构造地质学研究现状和发展趋势

2016-02-23洪迪思刘兆成

西部探矿工程 2016年3期

关键词：岩石圈动力学大陆

洪迪思，王　亮，刘兆成

（1.江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏淮安223005；2.淮安市地质矿产勘查院，江苏淮安223002）

构造地质学研究现状和发展趋势

洪迪思*1，王亮1，刘兆成2

（1.江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏淮安223005；2.淮安市地质矿产勘查院，江苏淮安223002）

构造地质学是地质学的分支学科和基础学科。从板块构造几何学、运动学以及大陆动力学等几个方面阐述了构造地质学的研究现状，分析了构造地质学对地球资源与环境的影响作用，在此基础上提出了未来构造地质学的研究重点和发展趋势。

构造地质学；研究现状；发展趋势

构造地质学是地质学分支学科之一，以岩石圈的各种地质体作为研究对象，探究其组合形式及形成、发育、变形、破坏规律。一般根据其研究对象和研究内容的差异，分为狭义构造地质学和广义构造地质学。狭义构造地质学侧重于对中、小型地质体的研究，主要研究这些构造的几何形态、产状、规模、形成演化等。广义构造地质学的研究范围更加广阔，从地壳演变至岩石圈结构，从重要造山带至板块边界，从显微构造到晶格错位，几乎涵盖了10-8～108cm的所有地质体。

近代以来，构造地质学研究获得了空前发展。20世纪60年代以来，板块构造理论体系得以建立和完善；20世纪70年代以来，大陆构造研究得到了重视；20世纪80年代以来，重点研究岩石圈的演化和三维岩石圈的建立；20世纪90年代以来，大陆动力学研究兴起。这些研究使得构造地质学在研究深度和研究广度上取得了重要进展［1］。

1　构造解析

构造学本质上是对地质体变形和演化的认识，构造地质学强调野外实地观测，其主要研究方法是构造解析法。构造解析是对地质体空间关系和形成规律的分析解释，内容包括对地质体的几何学、运动学和动力学的分析［2］。几何学解析是指对地质体的产状、规模、组合形式进行研究，进而概化为构造模式。运动学解析主要研究地质体在构造作用中发生的变形和位移。动力学解析是在几何学解析和运动学解析的基础上，反推构造应力的性质、大小、方向，分析和解释该研究区域的构造演化史。

2　研究现状

步入20世纪后，构造地质学开始从形态描述逐渐进入对地质体的成因和力学分析研究中，由定性观察转入定量研究，由几何学研究转入运动学、动力学的领域。相关学科的新方法、新思路的引入，使得构造地质学获得了极大地进步，促进了构造地质学和其他学科的交流融合。尤其20世纪60年代后，以板块构造为主的各种新理论的提出，促使构造地质学的发展进入全新阶段。

2.1板块构造理论体系相关研究

1968年前后，地质学家归纳了大陆漂移和海底扩张的研究成果，并在此基础上从全球统一的角度提出了板块构造理论，该理论将固体地球表层在垂向上划分为刚性岩石圈和塑性软流圈，认为岩石圈可分为多个板块，“漂浮”在软流圈之上，且以水平运动为主，相邻板块之间的相互运动形成了构造作用强烈的构造带。板块构造理论在地形、构造带、古生物、古冰川、洋中脊、海底地磁条带等方向得到了诸多证据支持，比较圆满地解释了中生代以来的全球构造演化格局，为我们从行星尺度研究地球的结构、成分和内部作用过程提供了基本框架，是近代构造地质学研究的里程碑。

板块构造理论提出之后，吸引了众多地质学家的广泛关注，随着研究的深入，一些不能为该理论所解释的现象逐渐得到大家重视。板块构造理论在大陆构造的研究中遇到了很大挑战，青藏高原问题、安第斯山脉不能有效解释的问题、大陆地壳物质返回地幔的过程等诸多质疑相继被提出，该理论所假设的岩石圈的刚性和不变形以及板块运动的动力来源等也有待进一步的验证和完善［3］。

2.2大陆动力学研究

大陆动力学由美国学者在1989年率先提出，从大陆尺度研究大陆的形成和演化，将大陆作为独立的动力学系统进行分析，通过对大陆的研究，阐明大陆与地球系统的相互关系。大陆动力学理论的提出是建立在大陆与大洋岩石圈存在显著差异的基础上的，大陆岩石圈的生长、演化和消亡过程比板块构造学说所阐明的大洋岩石圈生长和消亡过程更为复杂，大陆岩石圈中可能存在若干软弱层，对大陆内部的复杂变形和分层具有重要的控制和影响作用［4］。

