的关系，这些岩体按岩性可主要分为二长岩和正长岩以及石英正长岩和花岗岩。二长岩和正长岩主要分布在盆地的北部，出露面积较大岩体有巴家滩岩体、龙桥岩体、罗岭岩体、土地山岩体等；石英正长岩和花岗岩位于盆地的南部和东部，出露面积较大岩体有城山岩体、花山岩体、黄梅尖岩体等(周涛发等, 2010; 范裕等, 2008)。

庐枞盆地是一个铁、硫、铜、铅锌、明矾石、金、铀等多种矿床构成的矿集区，盆地西侧产出斑岩型沙溪铜(金)矿床，盆地内矿床类型(周涛发等, 2011)主要有：(1)与龙门院旋回有关的次火山热液型Pb、Zn矿床，如岳山铅锌银矿床；(2)与砖桥旋回有关的玢岩型铁矿床，如罗河铁矿床，龙桥铁矿床，泥河铁矿床、小岭硫铁矿床、大包庄硫铁矿床；高硫化型矿床，如矾山明矾石矿床等，明矾石矿物储量约5866万吨；以及中温热液型铜金矿床，如井边、石门庵、天头山、拔茅山脉状铜金矿床等；(3)与正长岩类侵入岩有关的铁氧化物-铜-金(铀)矿床，如马口、杨桥、吴桥、3440、34等铁-铜-金(铀)矿床(点)。

酸性蚀变岩帽主要分布于矾山地区，位于庐枞盆地北部(图 1)。矾山地区出露的地层主要为白垩系下统砖桥组(K₁zh)和双庙组(K₁s)火山岩(图 2)。砖桥组火山岩构成了该区的地层主体，分布在整个地区，该组火山岩可分为上下两段。下段以凝灰岩为主，自下而上又发育紫褐色、灰褐色杏仁状中斑粗安岩和紫色凝灰岩、凝灰质粉砂岩、沉角砾凝灰岩，总厚度大于1000m；上段以粗安岩为主，中间夹有几层紫红色凝灰质粉砂岩，总厚335m，与下覆的凝灰岩呈假整合接触。双庙组火山岩在地表出露于矾山镇西南，呈喷发不整合覆盖在砖桥组不同层位之上，分为上下两段。下段自下而上为紫红色凝灰质粉砂岩、细砂岩夹沉火山角砾岩，杂色细火山角砾岩，紫红色、灰绿色沉凝灰岩，总厚463m；上段以安山质粗安岩为主，灰紫色、灰黑色杏仁状辉石粗安岩与紫红色凝灰质粉砂岩互层，总厚332m。

图 2

Fig. 2

图 2 庐枞盆地矾山地区地质简图 Fig. 2 Geological map of Fanshan district in Lu-Zong Basin

矾山地区火山岩系褶皱构造不发育，主要由砖桥组火山岩构成的单斜构造，火山岩地层走向为140°，向西南倾斜，倾角25°~40°。部分地层产状由于受到侵入体的影响而稍有变化。该区断裂构造较为发育(图 2)，主要是矾山正断层和西山正断层，近南北向，穿切矾山明矾石矿体和火山岩地层，为矾山明矾石矿床成矿后构造。

矾山地区的侵入岩主要是正长斑岩，以小的岩株和岩墙状主要产出于蚀变区的北部地区，对矾山明矾石矿体和火山岩地层具有破环作用，为矾山明矾石矿床形成后的侵入岩。正长斑岩呈肉红色，斑状结构，块状构造，由钾长石、斜长石及少量石英和暗色矿物组成；斑晶为钾长石、斜长石和少量角闪石，钾长石斑晶为半自形板状，粒径0.3~1.5mm，含量约75%；斜长石呈半自形-自形板状，可见到聚片双晶细且密，粒径0.5~1mm，含量15%；角闪石、黑云母和石英呈他形充填在长石颗粒间，粒径0.4mm；岩石发生强烈的高岭石化、绢云母化。

砖桥组火山岩在该区遭受强烈的蚀变改造作用，发育不同程度的硅化、明矾石化、粘土化，分别形成不同的蚀变岩，大部分岩石难以恢复原岩岩性。酸性蚀变岩帽赋存在砖桥组凝灰岩和粗安岩中，组成矿物有石英、明矾石、高岭石、地开石、绢云母、伊利石、珍珠陶土、黄铁矿、叶蜡石、黄钾铁矾和褐铁矿等，是以明矾石为代表的酸性硫酸盐矿物组合(Rye et al., 1992; Rye, 2005; 杨永胜等, 2015)。矾山地区酸性蚀变岩帽整体呈灰白色、白色、黄灰色，部分见浅红色、暗紫色，矿物颗粒极小，难以区分矿物种类，且蚀变岩均发育褐铁矿化。灰白色蚀变岩致密质硬，主要由石英组成；浅红色蚀变岩部分呈土状集合体，部分见到片状半透明矿物充填在孔洞中；暗紫色蚀变岩原岩可能为凝灰岩，发生强烈的粘土化，白色、黄灰色蚀变岩大多呈土状集合体，组成矿物主要是粘土矿物。

