洪迪思，王　亮，劉兆成

（1.江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇淮安223005；2.淮安市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，江蘇淮安223002）

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

洪迪思*1，王亮1，劉兆成2

（1.江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇淮安223005；2.淮安市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，江蘇淮安223002）

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科和基礎(chǔ)學(xué)科。從板塊構(gòu)造幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)以及大陸動力學(xué)等幾個(gè)方面闡述了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究現(xiàn)狀，分析了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)對地球資源與環(huán)境的影響作用，在此基礎(chǔ)上提出了未來構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢。

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)分支學(xué)科之一，以巖石圈的各種地質(zhì)體作為研究對象，探究其組合形式及形成、發(fā)育、變形、破壞規(guī)律。一般根據(jù)其研究對象和研究內(nèi)容的差異，分為狹義構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和廣義構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。狹義構(gòu)造地質(zhì)學(xué)側(cè)重于對中、小型地質(zhì)體的研究，主要研究這些構(gòu)造的幾何形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、形成演化等。廣義構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究范圍更加廣闊，從地殼演變至巖石圈結(jié)構(gòu)，從重要造山帶至板塊邊界，從顯微構(gòu)造到晶格錯(cuò)位，幾乎涵蓋了10-8～108cm的所有地質(zhì)體。

近代以來，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究獲得了空前發(fā)展。20世紀(jì)60年代以來，板塊構(gòu)造理論體系得以建立和完善；20世紀(jì)70年代以來，大陸構(gòu)造研究得到了重視；20世紀(jì)80年代以來，重點(diǎn)研究巖石圈的演化和三維巖石圈的建立；20世紀(jì)90年代以來，大陸動力學(xué)研究興起。這些研究使得構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在研究深度和研究廣度上取得了重要進(jìn)展［1］。

1　構(gòu)造解析

構(gòu)造學(xué)本質(zhì)上是對地質(zhì)體變形和演化的認(rèn)識，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)強(qiáng)調(diào)野外實(shí)地觀測，其主要研究方法是構(gòu)造解析法。構(gòu)造解析是對地質(zhì)體空間關(guān)系和形成規(guī)律的分析解釋，內(nèi)容包括對地質(zhì)體的幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析［2］。幾何學(xué)解析是指對地質(zhì)體的產(chǎn)狀、規(guī)模、組合形式進(jìn)行研究，進(jìn)而概化為構(gòu)造模式。運(yùn)動學(xué)解析主要研究地質(zhì)體在構(gòu)造作用中發(fā)生的變形和位移。動力學(xué)解析是在幾何學(xué)解析和運(yùn)動學(xué)解析的基礎(chǔ)上，反推構(gòu)造應(yīng)力的性質(zhì)、大小、方向，分析和解釋該研究區(qū)域的構(gòu)造演化史。

2　研究現(xiàn)狀

步入20世紀(jì)后，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)開始從形態(tài)描述逐漸進(jìn)入對地質(zhì)體的成因和力學(xué)分析研究中，由定性觀察轉(zhuǎn)入定量研究，由幾何學(xué)研究轉(zhuǎn)入運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的領(lǐng)域。相關(guān)學(xué)科的新方法、新思路的引入，使得構(gòu)造地質(zhì)學(xué)獲得了極大地進(jìn)步，促進(jìn)了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和其他學(xué)科的交流融合。尤其20世紀(jì)60年代后，以板塊構(gòu)造為主的各種新理論的提出，促使構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的發(fā)展進(jìn)入全新階段。

2.1板塊構(gòu)造理論體系相關(guān)研究

1968年前后，地質(zhì)學(xué)家歸納了大陸漂移和海底擴(kuò)張的研究成果，并在此基礎(chǔ)上從全球統(tǒng)一的角度提出了板塊構(gòu)造理論，該理論將固體地球表層在垂向上劃分為剛性巖石圈和塑性軟流圈，認(rèn)為巖石圈可分為多個(gè)板塊，“漂浮”在軟流圈之上，且以水平運(yùn)動為主，相鄰板塊之間的相互運(yùn)動形成了構(gòu)造作用強(qiáng)烈的構(gòu)造帶。板塊構(gòu)造理論在地形、構(gòu)造帶、古生物、古冰川、洋中脊、海底地磁條帶等方向得到了諸多證據(jù)支持，比較圓滿地解釋了中生代以來的全球構(gòu)造演化格局，為我們從行星尺度研究地球的結(jié)構(gòu)、成分和內(nèi)部作用過程提供了基本框架，是近代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的里程碑。

