水热蚀变

腾冲水热活动分布地区，都有水热蚀变矿物的出现，尤其是在热沸泉出露较多的地段更为特征。热海热田区内出露的碱长石花岗岩、玄武岩类，以及沉积岩类，岩石矿物种类繁多，在强烈水热流体活动作用下，水热蚀变矿物纷呈多彩，是研究现代水热活动过程的典型区域。

本节侧重论述热海热田区的水热蚀变研究成果，并讨论在朗浦寨热水塘地段、瑞滇热田、石墙热田、巴腊掌热田等区的工作。在上述热田区内除进行地质剖面研究外，并采集60多件水热蚀变样品，在室内通过X射线衍射（XRD）、红外吸收光谱（IR）、透射电镜分析（SEM）、热分析（DTA、TG）以及化学分析等方法，进行了矿物学研究。

一、水热蚀变矿物

在本区水热活动的分布区，通过上述方法已确定的矿物种类和矿物有；氧化硅矿物：非晶质二氧化硅（本节以下均称为硅胶）、玉髓、蛋白石、方英石、石英；硫酸盐矿物：明矾石、铁明矾、黄钾铁矾、毛矾石、无水芒硝、斜钠明矾；碳酸盐矿物：方解石、文石、天然碱；卤化物矿物：石盐；粘土矿物：高岭石、迪开石、埃洛石、绢云母、蒙脱石、绿泥石、云母—蒙皂石不规则间层矿物；硫化物：黄铁矿、白铁矿；自然硫。

此外，前人在眼镜泉中发现有沥青铀矿、铀石、黄铜矿、辉银矿、赤铁矿；在攀枝花硝塘热泉发现方沸石、菱沸石等矿物。对腾冲地区的水热蚀变矿物，择要论述如下：

硅胶

硅胶为非晶质二氧化硅。在透射电镜和扫描电镜下呈浑圆球体或串珠状连生体，球粒直径变化范围为0.18～2μm，一般为1μm左右。老硅华中的硅胶多半已向形态不规则的玉髓和石英转变。硅胶的X射线衍射谱为一连续的弥散谱线（图4-2-A），硫磺塘老滚锅老硅华中叠加有少量石英的反射（图4-2-B）。红外吸收谱图上出现1099、795和473cm-1四次配位硅的典型特征谱带以及947cm-1的弱谱带。3450cm-1的宽吸收谱带由水的OH伸缩振动引起（图4-3）。另外，硫磺塘老滚锅的硅华在800cm-1处呈弱分裂的谱带，是玉髓的吸收特征，这是硅胶或蛋白石向玉髓转变的一个证据（图4-2-B）。

本区现代热泉沉淀的微米级大小的非晶质状硅胶，是本区热泉系统新硅华的主要组成矿物。硫磺塘大滚锅热泉正日夜不停地沉淀出硅胶球粒。硅胶失水老化而向蛋白石转变。蛋白石是准稳定物质，其出现意味着流体温度要比形成玉髓或石英的低，随着时间的推移，而转变为隐晶质的玉髓。因此，本区时代略老的老硅华，其矿物组分除硅胶以外，较多出现玉髓和石英（参见图4-2-B）。

水热流体中的SiO2，由非晶质的凝胶，脱水、缩小体积，逐渐晶化为显晶质石英的转化系列可概括为以下过程：

中国地球化学场及其与成矿关系

图4-2 硅华的X射线衍射图

A—硅胶，硫磺塘，样品号D-173；B—硅胶+石英等，硫磺塘老滚锅，样品号D-162；C—蛋白石+石英等，鼓鸣泉，样品号D-194；D—石英，眼镜泉，样品号D-193测试条件：CuKα辐射，电压30世纪，电流30mA

测试单位：天津地质矿产研究所

腾冲地区的硅胶矿物，以在硅质泉华中出现最多，在热海热田内的蚀变碱长花岗岩、水热爆炸角砾岩的胶结物中也有所发现。

α方英石

为标准的高温相矿物，发现于硫磺塘地段的蚀变碱长花岗岩岩石中。在X射线衍射图中，以4.07，2.46Å等特征反射，与共生的钾明矾石、高岭石、硅胶和石英相区别。

高岭石

高岭石是花岗岩遭受水热蚀变高岭石化阶段的产物，在近地表的浅成低温强酸性淋滤环境条件下形成。热海热田区内的高岭石，为我国迄今发现的有序度最高的高岭石，其结晶度指数Hc=1.67，主要化学成分与SiO2/Al2O3摩尔比，均与高岭石矿物理论值相近。

