硫酸盐化岩类

硫酸盐化包括明矾石化、石膏化、硬石膏化、重晶石化和黄钾铁矾化等各种硫酸盐类的交代蚀变作用。这是一类近地表的中-低温热液的交代蚀变，而只有硬石膏化可在温度较高的条件下形成。硫酸盐化岩（sulfatization rock）的主要岩石类型有，明矾石化岩、石膏化岩、硬石膏化岩、重晶石化岩和黄钾铁矾化岩等（照片7-47）。

1.明矾石化岩类

明矾石化的交代蚀变作用是由粗面岩、流纹岩、英安岩和安山岩及其凝灰岩类的火山岩区，在近地表低温条件下发生的。由于近地表的强氧化作用，热液中的硫离子被氧化形成亚硫酸和硫酸，这种溶液与含铝硅酸盐的火山岩相互作用，形成明矾石。

除了明矾石以外，岩石中的矿物还有石膏、硬石膏、萤石、石英、玉髓、叶蜡石、蛋白石、粘土矿物等。明矾石的颜色不均匀，以白、灰、浅黄和浅红或玫瑰红等较常见。明矾石呈粒状、板状和纤维状，一组解理发育。在显微镜下无色，正低—中突起，干涉色达二级，以平行解理方向为快光（负延性）和一轴晶正光性等特征与其相似的白云母区别。具有细粒粒状变晶结构，岩石中常有原岩石英晶屑和斑晶残留，形成变余火山碎屑结构和变余斑状结构，块状构造，形成明矾石化岩（alunitization rock）（照片7-44）和明矾石化花岗岩（照片7-45）。当岩石中含有粘土、黄铁矿、叶蜡石等矿物时，形成粘土明矾石化岩（照片7-46）、黄铁明矾石化岩、叶蜡明矾石化岩等。

明矾石化岩本身就是明矾石矿床。明矾石主要用以提取明矾，也可作炼铝、钾肥和硫酸的原料。粘土明矾石化岩是浅成热液铜金矿床和金矿床的重要蚀变围岩，可作为寻找这类矿床的找矿标志。此外，与火山作用有关的明矾石化常与叶蜡石化、硬水铝石化和刚玉化的岩石共生产出。上述岩石组合是寻找黄铁矿、含金-铜-黄铁矿和斑岩铜矿的标志。浙江平阳、福建福鼎和安徽庐江地区的明矾石矿床十分有名。

2.石膏化岩和硬石膏化岩

硬石膏（CaSO4）和石膏（CaSO4?2H2O）在成分上的差别是前者不含水而后者含水。在高、中温条件下，由于脱水作用多发生硬石膏化，而在中、低温条件形成石膏化。含有大量硫酸根的溶液在交代围岩过程中产生石膏和硬石膏的一种浅成热液蚀变作用，这类蚀变主要发育在火山岩和碳酸盐岩石的分布地区。

石膏呈粒状、板状、纤维状，也有呈片状和土状的集合体。无色、白色，其中含有氧化铁杂质时呈红褐色。一组解理完全。在显微镜下无色，负低突起，干涉色一级白或黄白，在垂直 ｛010｝ 解理的切面上，平行解理方向为平行消光，其他切面为斜消光，常见聚片双晶和燕尾双晶。二轴晶正光性。石膏在温度升高经脱水，可转变为硬石膏，而硬石膏经水化，也可转变为石膏。

硬石膏晶体呈板状，有时呈柱状，也常呈致密块状、纤维状、放射状集合体，解理有三组。无色、白色，但也有蓝紫色、浅灰色和浅红色，硬石膏中含有氧化铁和粘土等杂质时可呈红色、褐色和灰色。显微镜下大多无色，正低—中突起，最高干涉色为三级，平行消光，延性可正可负，常具有聚片双晶，二轴晶正光性。硬石膏以低—中突起、两组解理相交呈直角、干涉色高达三级等特征可与石膏区分开。