板塊構(gòu)造理論提出之后，吸引了眾多地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注，隨著研究的深入，一些不能為該理論所解釋的現(xiàn)象逐漸得到大家重視。板塊構(gòu)造理論在大陸構(gòu)造的研究中遇到了很大挑戰(zhàn)，青藏高原問題、安第斯山脈不能有效解釋的問題、大陸地殼物質(zhì)返回地幔的過程等諸多質(zhì)疑相繼被提出，該理論所假設(shè)的巖石圈的剛性和不變形以及板塊運(yùn)動的動力來源等也有待進(jìn)一步的驗(yàn)證和完善［3］。

2.2大陸動力學(xué)研究

大陸動力學(xué)由美國學(xué)者在1989年率先提出，從大陸尺度研究大陸的形成和演化，將大陸作為獨(dú)立的動力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過對大陸的研究，闡明大陸與地球系統(tǒng)的相互關(guān)系。大陸動力學(xué)理論的提出是建立在大陸與大洋巖石圈存在顯著差異的基礎(chǔ)上的，大陸巖石圈的生長、演化和消亡過程比板塊構(gòu)造學(xué)說所闡明的大洋巖石圈生長和消亡過程更為復(fù)雜，大陸巖石圈中可能存在若干軟弱層，對大陸內(nèi)部的復(fù)雜變形和分層具有重要的控制和影響作用［4］。

通過以地球物理方法為主的地學(xué)大剖面研究及超深鉆的驗(yàn)證及修正，對大陸巖石圈的生長和演化有了新的認(rèn)識。認(rèn)識到大陸的生長并不局限于水平方向的側(cè)向生長，大陸巖石圈底部的地幔分異亦不能忽視；發(fā)現(xiàn)大陸巖石圈具有多層結(jié)構(gòu)，存在多個(gè)流變層，且流變層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并不均一。大陸動力學(xué)的研究已經(jīng)成為地球動力學(xué)研究中的重要領(lǐng)域。

2.3大陸巖石圈的結(jié)構(gòu)和深部構(gòu)造

大陸巖石圈與海洋巖石圈有較大的不同。大陸巖石圈為30多億年逐步演化而來，厚度可達(dá)100余千米，大陸地殼厚度一般為30km，地幔厚度為70～100km。大陸巖石圈形成時(shí)間漫長、形成過程復(fù)雜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。近年來，對于大陸巖石圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究日益加深。張文佑最早提出了大陸巖石圈具有多個(gè)構(gòu)造滑脫界面的理論，該理論認(rèn)為大陸巖石圈內(nèi)部存在多個(gè)軟弱界面，軟弱面介質(zhì)的不均一性對大陸重要造山帶等構(gòu)造有較大影響。

反射地震測量和層析成像技術(shù)為了解巖石圈的深部構(gòu)造提供了豐富的資料。對巖石圈形成和演化過程的描繪，開始從板塊構(gòu)造的運(yùn)動學(xué)解釋轉(zhuǎn)向連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的動力學(xué)說明［4］。當(dāng)前研究主要集中在將地球物理手段所揭示巖石圈特性異常范圍與超深鉆探等技術(shù)獲得的直觀結(jié)果相結(jié)合，進(jìn)行統(tǒng)一系統(tǒng)研究，建立大陸巖石圈的三維立體結(jié)構(gòu)。然而，超深鉆探的結(jié)果與依靠物理方法得到的三維巖石圈結(jié)構(gòu)存在較大差異，這迫使我們提高對物探結(jié)果解釋的準(zhǔn)確性，同時(shí)加強(qiáng)地質(zhì)研究工作。

2.4構(gòu)造地質(zhì)流變學(xué)和流體作用

根據(jù)近年來構(gòu)造地質(zhì)研究發(fā)展的需要，繼固體力學(xué)、材料力學(xué)、斷裂力學(xué)之后，采用流體力學(xué)來解釋地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，模擬構(gòu)造演化的方法被提出。巖石圈的非牛頓體變形機(jī)制和巖石的粘塑性變形成為研究的熱點(diǎn)之一，這些研究對于了解大陸巖石圈深部的不均一流變層具有重大意義［5］。目前，對于地殼淺部的流體作用研究較多，地下水的運(yùn)移、地下水對于礦床形成的作用、地下水與構(gòu)造裂隙的關(guān)系等的研究較為深入，構(gòu)成了構(gòu)造地質(zhì)的流變學(xué)基礎(chǔ)研究。