高岭石为1：1型二八面体层状硅酸盐矿物。其结构有序程度变化很大，从高度有序向无序高岭石的转变，主要是延b轴方向出现±nb/3（n≠3）的晶层位移。矿物由三斜晶系的1Tc型变为单斜晶系的1Md型。

图4-3 硅华的红外吸收光谱图

（样品号同图4-2）

测试单位：石油勘探开发研究院

目前主要使用X射线衍射（XRD）、红外吸收光谱（IR）、透射电镜（TEM）等方法定性判断高岭石的有序度。定量估计的方法很多，但至今尚沿用Hinckley（1963）提出的方法，称Hinckley结晶度指数（以下用Hc表示）。它实际上表征XRD图上靠近的021、111衍射峰之清晰度及其强度比值。结晶度指数愈大，表明有序度愈高。我国自20世纪80年代以来，已发现江苏苏州阳山、广东茂名和河北宣化沙岭子等高岭土矿床中的高岭石（Hc分别为1.10；1.3～1.4和1.40）以及陕西略阳白水江硬质粘土中的高岭石（Hc为1.35）的有序度均较高。

作者对高岭石矿物进行了XRD、IR和TEM等项测试研究。高岭石化花岗岩＜2μm粒级的样品在XRD图上出现三斜晶系高岭石的所有反射（图4-4）。衍射峰强、锐而对称。（ ）强度大大超过（020）。（ ）和（ ）双生线已分裂开。计算得出Hc=1.67，大大优于我国迄今发现的上述各产地的有序高岭石，且可与Brindley（1980）报道的美国艾奥瓦州Keokuk晶洞有序高岭石（根据文献XRD图计算，Hc为1.65）相媲美。

图4-4 高岭石的X射线衍射图

测试条件：CuKα辐射；35kV，30mA；扫描速度4°（2θ）/min

测试单位：天津地质矿产研究所

图4-5 高岭石的红外吸收光谱图

测试单位：石油勘探开发研究院

在红外吸收光谱图（图4-5）上，各吸收峰强度大，分裂好。属于羟基伸缩振动的高频区（4000～3000cm-1），出现四个分裂清晰的吸收峰，显示出有序高岭石的特征。因样品中微量绢云母的存在，使3696cm-1峰强度与3620cm-1峰强度的比值受到影响。属于Si-O伸缩振动的中频区（1200～1000cm-1）有四个尖锐的吸收峰。在透射电镜下，高岭石晶体呈现发育完善的自形成度高的假六方（板）片状，晶体大小和晶体厚度都较均匀，粒度大多小于2μm。因此，红外吸收特点和结晶形貌分析也都表明矿物具有高度有序。此外，在该区断裂带外围、瑞滇热田等水热区也发现有一般有序或较无序的高岭石，多与伊利石、蒙脱石或绿泥石等粘土矿物共生。

迪开石

为高温地热环境出现的强水解型蚀变矿物，具有六方叠层状自形晶的特点。在热海热田区域，常与有序高岭石或伊利石—蒙皂石间层矿物共生。X射线衍射谱图上2θ19°～35°间展现迪开石的特征反射：3.97，3.80，3.43Å以及3.09、293Å等。红外吸收谱上，以高频区强度依次递增的3696，3652和3620cm-1附近的三个特征吸收峰与高岭石相区别。

埃洛石

腾冲水热活动区内，已发现的埃洛石，以7Å型最为广泛，次为10Å型和7Å～10Å的过渡型。全部由7Å埃洛石组成的粘土，在本区玄武岩、安山岩＜2μm粒级的风化产物中发育。白色粘土细脉＜2μm粒级中有10Å和7Å两种水化型埃洛石的出现，由于10Å埃洛石层间水的脱失，在衍射图上出现了7Å埃洛石的较强底面反射001（7.30Å）。10Å埃洛石多呈短细管状晶形，长一般＜1μm，管径约0.06～0.02μm，管体多已展开或破裂形若长条状，紧密丛生聚集时呈现绒球状集合体。由衍射谱图及电镜可观察到10Å管状埃洛石➝7Å破裂的管状埃洛石➝六边形鳞片状高岭石（无序）➝厚板状高岭石（有序）的转化系列。