在石膏化岩（gypsification rock）（照片7-48）和硬石膏化岩（anhydritization rock）（照片7-49）中经常含有碳酸盐矿物，有时有石英、黄铁矿、明矾石、钠长石，在高温热液条件下形成的硬石膏还可与透辉石、方柱石和阳起石等矿物共生。常见的岩石除了石膏化岩和硬石膏化岩以外，还有石膏硬石膏化岩、方柱硬石膏化岩、阳起硬石膏化岩、黄铁硬石膏石膏化岩、粘土硬石膏化岩（照片7-50）黄铁明矾硬石膏化岩、碳酸盐硬石膏石膏化岩、石英石膏化岩和钠长硬石膏化岩。

石膏化岩和硬石膏化岩是寻找铁、铜、黄铁矿、多金属矿床的标志。石膏可制作模型、水泥及其他建筑材料，也是制造硫酸的原料。在造纸和油漆工业中石膏可做填充料。

3.重晶石化岩类

重晶石是铅、锌、锑、汞、金等中、低温热液矿床中常见的矿物，重晶石化岩也成为上述矿床的蚀变围岩。

重晶石多呈板状晶体，呈柱状晶体少见，集合体多为致密块状、粒状和纤维状，其相对密度较大，具有三组相互垂直的解理。重晶石的颜色多为白色、灰白色、灰色、灰黄色，也有呈浅绿色、浅红色和浅褐色的。在显微镜下为无色，正中突起，在切面上常有二组互相垂直的解理，干涉色一级黄，平行消光，正延性，有时可见聚片双晶，二轴晶正光性。

重晶石化作用中，重晶石常与石英共生形成石英重晶石化岩（照片7-53）和重晶石化岩（baritization rock）（照片7-51）。

在碳酸盐地层中发现重晶石化岩，是寻找铅、锌、汞、金和锑矿床的重要标志，同时也是寻找黄铁矿型和白云鄂博型矿床的标志。另外，重晶石本身可形成重晶石矿床。重晶石粉主要用于石油和天然气钻井的泥浆加重剂，也用作油漆、造纸、橡胶等的填充料，在化学工业上制作各种钡的化合物和用于颜料的锌钡白等。

一、概述

硫酸盐化包括明矾石化、重晶石化、石膏化、硬石膏化以及黄钾铁矾化等各种硫酸盐类的交代蚀变作用。这是一类近地表和中-低温热液的交代蚀变作用，只有硬石膏化可在高温条件下发生。众所周知，富含硫酸根溶液的产生有三种途径：①当上升的热液进入近地表时，由于氧逸度的升高，导致热液中的各种硫的组分，如 S2-、HS-、H2 S、S、SO2等氧化为富含硫酸根的溶液；②地表形成的含硫酸根的溶液，包括海水下渗到地下，与上升的溶液混合，并参加环流溶液体系；这两者对于在火山岩地区形成明矾石矿具有重要意义；③当岩体或成矿流体穿过膏盐沉积地层时，获得大量 CaSO4·2H2O 和 NaCl 等盐类沉积，形成富含硫酸盐的溶液，这种溶液对于长江中下游“玢岩铁矿”和华北邯邢式铁矿的形成具有重要意义。其溶液中 NaCl 参加方柱石化和钠长石化等，而除产生硫酸盐化，如石膏化、一水石膏化和硬石膏化外，还可还原成 S2-离子，并导致黄铁矿化，甚至黄铁矿床的形成。

硫酸盐化除本身就可形成明矾石矿和重晶石外，还与“玢岩铁矿”、斑岩铜矿、陆相和海相黄铁矿型矿床以及铅锌矿床等有成因联系。

二、岩石类型及其特征

硫酸盐化岩的种类和特征阐述如下：

1.明矾石化岩

从明矾石的分子式KAl3〔SO4〕2（OH）6可以看出：它是含水的铝钾硫酸盐；而钠明矾很少见，这表明含钾高的流纹岩、英安岩、粗面岩和粗安岩等火山岩系，特别是它们的碎屑岩，如凝灰岩有利于明矾石化作用的发生。在火山喷发期后，火山喷气热液由于在近地表强烈氧化作用条件下，所产生的含硫酸根高的热液或流体与上述火山岩作用时，含硫酸根的酸性溶液能使铝硅酸盐矿物彻底分解，发生强烈的酸性淋失作用，导致明矾石化作用的发生，并可能导致明矾石矿的形成。