本次研究主要采用200m×200m网格采样方法，对矾山地区出露的酸性蚀变岩帽进行了系统地表采样，在矾山明矾石矿区进行高密度采样，而在外围进行稀疏采样(图 2)，共采集样品284个。采集的样品重量约1kg，有的呈白色或黄色土状集合集，有的呈灰白色致密块状，少量呈灰黑色块状。对采集的部分样品进行磨片观察，但矿物粒度极小，镜下难以区分矿物种类，因此对采集的284个样品开展了全岩地球化学分析(145个)和PNIRS测试(约620个)，经两种方法鉴定矿物后，对镜下明矾石颗粒较大的探针片进行了探针测定工作。

酸性蚀变岩帽的全岩地球化学分析是在加拿大温哥华英美资源集团公司ACME实验室(Anglo American package AA group LITHO, ACME Lab, Vancouver, Canada)完成。对野外采集的样品进行破碎、分离，将250g的样品磨成200目，在105℃条件下烘干，采用LiBO₂/LiB₄O₇进行溶样，ICP-ES(电感耦合等离子体发射光谱)/ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)分析。主量元素测定采用ICP-ES(电感耦合等离子体发射光谱)测定，将粉末样品在高温条件下加热后加入适量的硼酸，在发射光谱仪上测定氧化物的含量，分析精度优于5%；微量元素采用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)分析方法；超微量元素采用1：1：1溶样法ICP-MS分析；Ni用4酸溶样，用ICP-ES 0.5分析；同时单独报告烧失量，total C & S。大部分元素的分析精度优于2%。

探针分析在合肥工业大学资源与环境工程学院电子探针实验室进行。电子探针分析测试条件为：加速电压15kV，束斑尺寸3μm，探针电流20nA。标准样品使用的是美国SPI公司53种矿物。基体效应是用PRZ方法修正的元素分析精度为1%~5%。

短波红外光谱技术(SWIR)能快速鉴定热液蚀变过程中常见的含羟基矿物(硅酸盐和粘土矿物)、硫酸盐矿物和碳酸盐矿物(Hauff, 1992; Thompson et al., 1999; Chang et al., 2011)。仪器主要有PIMA、TerraSpec、PNIRS。本次实验所使用的仪器为BJKF-Ⅳ型便携式近红外矿物分析仪(PNIRS)，波长范围为1300~2500nm，光谱分辨率7~10nm，光谱取样间距2nm，测量速度10s~6min。PNIRS测试主要是在合肥工业大学资源与环境工程学院完成，扫描速度为1分钟/样，每次测量矿物面积为15mm×15mm的正方形，块状样品要覆盖整个测试孔。首先进行无样品和无标样的本底测量，然后测量参比和标准两个标样，标准标样测得的波长会与实测波长相差某个数值，通过数据拟合进行系统误差校正，之后对所采样品进行测量。运用便携式近红光谱快速测定系统MSAV3.6软件对测量结果进行解译，打开需要处理的文件谱图，首先进行寻峰，系统将自动给出谱图中各吸收峰值，进行峰值检索，系统给出可供比较的标准矿物吸收峰值，点击曲线查看即显示样品矿物与标准矿物的曲线匹配度，选出一致性较高的矿物。如果存在多种矿物，则右键“选中”选出一致性高的几种矿物进行含量计算，系统即可给出所选中矿物在该次测量中的含量值。