绢云母

水热活动区内绢云母，有1M多型、2M1多型和2M1+1M混合型。X衍射研究表明，区内存在两种矿物相：一为双层较有序的单斜相绢云母（白云母），在区内较为发育，为特征水热蚀变矿物之一；另一类为单层较无序的单斜相伊利石（水白云母），其多以混入物形式出现，水热条件下，局部蒙脱石化，并可向伊利石—蒙皂石间层矿物过渡。

硫磺塘地段的蚀变岩石中，绢云母呈结晶良好的板条状自形晶出现，时与不规则薄片状绢云母共生。板条状绢云母晶体的自晶生长，基本上取［110］、 和［100］方向而定向。

I/S间层粘土矿物

间层粘土矿物，是指由几种不同的层状硅酸盐单元晶层，以不同比例、不同交替顺序，沿C轴平行叠置组成的特殊结构类型的粘土矿物。依其叠置的规则程度，可分为规则、不规则和具有分凝作用的三类。

表征伊利石—蒙皂石间层矿物特征因素，主要为间层比和有序度两个方面。前者指I/S间层矿物中可膨胀的蒙皂石晶层的百分含量；后者为矿物主要化学组分与理论值的差异状况。

伊利石—蒙皂石间层矿物的间层比，是矿物种类、水热流体性质与活动强度诸因素的变化函数。Inoue等（1987）的研究指出，间层比＞50%的多为无序间层；＜50%的多为有序间层。

伊利石—蒙皂石间层矿物，在腾冲水热活动区内分布广泛，在热海热田澡塘河地段特别发育，常与高岭石、石英、明矾石一起构成典型的矿物共生组合。通过X射线衍射和分析电子显微术研究，区内硫磺塘、澡塘河地段的I/S间层矿物多为不规则类型，其间层比S=28%～32%，属于有序间层，这类间层比的I/S间层矿物，是伊利石向蒙皂石转变初期的有序化间层，仅含少量的膨胀晶层，矿物外貌基本上保持了伊利石的形态特点，透射电镜下呈现不规则片状和轻微的卷曲。随着间层比的增加，I/S不规则间层的无序性增加，矿物颗粒边缘模糊、卷曲、厚度减薄，而向蒙皂石转化。

X射线能谱分析表明，I/S间层矿物主要化学成分为Si、Al、K，含少量Mg、Fe。SiO2/Al2O3克分子比值略高于白云母的2，但低于蒙脱石的4。

蒙脱石

水热活动区内的蒙脱石，常以混入物的形式分布于蚀变花岗岩类的水热蚀变矿物中，并与高岭石、绢云母、石英、绿泥石共生。其产出一般远离水热活动强烈地带，为中性至弱碱性介质环境中的蚀变产物。

斜钠明矾

斜钠明矾属于含水无附加阴离子的硫酸盐类矿物。自然界中少见，但腾冲地热区澡塘河沿岸现代泉华和龙陵县巴腊掌温泉泉华中多有发现。

无色或浅灰白色，半透明，细粒土状集合体。易溶于水，味微涩。在扫描电镜下可观察到结晶完善的长柱状和薄板状晶体，后者直径约0.1～2μm不等。因此，由矿物结晶外貌可反映出结构（NaO6）八面体和（SO4）四面体形成的平行C轴的链状结构之特点。红外吸收谱图上1093和1148cm-1强的吸收谱带归属于SO4基团的S—O伸缩振动，较弱的606cm-1吸收带为S—O弯曲振动引起。

黄钾铁矾

泉华中黄钾铁矾多半与高岭石、蒙脱石共生。纯矿物产出者少见。主要通过分析电子显微术（AEM）和X 射线衍射技术发现。透射电镜下，黄钾铁矾晶体细小，呈直径仅0.7μm的假立方体状。其元素分析值与矿物理论化学组成基本吻合，并含有其它元素杂质。X射线衍射分析，以其5.95、5.75、3.11、3.08Å等特征反射与伴生的粘土矿物相区别。在红外吸收谱图上，由叠加在高岭石谱图上但属于SO4基团振动引起的1087，697和634cm-1吸收谱带，属于黄钾铁矾的吸收，而且也具有与高岭石共有的反映OH基团伸振缩动引起的3385cm-1吸收谱带。

