太平山压力影的形成机制及地质意义

太平山地区地层中压力影的形成机制及地质意义

摘要：压力影构造是一种较为常见的旋转应变标志体, 对于它的研究具有一定的理论意义

和实用价值。本文从压力影的组成和机构特征入手，分析了其成因机制及指向特征，提出了相应的剪切指向判别方法。

关键词：压力影影中矿物中心刚性体剪切指向

引言

太平山位于北京周口店一带，在这一带地层由奥陶系的马家沟组一直到二叠的杨家屯组，其中各组中不同岩性地层都有着各自不同的特点。其中本溪组与山西组的压力影广泛发育。本文将通过对压力影这种小型构造的分析，以微见大, 分析压力影构造的成因及运动学和动力学机制。

1.压力影的基本概况

1.1压力影的概念

在岩石变形时，强硬物体常引起局部的不均匀应变，使其围岩基质拉开，从而形成低压引张区；压溶物质或含矿熔岩在引张区内沉淀生长，构成岩石中局部不均匀构造形迹区，这就是压力影。压力影由核心矿物和影中矿物组成（如图1和2）。图2中黑色为核心矿物，四周彩色的为影中的矿物。

图2 压力影构造的显微观察

压力影构造的核心矿物可以是构造前生成的矿物, 也可以是同构造的递进变形过程中较早阶段生成的矿物。有可能是残斑、碎斑, 也有可能是变斑晶或一般晶体。核心矿物是不易发生变形的较刚性矿物。最常见的中间刚体为黄铁矿、磁铁矿等, 其次为长石残斑、绿帘石、磷灰石等。在蓝闪片岩中还经常见到以蓝闪石作为中心刚性体。太平山地区本溪组板岩

压力影中核心矿物体主要为浅黄色的黄铁矿，萝卜顶地区山西组板岩压力影中心刚性体大多颜色更深，可能是有点向磁铁矿转化。

影子区中的矿物经常为石英、绿泥石、绢云母、白云母、黑云母等。压力影总体的构造可以为对称的，也可以为不对称的。阴影的边界与核晶的表面形状有关，随着阴影形状的不同，它就聚集在核晶的不同晶面上。例如粒状或柱状矿物如石英往往垂直黄铁矿（100）或磁铁矿（111）面生长。而片状矿物(绿泥石、绢云母、白母、黑云母等)则多平行于黄铁矿（100）或磁铁矿（111）面体生长。在在太平山一带地区发现的压力影板岩中，影子区的矿物基本绝大多数为垂直于黄铁矿（100）面的白色石英，其他矿物很少见。

1.2压力影的构造

压力影构造是矿物生长线理的另一种表现，常产于中低级变质岩、火山岩和动力变质岩中。压力影构造有岩石中相对刚性的物体及其两侧（或四周）在变形中发育的同构造纤维状结晶矿物组成。压力影构造往往是按形态进行分类的,但也和成因、剪切指向密切相关。A.斯皮(1969) 按阴影的形态将压力影构造分为三类：①直纤维压力影, 中心刚性体(原文称核晶) 无旋转, 阴影呈平直纤维状, 呈斜方对称, 且往往与片理平行一致。②弯曲纤维压力影, 中心刚性体已旋转, 阴影纤维弯曲, 与岩石片理不一致, 呈单斜对称。③粒状压力影, 阴影部分为粒状矿物, 粒状矿物或为重结晶作用形成, 或为早期矿物的破碎产物。这三种类型在一定的情况下都是具有剪切意义的。

根据在太平山地区的采样和观察，发现本溪组板岩与山西组板岩中的压力影的定向排列有很大差距，本溪组板岩中压力影含量不多，排列无规律，萝卜顶地区山西组板岩中的压力影构造含量大，而且排列大多沿一些浅色条带分布。根据其长轴伸展方向，判定应当是沿片理分布的。如下图所示。

2.压力影的形成机制

总体来说，压力影的成因机制即在压应力场和简单剪切应力场中，当核心矿物与围岩基质的韧性差增加到一定程度，随着递进变形的继续，核心矿物两侧的张应力区中将产生引张裂隙，同时，围岩中的压溶物质和残余含矿溶液在化学位能梯度的驱动下，流向张应力区中的引张裂隙，结晶生长成影中矿物。

