太平山地區地層中壓力影的形成機制及地質意義摘要：壓力影構造是一種較為常見的旋轉應變標志體，對于它的研究具有一定的理論意義和實用價值。本文從壓力影的組成和機構特征入手，分析了其成因機制及指向特征，提出了相應的剪切指向判別方法。關鍵詞：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。其中本溪組與山西組的壓力影廣泛發育。本文將通過對壓力影這種小型構造的分析，以微見大，分析壓力影構造的成因及運動學和動力學機制。壓力影的基本概況1.1壓力影的概念在巖石變形時，強硬物體常引起局部的不均勻應變，使其圍巖基質拉開，從而形成低壓引張區；壓溶物質或含礦熔巖在引張區內沉淀生長，構成巖石中局部不均勻構造形跡區，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壓方解構造表現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壓力影構造的顯微觀察壓力影構造的核心礦物可以是構造前生成的礦物也可以是同構造的遞進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、磁鐵礦等其次為長石殘斑、綠簾石、磷灰石等。在藍閃片巖中還經常見到以藍閃石作為中心剛性體。太平山地區本溪組板巖壓力影中核心礦物體主要為淺黃色的黃鐵礦，蘿卜頂地區山西組板巖壓力影中心剛性體大多顏色更深，可能是有點向磁鐵礦轉化。影子區中的礦物經常為石英、綠泥石、絹云母、白云母、黑云母等。壓力影總體的構造可以為對稱的，也可以為不對稱的。陰影的邊界與核晶的表面形狀有關，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。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。在在太平山一帶地區發現的壓力影板巖中，影子區的礦物基本絕大多數為垂直于黃鐵礦（100）面的白色石英，其他礦物很少見。1.2壓力影的構造壓力影構造是礦物生長線理的另一種表現，常產于中低級變質巖、火山巖和動力變質巖中。壓力影構造有巖石中相對剛性的物體及其兩側（或四周）在變形中發育的同構造纖維狀結晶礦物組成。壓力影構造往往是按形態進行分類的，但也和成因、剪切指向密切相關。A.斯皮（1969）按陰影的形態將壓力影構造分為三類：①直纖維壓力影，中心剛性體（原文稱核晶）無旋轉，陰影呈平直纖維狀，呈斜方對稱，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，陰影纖維彎曲，與巖石片理不一致，呈單斜對稱。③粒狀壓力影，陰影部分為粒狀礦物，粒狀礦物或為重結晶作用形成，或為早期礦物的破碎產物。這三種類型在一定的情況下都是具有剪切意義的。根據在太平山地區的采樣和觀察，發現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，排列無規律，蘿卜頂地區山西組板巖中的壓力影構造含量大，而且排列大多沿一些淺色條帶分布。根據其長軸伸展方向，判定應當是沿片理分布的。如下圖所示。壓力影的形成機制總體來說，壓力影的成因機制即在壓應力場和簡單剪切應力場中，當核心礦物與圍巖基質的韌性差增加到一定程度，隨著遞進變形的繼續，核心礦物兩側的張應力區中將產生引張裂隙，同時，圍巖中的壓溶物質和殘余含礦溶液在化學位能梯度的驅動下，流向張應力區中的引張裂隙，結晶生長成影中礦物。以下，我們將壓力影的成因機制就動力學、熱力學和其他成因三方面進行分析。2.1壓力影的動力學成因機制壓力影形成的動力學機制，主要是一個裂開與愈合的一個過程。壓力影的核晶礦物先裂開，再由外來的一些物質充填之后愈合，在反復的過程中，壓力影不斷進行生長。并且影子礦物呈外部老，中間新的分布形式。如圖3。圖3壓力影的動力學形成過程壓力影的核心礦物在壓力影形成過程中可能發生旋轉，也可能沒有旋轉，是否發生旋轉取決于核心礦物的形態及其與圍巖基質的韌性差。從應力分布方面來說，在擠壓應力作用下，產生壓應力區范圍較大而張應力范圍較小的應力分布特征。巖石中的核心礦物硬度大，承受了大部分壓應力，而在核心礦物兩側硬度較小的基質中形成張應力集中區。隨著與核心礦物兩端距離的增加，張應力減小，巖石中的壓應力平行或近于平行施加于巖石載荷邊界上的外部壓力。應力分布特征受核心礦物與圍巖基質韌性差，以及核心礦物形態、方位的影響。可以認為，張應力區的大小和形態近似于影中礦物區的大小和形態，受核心礦物的方位、形態以及載荷的大小所控制，隨著遞進變形的繼續，主張應力逐漸增大，張應力區中便形成張性裂隙，為物質的填充提供了場所。壓力影的動力學成因機制是壓力影構造最主要的一種成因機制。2.2壓力影的熱力學和化學成因機制壓力影的形成機制除了上一節所講到的動力學成因機制以外，還需要有兩個必要的條件。1.空間：處于應力場中的硬度大的礦物，在不均勻應變中，可以是沿礦物長軸方向發生引張，也可以是由于垂直于長軸方向的擠壓，核晶的流變性較基質小，使軟硬礦物之間的邊界被拉開，分離形成空位，變成低壓區。2.物質：礦物的邊界受到擠壓，受壓面上溫度升高，物質溶化。同時，由于受壓邊界上化學位能不斷增高，而引張區位能較低，這樣，化學未能梯度便形成流動裝置，使基質中的壓溶物或活化物或殘余含礦溶液就從化學未能較高處（即主要載荷方向）轉移到化學位能較低處，出現了引張邊界上物質的沉淀，然后通過重結晶或交代作用，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。在垂直核晶長軸方向上的壓應力作用下，石英首先出融，產生塑性流動，并沿膠結物粒間或粒內微裂縫流向化學位能較低的兩端，