明矾石化常与粘土化、硅化、叶蜡石化、水铝石化、硬石膏、石膏及青磐岩化等相共生。强烈明矾石化岩，有一定规模，便成为明矾石矿床。

与明矾石化岩有关的岩石主要有以下几种：

（1）明矾石岩：我国最著名的是浙江平阳明矾石矿，它是由火山热液对流纹质火山岩，特别是其凝灰岩交代蚀变作用形成的。明矾石呈细粒状（照片607，608，609；彩照189，190），但也有呈纤状的（照片610）。岩石一般较致密，有时在粘土化岩中呈团块状、结核状、脉状、网脉状（照片611，612；彩照189，190）和浸染状。颜色多种多样，色泽不均匀，一般为灰、灰白、浅红和玫瑰色等。

（2）粘土-明矾石岩（简称粘矾岩）：明矾石化岩石中经常伴随粘土化作用，上述浙江平阳明矾石矿也不例外，这表明火山岩系中的铝硅酸盐矿物在明矾石化过程中，发生了强烈的去硅、去钙、去铁和镁的作用。当明矾石化作用相对较弱时，粘土化作用常相对较强，便组成粘矾岩（照片611，612，613，614）。一般粘土矿物极为细小，不易在显微镜下鉴定，但有时可形成颗粒较大的粘土矿物，如地开石和高岭石等，则较易鉴定。在照片607中，可见明矾石和粘土矿物共同交代流纹岩中的钾长石晶屑。

（3）黄铁矿-明矾石岩（简称黄明岩）：产在火山岩系中的黄铁矿矿床，常伴随有黄铁矿-明矾石化岩，如产在宁芜坳陷粗安岩系中的向山黄铁矿矿床中，局部地分布有这类蚀变，黄铁矿在其中呈稀疏至稠密浸染状分布（照片615），黄铁矿转移时，后者便是黄铁矿石（照片616），而明矾石没有工业意义。

应当指出：与黄铁矿-明矾石化有关的热液中，既含有（S2）2-，也含氧化价更高的硫酸根（S6+O4）2-。

（4）叶蜡石-明矾石岩（简称蜡矾岩）：在我国浙江青田和福建峨嵋分布有著名的叶蜡石矿床，其中局部发育这类蚀变岩石（照片617，618，619），这种矿物组合清楚地表明是强烈的酸性淋滤作用的结果。尽管流纹质岩石中，钾和钠的含量较高，在蚀变过程中，除Al2O3，一部分钾为明矾石所吸取外，而大部分SiO2、FeO、CaO、MgO和Na2O等其他组分被淋失。

2.硬石膏和石膏化

硬石膏CaSO4和石膏CaSO4·2H2O在成分上的差别是前者不含水，而后者含水，这主要是由温度所决定的。在高、中温条件下，由于脱水作用，多发生硬石膏化，而在中、低温条件下多发生石膏化。溶液中的来源主要由两种途径：①热液从膏盐沉积地层中获得，如在盛产铁矿的长江中下游成矿带中的宁芜坳陷盆地、庐枞盆地和鄂东南坳陷地区，中三叠世的嘉陵江组和周冲村组都是富含膏盐沉积的，因此当侵入体穿过这些地层时，不仅使有关的成矿溶液获得 NaCl，导致强烈的钠化，促使铁的大规模活化转移和成矿，而且相当普遍发生硬石膏化、一水石膏和石膏化；②在近地表条件下，由于热液中各种价态的硫离子在氧逸度高的条件下，氧化为时，对围岩发生交代蚀变而成。

（1）石膏化岩：产于中三叠世地层如周冲村组和嘉陵江组的“玢岩铁矿”，如南京凤凰山、其林山铁矿和当涂南区钟山、姑山铁矿床中普遍发现石膏化和硬石膏化岩（照片620，621，622，623）；产在其上的火山岩系中的宁芜和庐枞“玢岩铁矿”普遍发现有石膏化岩和石膏-硬石膏化岩。