以下，我们将压力影的成因机制就动力学、热力学和其他成因三方面进行分析。

2.1压力影的动力学成因机制

压力影形成的动力学机制，主要是一个裂开与愈合的一个过程。压力影的核晶矿物先裂

开，再由外来的一些物质充填之后愈合，在反复的过程中，压力影不断进行生长。并且影子矿物呈外部老，中间新的分布形式。如图3。

图3 压力影的动力学形成过程

压力影的核心矿物在压力影形成过程中可能发生旋转，也可能没有旋转，是否发生旋转取决于核心矿物的形态及其与围岩基质的韧性差。从应力分布方面来说，在挤压应力作用下，产生压应力区范围较大而张应力范围较小的应力分布特征。岩石中的核心矿物硬度大，承受了大部分压应力，而在核心矿物两侧硬度较小的基质中形成张应力集中区。随着与核心矿物两端距离的增加，张应力减小，岩石中的压应力平行或近于平行施加于岩石载荷边界上的外部压力。应力分布特征受核心矿物与围岩基质韧性差，以及核心矿物形态、方位的影响。可以认为，张应力区的大小和形态近似于影中矿物区的大小和形态，受核心矿物的方位、形态以及载荷的大小所控制，随着递进变形的继续，主张应力逐渐增大，张应力区中便形成张性裂隙，为物质的填充提供了场所。

压力影的动力学成因机制是压力影构造最主要的一种成因机制。

2.2压力影的热力学和化学成因机制

压力影的形成机制除了上一节所讲到的动力学成因机制以外，还需要有两个必要的条件。1.空间：处于应力场中的硬度大的矿物，在不均匀应变中，可以是沿矿物长轴方向发生引张，也可以是由于垂直于长轴方向的挤压，核晶的流变性较基质小，使软硬矿物之间的边界被拉开，分离形成空位，变成低压区。2.物质：矿物的边界受到挤压，受压面上温度升高，物质溶化。同时，由于受压边界上化学位能不断增高，而引张区位能较低，这样，化学未能梯度便形成流动装置，使基质中的压溶物或活化物或残余含矿溶液就从化学未能较高处（即主要载荷方向）转移到化学位能较低处，出现了引张边界上物质的沉淀，然后通过重结晶或交代作用，形成新生矿物。如图4

例如太平山南坡的压力影板岩，黄铁矿形成核晶。在垂直核晶长轴方向上的压应力作用下，石英首先出融，产生塑性流动，并沿胶结物粒间或粒内微裂缝流向化学位能较低的两端，

继而沉淀，形成新相石英。与此同时，核晶黄铁矿在应力作用下也产生了一组粒内裂隙，同时被外来的一些物质填充。从而最终形成了压力影构造。

图4 压力影的热力学形成机制（粗箭头指示物质运移方向）

2.3压力影的其他成因机制

在压力影形成的过程中，除外界条件影响外，矿物颗粒的原始方位也是影响因素之一。晶体最稳定结晶方使与最大主应力垂直的平面上的化学位能减至最小值。因此，处于应力场中的矿物（并非全部）或由原始方位转变到最终方位，或产生塑性和脆性形变，改变外部几何形态，以形成种类繁多的微构造现象。因此，当矿物方位一定时，选择合适的加力方位是十分必要的。

3.太平山压力影的形成及地质意义

3.1太平山压力影的分布和形成环境

针对压力影的分布范围与特征，笔者做了的详细的调查和分析，主要发现：1.太平山南坡中石炭统本溪组存在于灰黑色和黑色板岩中的压力影；2.煤炭沟到萝卜顶的路上，存在于二叠统山西组板岩中的压力影，分布较广。在已知的周口店的区域中，发现了这两处压力影。压力影在这一带均大多数形成在板岩之中，少数形成于千枚岩中。其中压力影在板岩中的形态一部分呈不规则的椭圆形，还有一部分呈长柱形，少数呈菱形。在这些板岩中，对压力影的大小进行了统计，发现在太平山那坡一带，百分之85的压力影大小在1~1.5cm，而在萝卜顶的板岩中发现百分之80以上的压力影都在3~4cm。经过一系列的观察也探究，发现这两个