太平山壓力影的形成機(jī)制及地質(zhì)意義

太平山地區(qū)地層中壓力影的形成機(jī)制及地質(zhì)意義摘要：壓力影構(gòu)造是一種較為常見的旋轉(zhuǎn)應(yīng)變標(biāo)志體，對(duì)于它的研究具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文從壓力影的組成和機(jī)構(gòu)特征入手，分析了其成因機(jī)制及指向特征，提出了相應(yīng)的剪切指向判別方法。關(guān)鍵詞：壓力影影中礦物中心剛性體剪切指向引言太平山位于北京周口店一帶，在這一帶地層由奧陶系的馬家溝組一直到二疊的楊家屯組，其中各組中不同巖性地層都有著各自不同的特點(diǎn)。其中本溪組與山西組的壓力影廣泛發(fā)育。本文將通過對(duì)壓力影這種小型構(gòu)造的分析，以微見大，分析壓力影構(gòu)造的成因及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制。壓力影的基本概況1.1壓力影的概念在巖石變形時(shí)，強(qiáng)硬物體常引起局部的不均勻應(yīng)變，使其圍巖基質(zhì)拉開，從而形成低壓引張區(qū)；壓溶物質(zhì)或含礦熔巖在引張區(qū)內(nèi)沉淀生長(zhǎng)，構(gòu)成巖石中局部不均勻構(gòu)造形跡區(qū)，這就是壓力影。壓力影由核心礦物和影中礦物組成（如圖1和2）。圖2中黑色為核心礦物，四周彩色的為影中的礦物。

圈1壓方解構(gòu)造表現(xiàn)形式丸壓力相梅道三搓空間圖象，&gf4AAFW呈薛帶找「屏北京周目店奉圜貌制沖素指）圖2壓力影構(gòu)造的顯微觀察壓力影構(gòu)造的核心礦物可以是構(gòu)造前生成的礦物也可以是同構(gòu)造的遞進(jìn)變形過程中較早階段生成的礦物。有可能是殘斑、碎斑也有可能是變斑晶或一般晶體。核心礦物是不易發(fā)生變形的較剛性礦物。最常見的中間剛體為黃鐵礦、磁鐵礦等其次為長(zhǎng)石殘斑、綠簾石、磷灰石等。在藍(lán)閃片巖中還經(jīng)常見到以藍(lán)閃石作為中心剛性體。太平山地區(qū)本溪組板巖壓力影中核心礦物體主要為淺黃色的黃鐵礦，蘿卜頂?shù)貐^(qū)山西組板巖壓力影中心剛性體大多顏色更深，可能是有點(diǎn)向磁鐵礦轉(zhuǎn)化。影子區(qū)中的礦物經(jīng)常為石英、綠泥石、絹云母、白云母、黑云母等。壓力影總體的構(gòu)造可以為對(duì)稱的，也可以為不對(duì)稱的。陰影的邊界與核晶的表面形狀有關(guān)，隨著陰影形狀的不同，它就聚集在核晶的不同晶面上。例如粒狀或柱狀礦物如石英往往垂直黃鐵礦（100）或磁鐵礦（111）面生長(zhǎng)。而片狀礦物（綠泥石、絹云母、白母、黑云母等）則多平行于黃鐵礦（100）或磁鐵礦（111）面體生長(zhǎng)。在在太平山一帶地區(qū)發(fā)現(xiàn)的壓力影板巖中，影子區(qū)的礦物基本絕大多數(shù)為垂直于黃鐵礦（100）面的白色石英，其他礦物很少見。1.2壓力影的構(gòu)造壓力影構(gòu)造是礦物生長(zhǎng)線理的另一種表現(xiàn)，常產(chǎn)于中低級(jí)變質(zhì)巖、火山巖和動(dòng)力變質(zhì)巖中。壓力影構(gòu)造有巖石中相對(duì)剛性的物體及其兩側(cè)（或四周）在變形中發(fā)育的同構(gòu)造纖維狀結(jié)晶礦物組成。壓力影構(gòu)造往往是按形態(tài)進(jìn)行分類的，但也和成因、剪切指向密切相關(guān)。A.斯皮（1969）按陰影的形態(tài)將壓力影構(gòu)造分為三類：①直纖維壓力影，中心剛性體（原文稱核晶）無旋轉(zhuǎn)，陰影呈平直纖維狀，呈斜方對(duì)稱，且往往與片理平行一致。