酸性蚀变岩帽样品的主量元素含量分析结果见表 1(因文章篇幅有限，本文只列出最小值、最大值和平均值数据)，145个样品的SiO₂含量为43.87%~99.23%，Al₂O₃含量为0.08%~33.7%，Fe₂O₃含量为0.16~11.31%，K₂O含量在0.01%~5.9%之间，Na₂O含量为0.01%~5.46%，P₂O₅含量为0.01%~0.92%，TiO₂含量为0.03%~3.22%，LOI含量为0.01%~38.1%。与福建紫金山铜金矿床中交代蚀变岩的主量元素(王翠芝, 2013)相比，矾山地区酸性蚀变岩帽中SiO₂、K₂O、LOI含量变化较小，Fe₂O₃、Na₂O、TiO₂、P₂O₅含量变化较大，Al₂O₃含量变化一致，MgO、MnO、Cr₂O₃均明显降低，含量位于检测限以下。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 矾山地区酸性蚀变岩帽地球化学数据(wt%) Table 1 The composition of lithocap in Fanshan district (wt%) 岩性 硅质蚀变岩 明矾石蚀变岩 粘土蚀变岩 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 SiO2 85.24 99.23 95.54 25.96 79.28 57.03 43.51 79.33 62.01 Al2O3 0.08 5.90 0.89 6.54 30.39 16.92 10.11 33.7 19.59 Fe2O3 0.45 8.21 1.31 0.21 7.24 1.89 0.16 15.05 4.14 MgO ＜0.01 0.19 0.04 ＜0.01 0.47 0.06 ＜0.01 1.61 0.52 CaO ＜0.01 0.04 0.02 0.01 0.63 0.13 ＜0.01 0.41 0.1 Na2O ＜0.01 0.07 0.03 0.02 1.44 0.56 ＜0.01 0.85 0.21 K2O ＜0.01 0.72 0.10 0.91 8.06 3.26 ＜0.01 5.90 2.21 TiO2 0.03 3.22 0.79 0.19 1.60 0.78 0.30 2.36 0.86 P2O5 ＜0.01 0.17 0.07 0.04 0.92 0.33 0.07 0.90 0.37 MnO ＜0.01 0.01 0.01 ＜0.01 ＜0.01 0.05 0.03 Cr2O3 ＜0.002 0.01 0.01 ＜0.002 0.008 0.003 ＜0.002 0.013 0.005 LOI 0.10 5.40 1.16 9.40 32.90 18.85 3.20 23.70 9.90

表 1 矾山地区酸性蚀变岩帽地球化学数据(wt%) Table 1 The composition of lithocap in Fanshan district (wt%)

6个明矾石样品的电子探针测试结果见表 2，矾山地区的明矾石Al₂O₃平均值为35.664%，K₂O平均值为8.274%，Na₂O平均值为0.941%，SO₃的平均值为36.946%，并含有少量的NiO、MgO、TiO₂、FeO。明矾石矿物中Al₂O₃、K₂O、SO₃和H₂O的理论值分别为36.92%、11.37%、38.66%和13.05%(常丽华等, 2006)，庐枞盆地矾山地区明矾石中K含量相对理论值较低，但K/Na比值为平均值为8.79，主要为钾明矾石。采用孙红娟等(2008)晶体化学式的计算方法，以8个氧原子为基础(Jambor, 1999)，计算出明矾石的化学式为(K_0.553Na_0.096Ca_0.002Ni_0.002Ti_0.001)(Al_2.203Fe_0.003Mg_0.005)(S_1.453O₈)(OH)₆，结果显示亦属于钾明矾石。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 矾山地区酸性蚀变岩帽中明矾石电子探针分析结果(wt%) Table 2 The chemical composition of alunite by EMPA in Fanshan district (wt%) 测点号 Al2O3 MgO K2O CaO TiO2 Na2O SO3 FeO NiO Total FS14XX407-1 35.050 - 9.882 0.023 0.012 0.560 37.323 0.044 0.040 82.934 FS14XX407-2 35.246 - 9.807 0.052 - 0.716 37.245 0.026 0.056 83.148 FS14XX407-3 35.335 - 9.378 0.028 - 0.863 37.094 0.026 0.038 82.762 FS14XX407-4 35.221 - 9.824 0.048 - 0.461 37.106 0.022 - 82.682 FS14XX407-5 35.043 - 10.180 0.016 - 0.412 36.855 0.029 - 82.535 FS14XX407-6 35.008 0.005 9.857 0.016 0.023 0.390 37.300 0.053 - 82.652 FS14HL204-1 35.562 - 8.600 0.008 0.019 1.378 37.928 0.004 - 83.499 FS14HL204-2 35.292 - 8.930 0.006 - 1.265 36.969 0.011 0.080 82.553 FS14HL204-3 35.639 - 9.504 0.019 0.009 0.914 37.282 - 0.042 83.409 FS14HL204-4 35.055 0.013 8.210 - - 1.485 37.184 - 0.029 81.976 FS14XX411-1 34.928 - 10.144 0.016 - 0.483 36.089 0.039 - 81.699 FS14HL202-1 36.817 0.073 5.396 0.106 0.071 1.433 37.418 0.144 - 81.458 FS14HL202-2 37.131 0.131 3.648 0.061 - 2.376 37.165 0.098 0.064 80.674 FS14HL202-3 36.489 0.076 4.747 0.139 0.027 1.650 35.804 - - 78.932 FS14LZ004-1 35.475 - 7.300 0.012 0.095 0.538 36.247 0.064 0.053 79.784 FS14LZ004-2 36.129 - 7.208 0.031 0.048 0.614 35.874 0.191 - 80.095 FS14YN058-1 36.868 - 8.037 0.012 0.014 0.459 37.195 - 0.009 82.594