铁明矾

与斜钠明矾同属于含水、无附加阴离子的硫酸盐类矿物。以纯矿物产于热泉附近沉淀物中。肉眼可见矿物晶体呈细长针状，集合体呈毛发状或纤维状。浅黄褐色，半透明。易溶于水，久置室内潮解，味略苦。扫描电镜下结晶良好，呈细小柱状、棒状。红外吸收谱图上除了1106和1065cm-1二个分裂最强的吸收带、698和595cm-1两个中强吸收带以外，还有由H2O引起的3387cm-1宽大的吸收带。

毛矾石

白色，粉末状，集合体为板状，半透明。易溶于水。单矿物晶体呈柱状、纤维状或板片状。纤维状单晶的X射线能谱分析表明矿物主要由Al、S组成，Fe3+部分代替Al3+，毛矾石主要特征反射为13.58Å、4.50Å、4.40Å、3.97Å、3.67Å等。毛矾石在硫磺塘、瑞滇等水热区广泛分布，常与氧化硅矿物共生。

天然碱

产于瑞滇等地热田的泉华中。以细长针状集合体被膜状盐华覆盖于热泉附近岩石表面或以细脉状产于岩石裂隙中，并与少量石盐共生呈集合体。浅黄色，半透明，易溶于水。经X射线衍射分析，天然碱特征的反射层为9.86Å、4.91Å、3.07Å、2.65Å等。红外吸收谱图上1462cm-1和1061cm-1吸收带为CO3基团内C—O伸缩振动引起，而851cm-1和681cm-1吸收带的C—O弯曲振动引起。

石盐

在本地区分布较少，主要发现于热海热田仙人澡塘及龙陵县巴腊掌等地现代热泉盐华中。纯矿物产出者少见，多半与盐华中无水芒硝和斜钠明矾共生。在瑞滇热田发现石盐与碳酸盐矿物、天然碱共生的现象。石盐主要是根据X射线衍射谱图上3.26Å、2.82Å和1.99Å等特征反射确定的。

α—自然硫

分布于热海、瑞滇、巴腊掌、攀枝花硝塘、朗浦热水塘等热田的热沸泉、喷气地面发育地段。多以被膜状出现于气液喷溢口四周孔壁或岩石裂隙周围，局部地段形成硫华矿石，硫磺塘即以此得名。

方解石和文石

主要分布于龙江口、槟榔江水热活动带中的中低温水热活动区内。在大盈江水热活动带多见于较老水热活动时期形成的钙华中，现今强烈活动的水热流体的蚀变矿物中也有所见，但不构成蚀变矿物的主体。对方解石、文石的物性结构不再赘述。仅予说明的是，水热活动区内方解石的X射线能谱分析，反映了方解石矿物中常有Mn、Fe、Mg、Si等元素的混入物。

二、水热蚀变作用与分带

腾冲水热活动区内的蚀变作用，受控于断裂系统的性质及活动强度，受控于水热流体的温度、压力、化学成分、pH值，和碳、硫、氧、氢逸度等众多因素的变化，以及水热流体幕式周期活动的影响。作为水-岩反应的载体围岩，自然也因岩石的矿物组成不同，构成不同蚀变矿物的组合与发育程度的差异。