②彎曲纖維壓力影中心剛性體已旋轉(zhuǎn)，陰影纖維彎曲，與巖石片理不一致，呈單斜對(duì)稱。③粒狀壓力影，陰影部分為粒狀礦物，粒狀礦物或?yàn)橹亟Y(jié)晶作用形成，或?yàn)樵缙诘V物的破碎產(chǎn)物。這三種類型在一定的情況下都是具有剪切意義的。根據(jù)在太平山地區(qū)的采樣和觀察，發(fā)現(xiàn)本溪組板巖與山西組板巖中的壓力影的定向排列有很大差距，本溪組板巖中壓力影含量不多，排列無規(guī)律，蘿卜頂?shù)貐^(qū)山西組板巖中的壓力影構(gòu)造含量大，而且排列大多沿一些淺色條帶分布。根據(jù)其長(zhǎng)軸伸展方向，判定應(yīng)當(dāng)是沿片理分布的。如下圖所示。壓力影的形成機(jī)制總體來說，壓力影的成因機(jī)制即在壓應(yīng)力場(chǎng)和簡(jiǎn)單剪切應(yīng)力場(chǎng)中，當(dāng)核心礦物與圍巖基質(zhì)的韌性差增加到一定程度，隨著遞進(jìn)變形的繼續(xù)，核心礦物兩側(cè)的張應(yīng)力區(qū)中將產(chǎn)生引張裂隙，同時(shí)，圍巖中的壓溶物質(zhì)和殘余含礦溶液在化學(xué)位能梯度的驅(qū)動(dòng)下，流向張應(yīng)力區(qū)中的引張裂隙，結(jié)晶生長(zhǎng)成影中礦物。以下，我們將壓力影的成因機(jī)制就動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和其他成因三方面進(jìn)行分析。2.1壓力影的動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制壓力影形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，主要是一個(gè)裂開與愈合的一個(gè)過程。壓力影的核晶礦物先裂開，再由外來的一些物質(zhì)充填之后愈合，在反復(fù)的過程中，壓力影不斷進(jìn)行生長(zhǎng)。并且影子礦物呈外部老，中間新的分布形式。如圖3。圖3壓力影的動(dòng)力學(xué)形成過程壓力影的核心礦物在壓力影形成過程中可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，也可能沒有旋轉(zhuǎn)，是否發(fā)生旋轉(zhuǎn)取決于核心礦物的形態(tài)及其與圍巖基質(zhì)的韌性差。從應(yīng)力分布方面來說，在擠壓應(yīng)力作用下，產(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)范圍較大而張應(yīng)力范圍較小的應(yīng)力分布特征。巖石中的核心礦物硬度大，承受了大部分壓應(yīng)力，而在核心礦物兩側(cè)硬度較小的基質(zhì)中形成張應(yīng)力集中區(qū)。隨著與核心礦物兩端距離的增加，張應(yīng)力減小，巖石中的壓應(yīng)力平行或近于平行施加于巖石載荷邊界上的外部壓力。應(yīng)力分布特征受核心礦物與圍巖基質(zhì)韌性差，以及核心礦物形態(tài)、方位的影響。可以認(rèn)為，張應(yīng)力區(qū)的大小和形態(tài)近似于影中礦物區(qū)的大小和形態(tài)，受核心礦物的方位、形態(tài)以及載荷的大小所控制，隨著遞進(jìn)變形的繼續(xù)，主張應(yīng)力逐漸增大，張應(yīng)力區(qū)中便形成張性裂隙，為物質(zhì)的填充提供了場(chǎng)所。壓力影的動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制是壓力影構(gòu)造最主要的一種成因機(jī)制。