表 2 矾山地区酸性蚀变岩帽中明矾石电子探针分析结果(wt%) Table 2 The chemical composition of alunite by EMPA in Fanshan district (wt%)

200个样品约620个区域的PNIRS测试结果表明，样品具有不同的红外光谱吸收峰，主要集中在1400nm(OH)、1900nm(H₂O)、2200nm(Al-OH)，通过对吸收峰特征值的解译，可以确定矿物化学键类型，从而判断矿物种类。矾山地区酸性蚀变岩帽中部分矿物短波红外光谱吸收峰特征值分别如下：

明矾石  存在3个主要的吸收峰，即1400~1500nm、1764nm、2162nm(图 3a)。在1400~1500nm之间存在典型的双吸收峰，1480nm吸收峰是区别于其它矿物的主要特征峰，该峰值会随着成分发生波动，钾明矾石的吸收峰值一般小于1480nm，而钠明矾石的吸收峰值一般大于1480nm(Hauff, 1992; Thompson et al., 1999; Chang et al., 2011; Harrison, 2014)。庐枞盆地矾山地区的明矾石特征吸收峰多小于1480nm，少数可达到1497nm，主要为钾明矾石。

图 3

Fig. 3

图 3 庐枞盆地矾山地区酸性蚀变岩帽中常见矿物的PNIRS光谱图 红色为矿物标准图谱，蓝色为所测样品光谱 Fig. 3 Characteristics of PNIRS analysis of lithocap from Fanshan district Red lines are standard spectrum, blue lines are spectrum of analyzed minerals

地开石  存在2个强吸收峰和1个弱的吸收峰，即1400nm、2200nm处强烈双吸收峰和1900nm处吸收峰，双吸收峰值变化较陡(图 3b)。

高岭石  存在3个典型的吸收峰，分别在1400nm、1900nm、2200nm附近(图 3c)。1400nm和1900nm的峰形状比较明显，均为H₂O的吸收峰，2200nm为Al-OH的吸收峰，峰值较陡。与地开石的光谱吸收峰相似，唯一区别是在1400nm处存在1个肩峰。

叶腊石  在1400nm(OH)处存在1个尖的结构水吸收峰，2168nm(Al-OH)处也有1个很尖的吸收峰值(图 3d)。如果和其它粘土矿物发生混合则会出现2319nm吸收峰。

通过全岩分析和PNIRS测试，再结合手标本观察，矾山地区酸性蚀变岩帽的主要组成矿物确定为石英、明矾石、高岭石、地开石，部分地区发育少量的绢云母、伊利石、珍珠陶土、叶蜡石、黄钾铁矾、褐铁矿等，在钻孔深部见到浸染状和半自形粒状黄铁矿。王翠芝(2013)根据紫金山铜金矿床中不同的蚀变类型划分出相应的交代蚀变岩：硅质交代蚀变岩、明矾石交代蚀变岩、地开石交代蚀变岩、石英绢云母交代蚀变岩。本文通过相似的分类方法，将酸性蚀变岩帽的岩性主要分为三类。首先通过对全岩地球化学分析，将SiO₂含量高于85%的样品分为硅质蚀变岩。再结合PNIRS测试结果，区分出明矾石和高岭石、地开石、叶蜡石、伊利石等粘土矿物，将岩石中明矾石含量高于30%的分为明矾石蚀变岩，其余以高岭石、地开石、叶蜡石、伊利石等粘土矿物为主的岩石分为粘土蚀变岩(表 3)。其主要地球化学特征及描述如下：

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 研究区三类蚀变岩的化学组成(wt%) Table 3 The chemical composition of altered rocks (wt%) 岩性 SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O P2O5 TiO2 LOI 硅质蚀变岩 >85.24 0.08~5.90 0.45~8.21 ＜0.72 ＜0.07 ＜0.17 0.03~3.22 ＜5.40 明矾石蚀变岩 43.87~79.28 6.54~21.76 0.21~6.87 1.43~5.70 0.21~1.44 0.04~0.92 0.39~1.60 9.40~26.5 粘土蚀变岩 45.31~79.33 7.81~33.7 0.16~11.31 ＜5.90 ＜0.85 0.07~0.90 0.19~2.36 3.2~23.7