繼而沉淀，形成新相石英。與此同時，核晶黃鐵礦在應力作用下也產生了一組粒內裂隙，同時被外來的一些物質填充。從而最終形成了壓力影構造。圖4壓力影的熱力學形成機制（粗箭頭指示物質運移方向）2.3壓力影的其他成因機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。晶體最穩定結晶方使與最大主應力垂直的平面上的化學位能減至最小值。因此，處于應力場中的礦物（并非全部）或由原始方位轉變到最終方位，或產生塑性和脆性形變，改變外部幾何形態，以形成種類繁多的微構造現象。因此，當礦物方位一定時，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意義3.1太平山壓力影的分布和形成環境針對壓力影的分布范圍與特征，筆者做了的詳細的調查和分析，主要發現：1.太平山南坡中石炭統本溪組存在于灰黑色和黑色板巖中的壓力影；2.煤炭溝到蘿卜頂的路上，存在于二疊統山西組板巖中的壓力影，分布較廣。在已知的周口店的區域中，發現了這兩處壓力影。壓力影在這一帶均大多數形成在板巖之中，少數形成于千枚巖中。其中壓力影在板巖中的形態一部分呈不規則的橢圓形，還有一部分呈長柱形，少數呈菱形。在這些板巖中，對壓力影的大小進行了統計，發現在太平山那坡一帶，百分之85的壓力影大小在1~1.5cm，而在蘿卜頂的板巖中發現百分之80以上的壓力影都在3~4cm。經過一系列的觀察也探究，發現這兩個

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，所以推測其形成環境為還原環境，其發育于板巖之中，并預測此處是海相沉積，并且多為淺海沉積，這些都有利于黃鐵礦的形成，而在后期的構造運動中，本溪組與山西組的壓力影板巖逐漸形成。3.2壓力影構造的基本類型及其剪切指向法則壓力影構造往往是按形態進行分類的，但也和成因、剪切指向密切相關。按陰影的形態將壓力影構造分為三類：①直纖維壓力影，中心剛性體（原文稱核晶）無旋轉，陰影呈平直纖維狀，呈斜方對稱，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，陰影纖維彎曲，與巖石片理不一致，呈單斜對稱。③粒狀壓力影，陰影部分為粒狀礦物，粒狀礦物或為重結晶作用形成，或為早期礦物的破碎產物。壓力影構造應依據本身形態及其與片理之間的關系進行分類，然后制定不同類型的剪切指向分析法則。三個基本類型為：①旋轉壓力影；②斜交壓力影；③平行壓力影。對應的剪切指向分析法則為：①旋轉法則；②斜交法則；③平行法則。3.2.1旋轉壓力影與旋轉法則壓力影的中心剛性體發生了旋轉，陰影區中柱狀、纖維狀或片狀礦物被其拖拉發生了彎曲，可稱為旋轉壓力影。其剪切方向可據影子區礦物的彎曲和扭動特征判斷。這一判斷剪切指向的方法可稱為旋轉法則。如圖5圖5旋轉壓力影素描圖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，影子區的礦物不發生彎曲或基本不彎曲，其生長方向與巖石片理斜交。剪切指向判別方法是，影子區中礦物生長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，片理兩側在進行相對滑移（簡單剪切）過程中，會出現與片理斜交的變形橢球體，在這一應力場作用下，影子區中的礦物便向著變形橢球體的拉伸方向生長。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方向與片理平行一致，稱為平行壓力影。平行壓力影又可進一步劃分成兩個亞類：①斜方對稱平行壓力影，通過壓力影中心作一條與片理平行的線（實際是一個面），兩側呈對稱關系。②單斜對稱平行壓力影，通過壓力影中心作一條平行于片理的線（實際上是一個面），兩側不對稱。斜方對稱平行壓力影是不具有剪切指向意義的。單斜對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外緣端點作一直線，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.結語通過壓力影構造的系統研究，可以得出如下幾點初步結論。壓力影構造主要地質