巖石圈的流變學(xué)參數(shù)決定了流體在構(gòu)造變形與演化中作用的大小，因此準(zhǔn)確測定流變參數(shù)是研究的重點(diǎn)。目前，對于流體的流應(yīng)力，即構(gòu)造應(yīng)力大小的測定較為可靠，其他流變參數(shù)，諸如應(yīng)變速率、應(yīng)力指數(shù)、粘滯系數(shù)等只能進(jìn)行概略估算［6］。流變參數(shù)測量的不可靠性使得構(gòu)造流變學(xué)研究停留在半定量化階段，許多流變力學(xué)理論只能屬于猜測［7］。因此，對于如何采用新方法測定流變參數(shù)還有許多研究需要進(jìn)行。

2.5中小尺度及微觀構(gòu)造

中小尺度構(gòu)造研究涉及中小區(qū)域構(gòu)造的形成和演化特征、不同巖石材料在地質(zhì)環(huán)境中的變形機(jī)制等，這是大區(qū)域構(gòu)造研究的基礎(chǔ)，通過對小區(qū)域構(gòu)造的研究，有助于對大型構(gòu)造多期運(yùn)動過程的解釋，進(jìn)而推進(jìn)大型構(gòu)造的研究［8］。晶體、晶格的微觀研究提供了巖石變形特征、構(gòu)造應(yīng)力、地質(zhì)環(huán)境等地質(zhì)信息。中小尺度及微觀構(gòu)造的研究更側(cè)重于理論部分，為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，一直受到諸多學(xué)者的孜孜研究。

3　發(fā)展趨勢

在未來的社會發(fā)展中，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)必將在能源、交通、環(huán)境等方面大放異彩。要加強(qiáng)對構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究，首先應(yīng)提高對構(gòu)造學(xué)基礎(chǔ)研究的重視，同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造學(xué)與其他學(xué)科的交融貫通，加大對典型構(gòu)造帶研究的投入，進(jìn)而積極推進(jìn)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展。

3.1發(fā)展基礎(chǔ)研究

一些基礎(chǔ)學(xué)科，諸如礦物學(xué)、巖石學(xué)、地層學(xué)、古生物學(xué)等對于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)具有奠基意義，基礎(chǔ)學(xué)科的研究將會是未來構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的重點(diǎn)之一。提高對各種地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象形成與演化的認(rèn)識，補(bǔ)充、修正現(xiàn)有地質(zhì)理論，提出可以有效解釋地質(zhì)演化的創(chuàng)新理論，這些基礎(chǔ)性研究對于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義［6］。

3.2加強(qiáng)與其他學(xué)科的交叉融合

學(xué)科新理論、新思路的產(chǎn)生多發(fā)生在學(xué)科邊緣或者交叉點(diǎn)處，重視交叉學(xué)科將使科學(xué)本身向著更深層次和更高水平發(fā)展。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的未來發(fā)展必將建立在多學(xué)科的交叉融合基礎(chǔ)上，將其他學(xué)科方法、思路引入構(gòu)造地質(zhì)研究中，對更多的地質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律作出科學(xué)解釋，進(jìn)行更深入和本質(zhì)性的研究。同時(shí)，要充分吸收利用其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展成果，以更加全面的認(rèn)識地球的歷史和構(gòu)造，推動構(gòu)造學(xué)發(fā)展。

3.3重要構(gòu)造帶的研究

選擇典型構(gòu)造帶進(jìn)行構(gòu)造變形的精細(xì)研究，解析其變形演化機(jī)制。典型構(gòu)造帶的研究一方面可以為大區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)研究提供論據(jù)或者提出質(zhì)疑，另一方面更加貼近應(yīng)用構(gòu)造地質(zhì)研究，有助于應(yīng)用構(gòu)造地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)基礎(chǔ)理論的突破。超高壓變質(zhì)帶、碰撞造山帶、盆地構(gòu)造等典型構(gòu)造帶的研究可能在一定程度上引領(lǐng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的發(fā)展［9］。

4　結(jié)束語

資源、環(huán)境、人口等問題是當(dāng)今人類面臨的主要問題，未來地球科學(xué)應(yīng)當(dāng)為解決這些問題作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地球科學(xué)的支柱學(xué)科之一，仍將是未來地球科學(xué)研究的核心之一，將會指導(dǎo)我們更加合理、有效地開發(fā)和利用地球資源，維護(hù)生存環(huán)境。

［1］郭進(jìn)京.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究態(tài)勢［J］.國外前寒武紀(jì)地質(zhì)，1995 （3）：69-72.

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［3］朱炳泉.“板塊構(gòu)造學(xué)說”的十大問題［C］//2006年全國巖石學(xué)與地球動力學(xué)研討會.

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1004-5716（2016）03-0103-03

2015-03-18

洪迪思（1980-），男（漢族），江蘇漣水人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察工作。