2.2壓力影的熱力學(xué)和化學(xué)成因機(jī)制壓力影的形成機(jī)制除了上一節(jié)所講到的動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制以外，還需要有兩個(gè)必要的條件。1.空間：處于應(yīng)力場(chǎng)中的硬度大的礦物，在不均勻應(yīng)變中，可以是沿礦物長(zhǎng)軸方向發(fā)生引張，也可以是由于垂直于長(zhǎng)軸方向的擠壓，核晶的流變性較基質(zhì)小，使軟硬礦物之間的邊界被拉開，分離形成空位，變成低壓區(qū)。2.物質(zhì)：礦物的邊界受到擠壓，受壓面上溫度升高，物質(zhì)溶化。同時(shí)，由于受壓邊界上化學(xué)位能不斷增高，而引張區(qū)位能較低，這樣，化學(xué)未能梯度便形成流動(dòng)裝置，使基質(zhì)中的壓溶物或活化物或殘余含礦溶液就從化學(xué)未能較高處（即主要載荷方向）轉(zhuǎn)移到化學(xué)位能較低處，出現(xiàn)了引張邊界上物質(zhì)的沉淀，然后通過重結(jié)晶或交代作用，形成新生礦物。如圖4例如太平山南坡的壓力影板巖，黃鐵礦形成核晶。在垂直核晶長(zhǎng)軸方向上的壓應(yīng)力作用下，石英首先出融，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，并沿膠結(jié)物粒間或粒內(nèi)微裂縫流向化學(xué)位能較低的兩端，

繼而沉淀，形成新相石英。與此同時(shí)，核晶黃鐵礦在應(yīng)力作用下也產(chǎn)生了一組粒內(nèi)裂隙，同時(shí)被外來的一些物質(zhì)填充。從而最終形成了壓力影構(gòu)造。圖4壓力影的熱力學(xué)形成機(jī)制（粗箭頭指示物質(zhì)運(yùn)移方向）2.3壓力影的其他成因機(jī)制在壓力影形成的過程中，除外界條件影響外，礦物顆粒的原始方位也是影響因素之一。晶體最穩(wěn)定結(jié)晶方使與最大主應(yīng)力垂直的平面上的化學(xué)位能減至最小值。因此，處于應(yīng)力場(chǎng)中的礦物（并非全部）或由原始方位轉(zhuǎn)變到最終方位，或產(chǎn)生塑性和脆性形變，改變外部幾何形態(tài)，以形成種類繁多的微構(gòu)造現(xiàn)象。因此，當(dāng)?shù)V物方位一定時(shí)，選擇合適的加力方位是十分必要的。太平山壓力影的形成及地質(zhì)意義3.1太平山壓力影的分布和形成環(huán)境針對(duì)壓力影的分布范圍與特征，筆者做了的詳細(xì)的調(diào)查和分析，主要發(fā)現(xiàn)：1.太平山南坡中石炭統(tǒng)本溪組存在于灰黑色和黑色板巖中的壓力影；2.煤炭溝到蘿卜頂?shù)穆飞希嬖谟诙B統(tǒng)山西組板巖中的壓力影，分布較廣。在已知的周口店的區(qū)域中，發(fā)現(xiàn)了這兩處壓力影。壓力影在這一帶均大多數(shù)形成在板巖之中，少數(shù)形成于千枚巖中。其中壓力影在板巖中的形態(tài)一部分呈不規(guī)則的橢圓形，還有一部分呈長(zhǎng)柱形，少數(shù)呈菱形。在這些板巖中，對(duì)壓力影的大小進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在太平山那坡一帶，百分之85的壓力影大小在1~1.5cm，而在蘿卜頂?shù)陌鍘r中發(fā)現(xiàn)百分之80以上的壓力影都在3~4cm。經(jīng)過一系列的觀察也探究，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)