通过以地球物理方法为主的地学大剖面研究及超深钻的验证及修正，对大陆岩石圈的生长和演化有了新的认识。认识到大陆的生长并不局限于水平方向的侧向生长，大陆岩石圈底部的地幔分异亦不能忽视；发现大陆岩石圈具有多层结构，存在多个流变层，且流变层的结构和性质并不均一。大陆动力学的研究已经成为地球动力学研究中的重要领域。

2.3大陆岩石圈的结构和深部构造

大陆岩石圈与海洋岩石圈有较大的不同。大陆岩石圈为30多亿年逐步演化而来，厚度可达100余千米，大陆地壳厚度一般为30km，地幔厚度为70～100km。大陆岩石圈形成时间漫长、形成过程复杂，内部结构较为复杂。近年来，对于大陆岩石圈内部结构的研究日益加深。张文佑最早提出了大陆岩石圈具有多个构造滑脱界面的理论，该理论认为大陆岩石圈内部存在多个软弱界面，软弱面介质的不均一性对大陆重要造山带等构造有较大影响。

反射地震测量和层析成像技术为了解岩石圈的深部构造提供了丰富的资料。对岩石圈形成和演化过程的描绘，开始从板块构造的运动学解释转向连续介质力学的动力学说明［4］。当前研究主要集中在将地球物理手段所揭示岩石圈特性异常范围与超深钻探等技术获得的直观结果相结合，进行统一系统研究，建立大陆岩石圈的三维立体结构。然而，超深钻探的结果与依靠物理方法得到的三维岩石圈结构存在较大差异，这迫使我们提高对物探结果解释的准确性，同时加强地质研究工作。

2.4构造地质流变学和流体作用

根据近年来构造地质研究发展的需要，继固体力学、材料力学、断裂力学之后，采用流体力学来解释地质构造现象，模拟构造演化的方法被提出。岩石圈的非牛顿体变形机制和岩石的粘塑性变形成为研究的热点之一，这些研究对于了解大陆岩石圈深部的不均一流变层具有重大意义［5］。目前，对于地壳浅部的流体作用研究较多，地下水的运移、地下水对于矿床形成的作用、地下水与构造裂隙的关系等的研究较为深入，构成了构造地质的流变学基础研究。

岩石圈的流变学参数决定了流体在构造变形与演化中作用的大小，因此准确测定流变参数是研究的重点。目前，对于流体的流应力，即构造应力大小的测定较为可靠，其他流变参数，诸如应变速率、应力指数、粘滞系数等只能进行概略估算［6］。流变参数测量的不可靠性使得构造流变学研究停留在半定量化阶段，许多流变力学理论只能属于猜测［7］。因此，对于如何采用新方法测定流变参数还有许多研究需要进行。

2.5中小尺度及微观构造

中小尺度构造研究涉及中小区域构造的形成和演化特征、不同岩石材料在地质环境中的变形机制等，这是大区域构造研究的基础，通过对小区域构造的研究，有助于对大型构造多期运动过程的解释，进而推进大型构造的研究［8］。晶体、晶格的微观研究提供了岩石变形特征、构造应力、地质环境等地质信息。中小尺度及微观构造的研究更侧重于理论部分，为构造地质学提供坚实基础，一直受到诸多学者的孜孜研究。

3　发展趋势

在未来的社会发展中，构造地质学必将在能源、交通、环境等方面大放异彩。要加强对构造地质学的研究，首先应提高对构造学基础研究的重视，同时加强构造学与其他学科的交融贯通，加大对典型构造带研究的投入，进而积极推进构造地质学发展。

3.1发展基础研究

一些基础学科，诸如矿物学、岩石学、地层学、古生物学等对于构造地质学具有奠基意义，基础学科的研究将会是未来构造地质学研究的重点之一。提高对各种地质体、地质现象形成与演化的认识，补充、修正现有地质理论，提出可以有效解释地质演化的创新理论，这些基础性研究对于构造地质学的进一步发展具有重要意义［6］。

3.2加强与其他学科的交叉融合

学科新理论、新思路的产生多发生在学科边缘或者交叉点处，重视交叉学科将使科学本身向着更深层次和更高水平发展。构造地质学的未来发展必将建立在多学科的交叉融合基础上，将其他学科方法、思路引入构造地质研究中，对更多的地质现象和规律作出科学解释，进行更深入和本质性的研究。同时，要充分吸收利用其他相关学科的发展成果，以更加全面的认识地球的历史和构造，推动构造学发展。

3.3重要构造带的研究

选择典型构造带进行构造变形的精细研究，解析其变形演化机制。典型构造带的研究一方面可以为大区域构造地质研究提供论据或者提出质疑，另一方面更加贴近应用构造地质研究，有助于应用构造地质和构造地质基础理论的突破。超高压变质带、碰撞造山带、盆地构造等典型构造带的研究可能在一定程度上引领构造地质学的发展［9］。