表 3 研究区三类蚀变岩的化学组成(wt%) Table 3 The chemical composition of altered rocks (wt%)

硅质蚀变岩的地球化学特征与紫金山铜金矿床中硅质交代蚀变岩(王翠芝, 2013)相似，SiO₂含量显著富集，其余元素含量均降低。岩石呈灰白色(图 4)，几乎全由石英组成，石英含量大于95%，部分具有极少数的高岭石、金红石。石英具有两种产状，多孔状和致密块状，细粒结构，块状构造。镜下石英粒径0.05~2mm不等(图 4)，大颗粒石英具次生加大现象，除石英外难以见到其他矿物，大多由凝灰岩蚀变而成。

图 4

Fig. 4

图 4 矾山地区酸性蚀变岩帽的岩相学特征 FS14HL256：硅质蚀变岩，主要矿物石英、少量粘土矿物，大颗粒石英具有次生加大边现象；FS14XX407：明矾石蚀变岩，主要矿物明矾石、少量石英和赤铁矿，明矾石颗粒充填在开放空间，明矾石呈叶片状，一级解理清晰，解理中充填有赤铁矿；FS14YN069：粘土蚀变岩，主要矿物为高岭石、地开石、石英，矿物多为隐晶质，少数粘土矿物结晶较好. Q-石英；Alu-明矾石；Kao-高岭石 Fig. 4 Characteristics of petrography of lithocap in Fanshan district FS14HL256: siliceous altered rocks, consists quartz, minor clay minerals. Coarse-grained quartz have overgrowth boundary. FS14XX407: alunite altered rocks, consists alunite, minor quartz and hematite. Alunite filled in the opening space, foliated-shape, and hematite is located in alunite cleavage. FS14YN069: clay altered rocks, consists kaolinite, dickite, quartz. Minerals are most cryptocrystalline, minor subhedral. Q-quartz; Alu-alunite; Kao-kaolinite

明矾石蚀变岩的主量元素含量与岩石发生明矾石化的程度有关，相对紫金山铜金矿床中明矾石交代蚀变岩(王翠芝, 2013)，矾山地区明矾石蚀变岩明矾石化程度较弱，蚀变岩富Na₂O贫K₂O。岩石呈灰白色、紫红色、浅红色，组成矿物有石英、明矾石、高岭石、地开石、赤铁矿，少数样品中含有黄钾铁矾。样品中明矾石矿物含量大于30%，多为半透明，镜下呈他形细粒状、纤维状、鳞片状，粒径多小于0.05mm，浸染状分布在岩石中；石英呈细粒，粒径小于0.01mm，含量约20%；其余矿物为隐晶质高岭石、地开石。也可在极少数样品中见到紫红色明矾石，呈板片状充填在石英基质中，粒径0.05~1mm，最高可达2.5mm，含量约55%，石英呈细粒状或隐晶质(图 4)。凝灰岩发生明矾石化的程度较粗安岩高。

与福建紫金山铜金矿床中地开石交代蚀变岩(王翠芝, 2013)相比，矾山地区粘土蚀变岩在地球化学特征上相对贫SiO₂富Al₂O₃。蚀变强烈，难以辨认原岩岩性，主要为白色、灰白色，一般较为松散，也可见致密状，主要组成矿物有高岭石、地开石，少量明矾石、石英、绢云母、伊利石、珍珠陶土、叶蜡石等，表面发育褐铁矿化。高岭石灰白色，多以粉末状集合体形式产出，少量在镜下可见到高岭石晶体(图 4)，半自形-他形，粒径小于0.2mm；地开石呈青灰色，细粒致密状，硬度小，主要由长石蚀变而成，部分保留有长石晶形，少量地开石以脉状产出，脉宽可达5mm；叶蜡石具有蜡状光泽和滑腻感，叶腊石、伊利石、珍珠陶土含量较低，只在局部产出；明矾石、石英呈隐晶质分布在基质中。

