旋扭应力场控矿特征
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旋扭构造应力场是一种特殊的应力场，其主应力迹线为对数螺旋线，而τmax为放射状和同心圆状。这种应力分布成因，类似于弹性力学中所研究的“无限薄板在集中力偶作用下的变形”和“圆柱在外力力偶作用下的变形”。前者在地质上类似于岩浆由深部向地壳浅部一边侵位一边旋转，为内旋主动(图7.58)；后者类似于断层两盘相对错动对岩块所施加的力偶，为外旋主动(图7.59)。应力大小变化规律取决于外力。
图7.57 贵州丹寨汞矿—猫儿洞—五工区矿床
(据贵州汞矿矿务局)
若内旋主动，例如由于岩浆一边侵位一边旋转或断层错动而造成的旋扭构造，此时弹性力学认为：
构造应力场控岩控矿
故σ1、σ3、τmax均与距旋扭中心(砥柱或漩涡)半径平方成反比。构造变形强度内强外弱，越靠近砥柱的部位变形越强，为成矿提供良好的空间，并使岩石表面积增大，而利于矿液交代。从应力驱动矿液角度讲，则热液在应力驱动下将从砥柱部位向外运移。
图7.58 岩浆由深部向地壳旋扭侵位所引起的变形
图7.59 断层两盘相对错动
若外旋主动，则远离旋扭中心的断层错动，此时：
构造应力场控岩控矿
即σ1、σ3、τmax均与距旋扭中心(砥柱或漩涡)半径P成正比。变形强度外强内弱，成矿溶液在应力驱动下由外围向旋扭中心运移。造成成矿元素的分带。例如河北邯邢矿山村旋扭构造由一系列褶皱围绕马家脑，呈涡轮状展布，矿液运移严格受旋扭应力场控制，使主要矿床和矿体都位于旋卷构造的背斜的褶皱及其转折端，控制了磁铁矿，TiO2含量变化，用磁铁矿中TiO2进行趋势分析，发现矿液由外向内运移(图7.60)。
图7.60 某矿田矿液运移形式理想示意图
(据杨开庆等，1982)
1—磁铁矿中的TiO2含量(%)及等值线；2—理想矿液流线及流向
由于构造应力传递影响岩浆结晶作用。液态或塑性大的流动物质，在结晶时受到构造应力场的控制，结晶物质(元素)按本身性质与可传递的应力性质、大小(强度)和方向，配合起来做有规律地移动和聚集(元素集散地球化学)，从而在一定的构造应力场作用方式下结晶出不同的岩相、矿相。这就明确了构造应力场和地球化学场的关系。这类场论，将动量、能量和质量统一起来考虑。董树文研究安徽沙溪斑岩铜矿帚状构造应力场与地球化学场是一很好例子。各旋扭带的坐标先进行数据处理，得出各旋扭带曲线方程。将沙溪帚状构造作为无限平板集中力偶力学模型处理进行计算。将帚状构造应力场进行强度分区，分别为内旋带的应力强区，中间带的应力中区和外旋扭带的应力弱区发现：
1)含矿岩体拉森指数(LDL)同一旋扭带内是收敛方向低于撒开方向值、内旋带低于外旋带值、漩涡低于各旋扭带，它说明同一岩体在帚状构造收敛部偏基性，撒开方向偏酸性，内旋带的基性程度大于外旋扭带。同时拉森指数分布大致指示了含矿岩浆是由内旋带向外旋带，从收敛向撒开端侵入演化的规律。
2)含矿岩体Si4+分布规律，Si4+原子数从各旋扭带的收敛端到撒开端，从内旋扭带向外旋扭带逐渐增大。
3)旋扭应力场作用于斑岩的整个成岩成矿过程，导致在应力强区富集重元素(Ti、Fe、Mn等)；应力中区富集Ca、Mg，应力弱区轻元素K、Na富集，对应地形成Au、Cu—Mo、Pb—Zn三个矿带，形成了构造应力作用下的物质场。
4)含矿岩体主要特征元素的分布规律，按原子量大小、元素密度大小组合成三组，重元素(原子量47～55，密度4.5～7.86g/cm3)，H=Σ(Ti4++Fe3++Fe2++Mn2+)；中间元素(原子量24～40，密度1.54～1.74g/cm3)，M=Σ(Ca2++Mg2+)；轻元素(原子量22～39，密度0.86～0.97g/cm3)，L=Σ(K++Na+)。元素按原子量和密度大小有规律地分布在帚状构造部位。重元素多集中在收敛方向或内旋扭带；轻元素多集中于撒开元素端或外旋扭带；
5)中间元素居中。元素特征值亦反映了元素离子半径大小rH=0.0～0.091nm，rM=0.078～0.106nm，rL=0.098～0.133nm。离子半径大的元素多集中于撒开方向。含矿岩体δ34S的分布具一定规律，应力强区为δ34S高区，应力弱区为δ34S低区。同一旋扭带从状敛端到撒开方向δ34S值由高变低，漩涡＞内旋扭带＞外旋扭带。