由前述区内钻孔测温数据可知，在热田的浅表40m以内的变温层内，地温多在18～27℃区间，在局部地段（如澡塘河的仙人澡塘至蛤蟆嘴泉区间）地下浅表水温高达150℃。朗浦热水塘深钻201孔，在深度200m时地温为122℃；其他地段同等深度的地温变化在25～70℃的范围，可见区内地温变化因地而异，变化较大。作者对区内新、老硅华样品的二氧化硅矿物以及花岗岩体中的石英脉体包裹体测温表明，区内新硅华包体的均一温度平均值为200℃，老硅华的均一温度为270℃，形成时的压力为30×105Pa，钙华包体的均一温度为157℃；蚀变花岗岩体中的石英脉体包体均一温度为300℃，形成时的压力约80×105Pa。考虑到热海热田新、老硅华的爆裂温度均值大体在280℃，以及老硅华包体的均一温度270℃，推断本区地下热储温度为270℃，与一些学者依据化学元素温标计算推论的热储温度相近。据此可以认为，热海地区现代水热流体的活动主要在地面浅表200m以浅的空间。考虑到本区第四系地层由于新构造活动的抬升高度，以及本区最老硅华形成时间＞35×104a，本区较老时期的水热活动应为地表以浅300m左右的空间。也即，本区水热流体的沸腾面深度，现今在地表以浅的200m深度以内，较老时期的水热流体沸腾面在地表300m以浅的深度。

腾冲水热流体的活动区域，所形成的诸多蚀变矿物组合，具有典型浅成低温热液作用的特征。区内硅华及蚀变花岗岩中，虽曾出现冰长石、叶蜡石、迪开石等较高温相的矿物，但数量偏小，分布也仅局限于高温沸泉的周围。本区特征的方英石+钠明矾石+高岭石矿物组合，是区内水热流体因沸腾而致的酸性淋滤作用的代表性产物。由于本区多期次的水热活动，强烈的酸淋作用，高岭石化范围广、强度大，并形成结晶度指数最高可达1.67的典型热液作用高岭石矿物，甚至形成纯净高岭石矿床，而远离强烈水热活动作用的地段，高岭石的有序度降低，并多与伊利石、蒙皂石共生。在水热流体呈现弱酸—弱碱性的介质环境中，则形成绢云母化、伊利石—蒙皂石间层矿物化、泥化（蒙脱石、绿泥石）的矿物组合。当水热流体的周期性活动处于衰减，又有大量Ca质组分供给的条件时，则出现碳酸盐化，于泉口周围形成钙华，在围岩中呈现方解石交代或以脉体形式充填。

水热活动区内的蚀变类型，主要有：

硅化

以出露于高温或热沸泉口周围的硅华、硅质层为特征。在热海热田内的分布，以SN向断裂带中最为发育。热沸泉水中的Si元素具有甚高的丰度，来源于深部水热流体对围岩的交代作用，SiO2在水热流体中以微米级球状硅胶的形式运移，出露于热沸泉的硅华及受蚀变作用的碱长花岗岩、水热爆炸角砾岩的胶结物中，经脱水作用可逐步向蛋白石、玉髓转变，最终形成显晶质石英。区内硅化作用形成的矿物为硅胶、蛋白石、玉髓、α石英、方英石等。硅华在水热活动作用过程中，并能呈现水热流体喷溢孔道的自封闭作用，从而导致沸腾-爆裂过程的不断发生和SiO2凝胶所携带的Au的沉淀。

明矾石化

明矾石为典型的热液蚀变矿物。区内的明矾石化，表明水热流体具有高硫逸度和强酸性（pH＞3.5）环境，流体中的H2S与H2O所形成的H2SO4，对碱长花岗岩中的碱性长石、钾云母的化学作用，产生明矾石和石英。其分布主要见于热沸泉口周围和H2S气体的喷气地面，毛矾石、铁明矾、斜钠明矾、黄钾铁矾、无水芒硝等矾类矿物也常与之相伴。

高岭石化

水热活动区内高岭石化至为普遍，为强烈酸性淋滤作用所形成。在水热活动强烈地带，形成结晶度指数很高的1TC型有序板状高岭石，在远离水热活动强烈的地段，其有序度降低。一般有序和较无序的高岭石，限于分布在断裂带外围和较低温区。水热流体中K+/H+比值越低，越有利于钾长石的高岭石化，区内水热流体的H2S与碱长花岗岩中的钾长石的背景，无疑是热海热田区内普遍高岭石化，以至在沙坡形成高岭石矿体的良好环境条件。在水热活动强烈地段，曾见有迪开石、叶蜡石等典型水热蚀变矿物，但分布局限。