结合对手标本矿物组合以及上述的分类，初步确定矾山地区酸性蚀变岩帽中矿物组合的水平分带特征(图 5)，从矾山明矾石矿床向外围，依次分布石英+明矾石带、石英+高岭石/地开石+明矾石带、石英+高岭石/地开石带、硅化带以及最外围的泥质带即高岭石±绢云母±伊利石带。因该蚀变区主要出露有粗安岩和凝灰岩，两者的渗透性存在差别；且流体在流动运移过程中随运移距离的远近，化学性质发生变化。因此图 5中不同蚀变带的蚀变范围和面积因原岩成分、结构构造以及渗透率的影响而不同。典型的酸性蚀变岩帽的蚀变分带中多孔状石英往往与明矾石蚀变相伴产出，且位于热液蚀变的中心(Stoffregen, 1987; Arribas et al., 1995)，而矾山地区的多孔状或块状石英与明矾石蚀变相差一定距离，说明该酸性蚀变岩帽可能受到不止一个热液中心的影响。

图 5

Fig. 5

图 5 矾山地区酸性蚀变岩帽矿物组合分带特征 Q：硅化带，主要矿物为石英；Q+K：石英+高岭石/地开石带；Q+K+Alu：石英+高岭石/地开石+明矾石带；Q+Alu：石英+明矾石带；A：泥质带，主要矿物为高岭石±绢云母±伊利石 Fig. 5 Characteristics of mineral assemblages zoning of lithocap in Fanshan district Q: quartz; Q+K: quartz+kaolinite/dickite; Q+K+Alu: quartz+kaolinite/dickite+alunite; Q+Alu: quartz+alunite; A: argillic zone, kaolinite ±sericite±illite

通过明矾石电子探针分析和PNIRS测试，该区的明矾石主要是钾明矾石，K/Na平均摩尔比值为8.79。形成以钾为主的明矾石主要有两个原因，一是矿物形成时温度较低，不利于钠对钾的置换；二是流体或围岩中K/Na比值相对较高，限制了钠对钾的置换。研究表明形成温度高于250℃的明矾石一般含有较多的钠(Stoffregen, 1987; Aoki et al., 1993; Arribas, 1995; Arribas et al., 1995)。范裕等(2010)、张乐骏(2011)对矾山明矾石矿区的明矾石流体包裹体进行测温实验，结果显示其均一温度为268℃，明矾石-黄铁矿矿物对的硫同位素数据计算其形成温度为265℃(范裕等, 2010)，明显高于250℃，因此可排除较低温度对其影响，K/Na比值是影响该区钾、钠置换的主要因素。庐枞盆地火山岩属于橄榄安粗岩或钾玄岩，具有富钾的特征(薛怀民等, 2010; 刘洪等, 2002; 邓晋福等, 2011)，砖桥组火山岩K₂O+Na₂O含量7.87%~12.49%，平均值9.84%，K/Na摩尔比值为0.85~1.45(袁峰等, 2008)，而明矾石中碱金属含量(K₂O)可达到11.37%，砖桥组火山岩中碱金属为明矾石的形成提供了物质来源，同时限制了钠对钾的置换作用而形成钾明矾石。

在砖桥组粗安岩中(刘洪等, 2002; 袁峰等, 2008; 薛怀民等, 2010; 邓晋福等, 2011)，SiO₂含量为54.14%~62.49%，Al₂O₃含量为15.77%~17.62%，Fe₂O₃含量为3.89%~5.79%，K₂O含量为3.73%~5.76%，Na₂O含量为3.67%~5.46%，P₂O₅含量为0.33%~0.52%，TiO₂含量为0.57%~0.87%。将酸性蚀变岩帽的主量元素与其相比，硅质蚀变岩中SiO₂明显发生了富集作用，TiO₂部分富集，其它主量元素含量均降低；明矾石蚀变岩与粘土蚀变岩的元素变化特征相似，SiO₂、Al₂O₃含量范围扩大；K₂O、Na₂O含量降低，且Na₂O降低更明显；Fe₂O₃、P₂O₅含量降低较弱或范围扩大；因钛为不活泼元素，TiO₂含量变化较小。总体上，矾山地区酸性蚀变岩帽的主量元素含量变化很大。