上述事实说明应力对岩浆结晶时所起的控制作用。证明扭压应力在岩浆中可以传递，这种传递呈现了某种梯度性，应力梯度的出现导致了岩浆体内物质的调整，以求得平衡。物质调整在应力梯度一定时，主要取决于元素和物理性质和化学性质，应力梯度与物质的质和量的传递性的对应关系，证明了构造作用不仅控制物质的分布，而且对物质的形成有一定的控制性。
张治洮研究了哈密东南尾亚岩体，指出岩体具明显的旋扭特征，核部呈圆形，二长岩呈环状展布，各环形态与旋卷构造吻合，表明岩体固结前曾经历过内旋为顺时针向的旋卷运动。认为其成岩受旋扭应力场控制，系岩浆侵位后在一段时间内保持熔融状态，并作顺时针旋卷，多成分的岩浆熔体，各种成分比重有差别(包括各种离子、配离子、各种分子之间，以及早结晶的矿物与尚未结晶的熔浆之间比重的差别)。一般说来，富Ti、Fe、Mg者较重，富Si、O者较轻。在旋卷运动中，重物质所受离心力较大，在质点动能相等的情况下，重物质运动速度较轻物质小。因此，重物质向外运动，并作与旋流相反的相对运动，从而导致岩体边缘部分重物质所占比例逐渐增高。由于旋卷中心在岩体几何中心的西北，这种偏心旋卷造成：在熔体各个边缘的流速有差别，在西北边缘由于离旋扭中心较近而流速较快，东北边缘离心较远而慢，使得重物质在流速较慢的东北边缘逐渐聚集。特别是早晶出的磁铁矿、辉石和钙长石等，冷凝后成为基性杂岩；流速快处动能高、冷却较慢，流速慢处则相反。从而导致较早冷凝的二长岩环，西窄东宽；刚冷凝的二长岩尚存一定程度的塑性，由于*熔浆继续旋转，二长岩环西北部所受侧压较大，使二长岩壳发生向东南直到东北方向的蠕动，并受区域应力场影响而呈椭圆状。
刘迅等(1998)研究了张扭性旋扭构造中矿液的运移，指出张扭性旋扭构造扩张区主要分布于组成旋扭构造的各条断裂的内侧，且断裂撒开端的扩张区较窄，而收敛端扩张区变宽，并相互联结，总体呈与断裂相同方向旋转的涡轮状。各弧形断裂外侧为压缩区(图7.61)。压扭性旋扭构造的矿液运移扩张区并不沿旋扭构造的各组成断裂分布，而是分布于相邻两条断裂之间。即是从一条断裂曲率较大的部位沿半径方向向断裂内侧延伸到相邻断裂收敛端一侧的断裂端点区域，呈带状分布。其组合形式总体呈与断裂相反方向旋转的涡轮状(图7.62)。这些部位多是与压扭性弧形断裂相配套的张性断裂发育区。
张扭性旋扭构造控矿可以以吉林省二道甸子金矿为例(刘迅等，1998)。控矿构造为二道甸子张扭性帚状构造，它由二道甸子弧形构造带、西南岔弧形构造带和地窖子弧形构造带组成。三条弧形构造带均向南西侧凸出，向北东侧凹进；向南东端收敛，向北西端撒开；成矿期外旋层相对内旋层反扭。矿体主要分布于弧形构造带的主断层中(图7.63)，最内侧的二道甸子弧形构造带成矿最好，为主成矿构造带，向外侧成矿渐差，至最外侧地窨子弧形构造带只见矿化现象。帚状构造的收敛端成矿最好，向撒开端渐差。这种规律与实验获得的张扭性旋扭构造扩张区相吻合。
图7.61 张扭性旋转构造Δ＞0区的分布
(据刘迅等，1998)
图7.62 压扭性旋扭构造的Δ＞0和Δ＜0区分布
(据刘迅等，1998)
图7.63 二道甸子金矿控矿结构与矿体分布简图
(据刘迅等，1998)
1—张扭性断裂；2—断裂；3—古生代地层；4—新生代玄武岩；5—海西期花岗岩；6—燕山期花岗岩；7—金矿体
河北省邯邢地区矿山村涡轮状是压扭性涡轮状构造应力场控矿的实例(图7.)。围绕着矿山村岩体，有一个涡轮状的旋卷构造，它的旋回面由围绕着马家脑的一系列弧形褶皱组成，为一个压扭性涡轮状构造。它的边界外力作用方式是外环反时针扭动，砥柱顺时针扭动。这个涡轮状构造应力场不仅控制着岩浆的活动，而且还控制着矿液的运移和铁矿体的分布。天津地质矿产研究所一室铁矿队经过岩浆流线的测定和磁铁矿中TiO2地质温度计计算，确定出矿液运移的方向是从外环方向，沿着旋回面的螺旋线方向，向内环的收敛及砥柱的周围方向运移。而铁矿体富集的地区，即矿液聚集的地区大体有两个地区：一是旋卷构造砥柱的周围，例如，马家脑矿体、石板坡矿体；二是弧形褶皱或褶皱带的中间弯曲较大、褶皱较强的背斜核部扩容区，这相当于旋回面的1/3～2/3的地区，即涡轮状构造砥柱和外环之间的部位，而在外环撒开方向没有明显的矿体。
图7. 矿山村矿田构造草图
(据天津地质矿产研究所)
1—二叠系；2—石炭系；3—中奥陶系；4—闪长岩—二长岩类；5—铁矿体；6—背斜；7—向斜；8—压扭性断层；9—性质不明或推测断裂；10—岩体流线