地方的壓力影共同特征是壓力影的核晶礦物都是黃鐵礦，分化后呈褐紅色；其影子礦物全是石英，都成全自形分布。它們的不同點(diǎn)是黑色板巖中的壓力影小而少，分布范圍也很窄；雜色板巖中的壓力影不僅大，而且多，便于觀察和研究。此處的壓力影的核晶礦物為黃鐵礦，為極易氧化礦物，所以推測(cè)其形成環(huán)境為還原環(huán)境，其發(fā)育于板巖之中，并預(yù)測(cè)此處是海相沉積，并且多為淺海沉積，這些都有利于黃鐵礦的形成，而在后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，本溪組與山西組的壓力影板巖逐漸形成。3.2壓力影構(gòu)造的基本類型及其剪切指向法則壓力影構(gòu)造往往是按形態(tài)進(jìn)行分類的，但也和成因、剪切指向密切相關(guān)。按陰影的形態(tài)將壓力影構(gòu)造分為三類：①直纖維壓力影，中心剛性體（原文稱核晶）無旋轉(zhuǎn)，陰影呈平直纖維狀，呈斜方對(duì)稱，且往往與片理平行一致。②彎曲纖維壓力影，中心剛性體已旋轉(zhuǎn)，陰影纖維彎曲，與巖石片理不一致，呈單斜對(duì)稱。③粒狀壓力影，陰影部分為粒狀礦物，粒狀礦物或?yàn)橹亟Y(jié)晶作用形成，或?yàn)樵缙诘V物的破碎產(chǎn)物。壓力影構(gòu)造應(yīng)依據(jù)本身形態(tài)及其與片理之間的關(guān)系進(jìn)行分類，然后制定不同類型的剪切指向分析法則。三個(gè)基本類型為：①旋轉(zhuǎn)壓力影；②斜交壓力影；③平行壓力影。對(duì)應(yīng)的剪切指向分析法則為：①旋轉(zhuǎn)法則；②斜交法則；③平行法則。3.2.1旋轉(zhuǎn)壓力影與旋轉(zhuǎn)法則壓力影的中心剛性體發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，陰影區(qū)中柱狀、纖維狀或片狀礦物被其拖拉發(fā)生了彎曲，可稱為旋轉(zhuǎn)壓力影。其剪切方向可據(jù)影子區(qū)礦物的彎曲和扭動(dòng)特征判斷。這一判斷剪切指向的方法可稱為旋轉(zhuǎn)法則。如圖5圖5旋轉(zhuǎn)壓力影素描圖3.2.2斜交壓力影與斜交法則在自然界出現(xiàn)最多的壓力影便是斜交壓力影，并具有明確的剪切指向作用。斜交壓力影的特征是，影子區(qū)的礦物不發(fā)生彎曲或基本不彎曲，其生長(zhǎng)方向與巖石片理斜交。剪切指向判別方法是，影子區(qū)中礦物生長(zhǎng)方向與片理相交的銳角指向片理的滑移方向。這一判別剪切指向的方法可稱為斜交法則。原理就是，片理兩側(cè)在進(jìn)行相對(duì)滑移（簡(jiǎn)單剪切）過程中，會(huì)出現(xiàn)與片理斜交的變形橢球體，在這一應(yīng)力場(chǎng)作用下，影子區(qū)中的礦物便向著變形橢球體的拉伸方向生長(zhǎng)。如圖6。圖6斜交壓力影素描圖3.2.3平行壓力影與平行法則壓力影中礦物的生長(zhǎng)方向與片理平行一致，稱為平行壓力影。平行壓力影又可進(jìn)一步劃分成兩個(gè)亞類：①斜方對(duì)稱平行壓力影，通過壓力影中心作一條與片理平行的線（實(shí)際是一個(gè)面），兩側(cè)呈對(duì)稱關(guān)系。②單斜對(duì)稱平行壓力影，通過壓力影中心作一條平行于片理的線（實(shí)際上是一個(gè)面），兩側(cè)不對(duì)稱。斜方對(duì)稱平行壓力影是不具有剪切指向意義的。單斜對(duì)稱平行壓力影具有剪切指向意義，過中心剛性體中心及影子區(qū)外緣端點(diǎn)作一直線，與片理相交的銳角指向片理剪切方向。這就是平行法則。如圖7圖7平行壓力影素描圖4.結(jié)語(yǔ)通過壓力影構(gòu)造的系統(tǒng)研究，可以得出如下幾點(diǎn)初步結(jié)論。壓力影構(gòu)造主要地質(zhì)