一片看似普通的碎石层,可能是撞击留下的角砾岩。它和断层角砾岩、崩塌角砾岩外观相近,区别不在碎块,而在碎块之间填的东西,以及碎块内部那些肉眼看不到的细纹。
撞击角砾岩的胶结物是熔融物,不是方解石
撞击角砾岩由基岩碎块、玻璃碎屑和熔融基质混合而成,德国里斯坑的同类岩石被命名为 sueivite。碎块大小从毫米到米级,棱角分明,没有经过水流磨圆。碎块之间没有优选方位,也不沿断层成带排列,这是它与构造角砾岩的野外差别。
熔融基质是它区别于构造角砾岩的关键:基质呈灰绿色、致密,镜下是玻璃与微晶的混合物。滴一滴稀盐酸,构造角砾岩的钙质胶结会起泡,撞击角砾岩不会。
冲击石英的面状变形纹要显微镜才看得见
石英在 10 吉帕以上的冲击压力下,沿特定晶面产生平行的变形纹,称为面状变形构造。纹的间距 1–10 微米,一个颗粒内可有两三组不同方向,密度可达每毫米数百条。方向数要用费氏台或电子背散射衍射标定,目测只能看个大概。
普通显微镜下需要偏光与高倍物镜才能看清,而且要统计方向:构造应力产生的变形纹方向单一、间隔宽;冲击产生的方向多、间距密。一条纹路的方向数,比纹路本身更有说服力。
高压矿物只在冲击条件下稳定
石英在 2–3 吉帕以上转变为柯石英,压力超过约 8 吉帕时转变为斯石英。这两种矿物的密度分别约为 2.9 与 4.3 克/立方厘米,比普通石英的 2.65 克/立方厘米致密得多。密度差是它们在重液里分离的依据,也是实验室确认冲击矿物的第一道手续。
它们在地表条件下不稳定,会缓慢回退成石英,能保存下来是因为撞击后迅速卸压降温。在坑外几十千米的砂岩里找到柯石英,几乎等于给这个坑定了性。
没有石英的坑,判据要换一套
以石灰岩、白云岩为主的靶区不含石英,找不到冲击石英。这时要找方解石的变形纹、白云石的分解、石膏的冲击脱水,以及坑内的熔融碳酸盐玻璃。碳酸盐的冲击标志保存差,容易被后期方解石脉掩盖,采样要避开脉体。
砂岩靶区以石英为主,判据最全;花岗岩靶区还能找到锆石的冲击重结晶与击变玻璃。靶岩类型决定证据类型,找不到不等于没有,此为本文判断。
关键数据
下列压力与尺寸用于判断样品是否达到冲击级别,数值为实验与天然样品的统计范围。
- 冲击石英变形纹间距 1–10 微米
- 面状变形构造形成压力约 10 吉帕以上
- 柯石英形成压力 2–3 吉帕以上
- 斯石英形成压力约 8 吉帕以上
- 石英密度约 2.65 克/立方厘米
- 柯石英密度约 2.9 克/立方厘米
- 里斯坑直径约 24 千米
核爆与制样误差都会造出假象
核爆与工程爆破也能产生冲击石英与柯石英。它们的变形纹密度低、只在局部出现,且没有配套的坑形与区域抛射层,必须结合地质背景判断。
样品制备也会造假象:切片过厚,变形纹被重叠遮盖;抛光过度,表面留下平行的划痕。把划痕认成变形纹,是初学者最常犯的错,需转动载物台确认纹路随晶体转动。
参考文献
- French, B. M. Traces of Catastrophe. LPI Contribution No. 954, 1998. —— 冲击变质与角砾岩。
- Melosh, H. J. Impact Cratering: A Geologic Process. Oxford University Press, 1989.
- Osinski, G. R. & Pierazzo, E. Impact Cratering: Processes and Products. Wiley-Blackwell, 2013.
- Earth Impact Database(passc.net),检索日期 2026-11-08。