由于三类蚀变岩矿物成分差别较大，在元素图解(图 6)上根据SiO₂、Al₂O₃、K₂O、Na₂O四种元素含量可将它们截然分开。在硅质蚀变岩中，SiO₂与其余各元素之间明显呈负相关关系；明矾石蚀变岩中SiO₂与Al₂O₃、K₂O呈明显的负相关关系，与Na₂O呈弱负相关关系，即样品中石英的含量与明矾石的含量成反比关系；粘土蚀变岩中SiO₂与Al₂O₃呈负相关关系。烧失量图解上(图 7)明矾石蚀变岩的烧失量(LOI)与SiO₂、Al₂O₃、K₂O和Na₂O呈明显的相关性；粘土蚀变岩中烧失量与这些元素相关性较弱；而硅质蚀变岩中烧失量与这些元素无相关性。因明矾石为含水的硫酸盐矿物，明矾石蚀变岩中明矾石含量越多，岩石所含(OH)^-和(SO₄)^2-越多，在进行全岩分析实验过程中，羟基和硫酸根会逐渐被分解从而导致烧失量增加。岩石发生明矾石化的程度与烧失量有关，主要表现为LOI与SiO₂呈负相关关系，与Al₂O₃、K₂O和Na₂O呈正相关关系(表 1、图 7)。粘土蚀变岩中的矿物主要是含羟基的铝硅酸盐矿物，在实验分析过程中仅有羟基被分解导致烧失量的增加，却无明矾石蚀变岩烧失量增加明显，主要表现为LOI与SiO₂呈负相关关系，与Al₂O₃呈正相关关系。

图 6

Fig. 6

图 6 庐枞盆地矾山地区酸性蚀变岩帽中主量元素关系图 Fig. 6 Characteristics of main elements of lithocap in Fanshan district

图 7

Fig. 7

图 7 明矾石蚀变岩中烧失量与其主量元素关系 Fig. 7 Characteristics of main elements and LOI of alunite altered rocks in Fanshan district

在矾山地区酸性蚀变岩帽的各类蚀变岩中，各主量元素间的相关性及变化特征与典型的紫金山高硫型铜金矿床中各类交代蚀变岩的元素变化特征一致(图 6)，是在不同的酸性和氧化条件下，岩石遭受到不同的淋滤蚀变作用，形成元素含量差异很大的不同类型蚀变岩。

庐枞盆地矾山地区位于破火山口构造中，明矾石矿化发生在破火山口发育的第三阶段(潘国强和董恩耀, 1983)。矾山地区破火山口的多次火山喷发沉积了龙门院组和砖桥组火山岩，具有较高的渗透率。破火山口构造以及较高渗透率地层为热液流体的运移提供了通道，以及矾山明矾石矿床的形成和酸性蚀变岩帽的广泛发育提供了空间。由本区早白垩世砖桥组全岩蚀变、矾山明矾石矿床形成及广泛淋滤现象可知，酸性蚀变岩帽的岩石化学成分受流体相成分、温度、流体与寄主岩石的比例等因素制约，本区火山活动的岩浆热液成分对酸性蚀变岩帽化学特征的影响起决定性作用。

硅质蚀变  多孔状的形成反映了极强的酸性(pH＜2)环境条件(Hedenquist, 1986; White, 1991; Arribas, 1995)，因热液流体酸性极强，淋滤围岩中除石英以外的斑晶和火山碎屑等硅酸盐矿物，形成多孔状石英，当溶解有硅酸盐矿物的流体中SiO₂达到饱和或晚期低温环境下，石英发生沉淀或充填于淋滤的石英孔洞中形成块状石英，因pH值很低，明矾石高岭石等矿物不能稳定存在。在淋滤过程中，除Si外其余元素均被酸性热液所溶解，导致蚀变岩中SiO₂含量显著增加，其他主量元素明显降低(图 6)；因Ti为不活泼元素，会以金红石的形式保留下来，因此部分蚀变岩中TiO₂含量高达3.22%(表 1、图 6)。在该阶段主要形成含有少量金红石的硅化带。

石英+明矾石蚀变  淋滤有碱金属的热液流体，酸性和淋滤作用较硅化带虽有减弱，但仍较强，与砖桥组火山岩中的含钾长石类矿物反应形成明矾石并沉淀石英，岩石中石英与明矾石含量呈反比关系，即SiO₂与Al₂O₃、K₂O呈负相关关系(图 6)，LOI与SiO₂呈负相关关系(图 7)。当明矾石达到一定含量时(>30%)形成明矾石蚀变岩，明矾石的含量决定了岩石化学成分特征。Al₂O₃、SiO₂含量因明矾石化程度的不同而发生不同程度的变化，范围变宽；在该过程中虽有含钾明矾石的形成，但因有水和硫酸根离子的加入，使得K₂O含量降低，又因温度等物理化学条件的限制，钠对钾的置换程度有限而未形成钠明矾石，Na₂O含量降低更加显著(图 6)；在形成明矾石的同时沉淀黄铁矿于明矾石颗粒间或解理中，部分Fe₂O₃含量无变化，在后期地表氧化作用下，黄铁矿被改造成赤铁矿、褐铁矿等氧化物和氢氧化物；P₂O₅、Fe₂O₃、TiO₂含量受蚀变作用影响较小，以副矿物(磷灰石、金红石)形式存在或者进入到明矾石的晶体结构中(表 2)。在该阶段主要形成石英+明矾石带(图 5)，有时含少量高岭石等粘土矿物。

