地质力学基本概念的研究与讨论——纪念“关于地质构造的三重基本概念”发表70周年OA

李四光1953年发表论文“关于地质构造的三重基本概念”,论述了构造形迹的结构要素、地块形态和构造体系三方面的定义、类别和地质涵义,提出具有相互独立而又重叠相生的“三重基本概念”,引领了地球系统科学的发展。本文依据70年来的新进展和新资料,集中分析地质力学的基本概念、分类基础、应用方向和勘查方法等问题,探讨学科的发展。李四光是把地壳作为力学材料加以研究的构造地质学家。他以地壳作为主要目标,分析不同材料特点的陆块、陆槽和洋壳的分布和变形特征,提出了旋转动力学认识。地质力学研究揭示,中新生代以来构造体系的分布规律、系统关系和演化特征符合于地质实际,而更古老的构造特点尚需深入研究。地块形态,根据相邻地壳的岩石构造非均一性质而划分的区块称之为地块,分为隆起构造带和凹陷盆地两类。“构造强烈、岩浆和变质复杂发育的地带,是隆起构造带,简称构造带”,而“沉积作用为主却构造微弱的地块,被称之为构造地块或凹陷地块”,两者分别受挤压构造和松弛拉伸构造控制。构造带和凹陷地块组合规模不同,控制不同构造体系的级别,构造体系划分为5个级别。构造隆起带和凹陷地块的形成规律,受三维壳幔结构控制。结构要素,地质力学强调结构面的意义。结构面的特征、属性、几何学和力学研究,可以成为地质构造问题的中心。结构面需要考虑分划性结构面和标志性结构面两个类别。分划性结构面,是把岩石划分为大小块体的不连续、突变的断裂、急变褶断带等几何界面。分划性结构面,在野外属于明显可见的形迹,例如断裂和构造破碎带等,通过观测和应力-应变分析得以确定。标志性结构面属于塑性流变的结构构造,例如流变带、叶理或密集劈理带等。首先需要野外和室内观测统计岩石矿物的三维结构,建立应力-应变椭球体表达受力分布状态,进而分析标志性结构面的三维应力分布,进而研究受力性质、几何形态、排列方位等问题。本文强调,构造体系的结构面分析,要在区域不整合面为边界的受力地壳岩板基础上分析。一般来说,水平岩板受测压产生共轭剪切,再发生挤压岩板失稳的隆起褶皱,最后构造体系的横向张裂带。结构面的力学性质,挤压、引张和剪切性质的分类、鉴定和分析,是地质力学特有的基本研究方法。构造体系是达到地壳规模和层次,具有板块动力成生联系的各项构造要素所组成的构造带以及它们之间所夹的岩块或地块组合而成的总体。低级别构造体系,称为构造形式更好。一个独立构造体系,①发育形态稳定且重复出现的构造隆起带和凹陷地块组合形式;②能够显示以板块动力学为边界的力学成生联系;③需要时间和空间的限定。构造体系,例如东亚大陆-海洋岩块,目前主要研究中新生代不整合为底部边界条件的受力岩板分布及其演变特征。构造体系表现为不同级别“隆起构造带及凹陷沉积岩块”的组合,其结构面显示“米”字形分布特征和演化规律,对其研究能够推动构造体系融入全球板块构造框架,能够提高地质力学科学水平。