绢云母化

水热活动区内的绢云母，属于二八面体细粒白云母类型，大多具有较低温的1M多型或较高温的2M多型特征，以此可与风化作用形成的伊利石相区别。区内绢云母化，反映中低温热液蚀变作用和不断降温、降压的反应过程，存在钾长石➝绢云母➝伊利石的蚀变矿物演化系列。黄瓜箐地段，蚀变花岗岩绢云母化强烈，钾长石几乎全部分解为绢云母和石英，并保有板状钾长石的外形，即为佐证。

I/S间层矿物化

本区水热活动区内的伊利石—蒙皂石间层矿物化，反映了弱酸至弱碱的介质环境，其形成经历了2：1型层状硅酸盐结构的相互转化过程。区内持续多期的水热活动，促进了I/S间层矿物的普遍发育。在IS间层矿物中，仍保留有二八面体的结构性质，K+离子数随膨胀层由28%→32%时，相应的由0.46减小到0.21，总层电荷数也随膨胀层的增加而降低。本区I/S间层矿物中，未发现间层比更高的矿物。

泥化

本区泥化，发育在水热活动中心的外围地带，主要矿物为蒙脱石、绿泥石，形成于温度较低的环境，并有I/S间层矿物、碳酸盐矿物与之共生。

以上六种水热蚀变类型，总体上共同构成了浅层低温热液相环境条件下的蚀变特征，虽或缺一些蚀变类型，仍可与世界通常所见的火山热液区、热泉型蚀变类型相比较。区内各类蚀变，都表征了其形成的背景条件与形成过程。由于本区水热流体的持续性、周期性活动，尤其是后期水热流体活动的作用，使本区蚀变类型常具彼此叠加的特征。区内的蚀变分带，从蚀变演化过程及特征上，应按上述六类分带，但由于叠加作用及原岩矿物组分的不同，宏观上可归并为以下分带：

硅化、明矾石化带；

高岭石、迪开石化带；

绢云母、伊利石—蒙皂石化带；

蒙脱石、绿泥石泥化带。

粘土矿物作为碳酸盐岩红色风化壳的主要矿物成分和风化成土过程的新生矿物，其形成和演化过程实质上代表了岩溶环境中碳酸盐岩风化成土机理和演化过程。从1807年F.Buchanan提出红土这个术语以来，人们对红色风化壳中粘土的研究虽有近200年的历史，但对红色风化壳成因及粘土形成机理的认识仍众说纷纭。近年来，由于电子显微镜技术（如Mircoprobe、SEM、TEM）和表面分析技术（如XPS、XAS、EXAFS）在化学风化作用研究中的应用，对花岗岩、玄武岩和长石砂岩等岩石风化成土机理的研究发展迅速，提出了新的风化成土机理。值得注意的是，这些研究成果的取得在很大程度上是基于对红色风化壳微结构和矿物表面成分与结构在风化过程中动态变化的深入认识。

研究表明，碳酸盐岩红色风化壳的形成是溶蚀作用、淀积作用和交代作用同时存在、相互促进和共同作用的结果。这3种风化成土作用决定了红色风化壳中粘土矿物的形成方式和演化途径。红色风化壳中粘土矿物的形成主要有3种机理：一是直接由溶蚀作用产生的溶液中沉淀，如风化成土初期的埃洛石、有序度较差的高岭石和水铝英石等；二是原生矿物被粘土矿物交代，如伊利石、高岭石等；三是粘土矿物顺序风化的产物，如蛭石、绿泥石/蛭石间层矿物、有序度较高的高岭石及三水铝石等，这种转化是与风化成土作用的演化及风化强度相联系的。根据碳酸盐岩红色风化壳的粘土矿物组合和微结构特征推测，粘土矿物的形成和演化具有多途径和多阶段性，至少存在3个演化序列：水铝英石→埃洛石→高岭石→三水铝石、伊利石→蛭石→绿泥石/蛭石混层矿物→绿泥石→三水铝石和伊利石→高岭石→三水铝石。高岭石和三水铝石的富集反映了碳酸盐岩红色风化壳已达到风化成土作用的最高阶段，但在碳酸盐岩红色风化壳剖面中下部或风化成土作用初期也可有少量高岭石和三水铝石的分布，这是在风化成土作用初期强烈淋溶条件下，由溶液中直接沉淀形成的高岭石和三水铝石，而不代表红色风化壳的发育程度和演化阶段。

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