石英+高岭石/地开石+明矾石蚀变  热液流体沿着有利的部位(裂隙发育或渗透率大的围岩)继续向上部或外围运移，在大气降水的参与下，流体由强酸性变成酸性，硫酸根离子含量降低，形成明矾石含量减少，热液流体与围岩中长石类矿物反应主要形成高岭石和地开石等粘土矿物，因此K₂O、Na₂O含量降低，因粘土蚀变岩中石英和粘土矿物之间相对含量的差异以及副矿物(磷灰石、金红石)的存在，使SiO₂、Al₂O₃、P₂O₅、Fe₂O₃、TiO₂含量范围扩大(图 6)。在该阶段形成石英+高岭石/地开石+明矾石带。

高岭石±绢云母±伊利石蚀变  当远离热液蚀变中心，热液流体中偏酸性，对围岩的淋滤作用减弱，主要形成绢云母和伊利石等产物，在该阶段形成高岭石±绢云母±伊利石的泥质带(图 5)。

矾山地区酸性蚀变岩帽原岩主要为早白垩世砖桥组凝灰岩和粗安岩，产状、蚀变类型以地球化学特征受地层、火山构造的双重控制，发生强烈的硅化、明矾石化、粘土化等蚀变，在水平方向上具有一定的分带特征(图 5)。在美国科罗拉多州Summitville高硫型浅成低温热液Au-Cu矿床中，水平方向上的蚀变具有典型分带特征，从淋滤中心向外围依次为多孔状石英、石英-明矾石、高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、未蚀变岩石(Stoffregen, 1987)。西班牙Rodalquilar金-明矾石矿床中根据蚀变强度，从内向外分为硅化、高级泥化、中级泥化、绢云母化、青磐岩化(Arribas et al., 1995)。矾山地区酸性蚀变岩帽因所采样品的位置高程存在差别，矿物分带发育不全，缺少一个或几个矿物带，这很可能是由于该蚀变带出露地表，发生风化剥蚀而缺失。

以酸性蚀变岩帽为代表的浅成低温热液矿床与斑岩型铜(金)矿床在时空和成因上存在着紧密联系，二者属于一个完整的岩浆热液成矿系统(Hedenquist and Lowenstern, 1994; Sillitoe, 2010; Cooke et al., 2014)。安徽庐枞盆地的玢岩型铁矿床成矿特色显著，长期以来一直是找矿勘探的重点区域，但对盆地内铜金矿的找矿进展一直不大。矾山地区发育大面积的酸性蚀变岩帽指示盆地内存在高硫型浅成低温热液系统(范裕等, 2010)，在其附近发育众多的小型铜金矿化，且距离矾山地区酸性蚀变岩帽约15km远处，分别发育沙溪大型斑岩铜矿和以井边铜矿床为代表的小型脉状铜矿床或矿化点，庐枞盆地中具有良好的铜矿床的找矿前景。把矾山酸性蚀变岩帽及周围铜矿化(点)作为重点的找矿靶区，可能是下一步庐枞盆地找矿突破的主攻方向。

通过对庐枞盆地矾山地区的酸性蚀变岩帽的野外地质观察、地球化学分析、PNIRS测试以及数据处理，得出以下结论：

(1) 庐枞盆地矾山地区的酸性蚀变岩帽主要组成矿物是石英、明矾石、高岭石、地开石，局部地区发育少量绢云母、伊利石、珍珠陶土、褐铁矿，极少数的叶蜡石、黄钾铁矾、等，矿物组合具有水平分带特征。

(2) 酸性蚀变岩帽岩性大致可分为硅质蚀变岩、明矾石蚀变岩和粘土蚀变岩三类，主要区别在于：硅质蚀变岩中SiO₂>85.24%；明矾石蚀变岩中明矾石>30%，而粘土蚀变岩中明矾石＜30%。

(3) 庐枞盆地矾山地区的明矾石特征吸收峰特征值多小于1480nm，有少量可达到1497nm。电子探针和PNIRS结果均显示该区明矾石为钾明矾石，其形成主要受围岩或流体成分的影响。

(4) 庐枞盆地矾山地区酸性蚀变岩帽的产状、蚀变类型及地球化学特征受地层和火山构造的双重控制，不同蚀变岩代表了不同的蚀变环境。与典型矿物组合分带特征存在差别，可能是由于受到地表风化剥蚀和不同热液中心的影响。