（2）石膏-硬石膏岩：在不少“玢岩铁矿”中，石膏和硬石膏同时出现（照片623，624；彩照192），且不易分出其先后次序，只有仔细观察，才可看出石膏形成较硬石膏稍晚，此表明石膏形成温度稍低。

（3）透辉石-硬石膏、阳起石-硬石膏和方柱石-硬石膏岩：由于“玢岩铁矿”多为汽化-热液阶段时形成的，在早期高温条件下形成的透辉石、阳起石、方柱石和石榴子石化过程中也可有硬石膏共生（照片 625，626），这表明在汽化-高温条件下，流体中的依然能够存在；有时有稍后的石膏相伴生（照片 625）。有时可局部形成硬石膏岩（照片627）。

（4）黄铁矿-硬石膏-石膏岩：在宁芜和庐枞中生代火山、次火山坳陷盆地中，不仅铁矿中常存在黄铁矿，而且发育含金、铜黄铁矿矿床，在这些矿床的围岩中，除了发生黄铁矿化外，还常伴生硬石膏和石膏（照628，629，630）。大量黄铁矿中硫的来源，不能否认其部分是由石膏还原而成的。有时形成黄铁矿-明矾石-硬石膏岩（照片629）。这表明热液中存在不同价态的硫离子。

（5）碳酸盐-硬石膏-石膏岩：在石膏-硬石膏化岩石中，碳酸盐是常见的伴生矿物，这表明成矿流体中同时存在，它们交代围岩时，就可能产生碳酸盐-硬石膏-石膏化岩，一般为花岗变晶结构（照片631）。

（6）石英-石膏岩：在当涂北区南山铁矿的粗面质凝灰岩中，发现有石英-石膏岩的发育（照片632）。

（7）钠长石-硬石膏岩：由于交代其他矿物时，都需要钙，因此它们易交代斜长石从中获得钙，使斜长石经去钙长石化成为钠长石，从而构成钠长石-硬石膏岩（照片633；彩照191，192）。

3.重晶石化岩

重晶石BaSO4是铅、锌、锑、汞等低温热液矿床中常见的伴生的矿物，同时它也可交代围岩，特别是碳酸盐岩石（彩照193）。单独的交代岩可形成重晶石矿。有时它与石英共生形成石英-重晶石岩（照片634），有时与白铁矿共生，形成白铁矿-重晶石岩（照片635）。

在白云鄂博稀土-铁矿床中，可形成萤石-重晶石交代蚀变岩（照片636）。

4.黄钾铁矾化岩

黄钾铁矾大多是硫化物矿的氧化带中的产物，但其中有一些可能是浅成低温热液蚀变矿物，此在宁芜向山黄铁矿床中较为发育（彩照194）。

三、找矿意义

（1）硫酸盐化（包括明矾石化、重晶石化、石膏化、硬石膏化以及黄钾铁矾化等）一般是代表氧逸度较高的浅成-低温热液矿床的一些交代蚀变；但在火山喷气作用或火山喷流沉积有关的矿床中，明矾石化和硬石膏化可以是高-中温热液的交代蚀变。

（2）有的硫酸盐化岩石本身就是矿床，如明矾石矿和重晶石矿。

（3）与火山作用有关的明矾石化常与叶蜡石化、水铝石化和刚玉化共生，这是在其下部找寻黄铁矿、含金-铜-黄铁矿以及斑岩铜矿的标志。

（4）在碳酸盐地层中发现重晶石化岩，这是找寻铅、锌、汞和锑矿床的重要标志。同时也是找寻黄铁矿型矿床和白云鄂博式矿床的标志。

（5）在含有膏盐沉积地层发育地区，当有弱酸-中性，甚至基性岩穿插时，并发现有钠化、方柱石化和硬石膏化岩时，这是找寻矽卡岩型铁矿的标志；当含有膏盐沉积的火山坳陷盆地中发育橄榄安粗岩系及玢岩时，这是找寻“玢岩铁矿”的理想地区。

（6）碳酸盐地层中的重晶石化现象对于寻找层控或低温铅、锌、银、汞和锑矿有实际意义。

（7）在海相喷流沉积黄铁矿型铜多金属矿床中，不仅有沉积的重晶石矿，而且有重晶石化岩发育。