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摘 要：作为地质学的基础性学科,构造地质学发挥着重要作用.随着相关科学技术的不断发展,构造地质学发生了较大的变化,对岩石圈或者地壳的研究更加的深入化,能够在灾害、能源以及环境中发挥重要作用.文章将对构造地质学的发展和应用进行研究,首先研究了构造地质学的发展现状和发展趋势,然后将其在工程地质中的应用进行研究,发现构造地质学在工程地质中具有良好的应用效果.总之,构造地质学的研究需要不断进行、不断深入,才能发现其中更多的意义,能够提高地质学的向深层次中发展.
关键词：构造地质学;发展;应用
中图分类号：P54
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）06-0153-05
构造地质学属于地质学的重要组成部分,其主要研究对象为岩石圈,岩石圈经历了几十亿年的光景,其形成方式和构造极为复杂,于是研究其形成、发育、破坏、变形等将有助于更加深入了解岩石圈,有助于地质学的发展[1-2].将构造地质学应用到资源、减灾和环境等方面能够发挥重要作用.于是本文将主要研究构造地质学的发展及其应用.
1.构造地质学的发展
1、1 构造地质学的研究现状
构造地质学发展至今,发生了非常大的改变,刚开始的构造地质学主要从起形态进行描述,如今主要研究的地质体的力学和成因,由之前的定性观察转变为今日的定量研究,使得构造地质学更加的精确化,并且构造地质学的研究领域更加的广阔,由之前的几何学发展到如今的动力学、运动学等领域.20世纪以后,构造地质学相关的方法更加先进,引入了各种新的思维,使其与其他学科相互交融,促进了自身的迅猛发展,使其进入一个全新的阶段.下面将对构造地质学的发展进行分析,分别从不同方面研究其现状.
1、1.1 板块构造理论体系相关研究
板块构造理论于1968年前后被提出,该理论的提出基础在于还低扩张和大陆漂移取得了相关的成果,然后以全球统一的角度进出出发,于是提出了该理论[3].在板块构造理论中将地质的垂直方向划分为岩石圈和软流圈,然后岩石圈可以划分为不同的板块,这些板块处于软流圈的上方,在以水平方向不断的进行运动,当然还会存在垂直方向的运动,但是这种运动趋势很小.另外,在相邻板块之间的运动构成了构造带.随后,板块构造理论能够在很多方面得以证实,比如地形、古冰川、海底地磁条带、构造带等方面.板块构造理论的提出时近代构造地质学研究的里程碑,为行星的深入研究提供了基础框架.
自从提出了板块构造理论,非常多的地质学家对其进行不断深入的研究,从而发现了某些现象不能用板块构造理论进行解释,于是引起了研究者们的注重视.对于大陆构造的相关研究中心,不同通过该理论进行分析,比如安第斯山脉、青藏高原等,使得板块构造理论遇到了较大的挑战.在该理论中假设了岩石圈属于刚性,不会发生变形等,地质学家们提出了质疑,使得板块构造理论的某些方面需要得到进一步的验证和完善[4].
1、1.2 大陆动力学研究
1989年,美国研究者提出了大陆动力学,对大陆的演化和形成过程进行了研究,大陆动力学是以大大陆为研究对象,将其所为独立的动力学系统,然后分析大陆与地球系统之间的相互关系.由于大洋岩石圈和大陆之间存在的差异较为显著,且大陆的岩石圈的整个更迭过程非常复杂,导致很多现象不能用大洋岩石圈进行解释,于是在此基础之上提出了大陆动力学.相关学者对其进行深入研究,可能是大陆岩石圈中存在若干软弱层,可能会影响或者控制到大陆内部的分层和复杂变形[5].
为了对大陆内部结构进行了解,通过使用相关的先进技术和方式,比如地球物理方法和超深钻的使用,使得人类能够对大陆岩石圈的发展历程进行了解和认识.地质学者们逐渐认识到大陆的生长方向并不是只有水平方向的生长,还存在其他方向的生长,岩石圈底部的地幔还会发生分异现象,这种现象也会导致大陆岩石圈发生变化.另外,还了解到大陆岩石圈的结构复杂,不仅具有多个流变成、多层结构,而且每个流变成的结构和其性质也存在差异.总之,大陆动力学的提出和其研究成果,对地球动力学的研究作出了非常大的贡献.
1、1.3 大陆岩石圈的结构和深部构造
通过上述大陆动力学和板块构造理论的研究,发现大洋岩石圈和大陆岩石圈存在非常大的差异,大陆岩石圈的发展更为复杂.大陆岩石圈经历了30多亿年的发展,其形成世界可谓是极其漫长,大陆岩石圈的厚度高达100km以上,其中地幔厚度就能够达到70-100km,地壳厚度大约只有30km.大陆岩石圈的形成过程也非常复杂,导致其内部结构多样.随着地质学家们对大陆岩石圈不断深入研究,对其内部结构已经有了进一步的了解.大陆岩石圈含有多个构造滑脱界面的理论最早是由张文佑提出,该理论认为其内部有很多的软弱界面,对造山带具有较大的影响.
隨着相关测量和成像技术的成熟应用,比如层析成像技术和放射地震测量应用于大陆岩石圈中,能够提供较多的重要资料.将对岩石圈形成和演化过程转向使用连续介质力学的动力学说明,而不再是用最初的板块构造的运动学进行解释[5].如今,通过各种相关的技术手段,对大陆岩石圈进行深入分析,可以构建其三维立体结构.但是通过使用物理方法和超深钻探所获得的三维结构存在比较大的不同,导致不能得到更为精确的三维大陆岩石圈结构,所以,为了更加精确了解其结构,需要加强地质研究工作,提高各种检测方式的精确度,获得更为准确的结构构造相当重要.
1、1.4 构造地质流变学和流体作用
随着对构造地质学的不断研究,其他各方面相关的力学研究也有了进一步的发展,比如固体力学、断裂力学和材料力学等,更加促使了构造地质学的发展,然后提出了使用流体力学对地质构造现象进行解释,进而提出了能够模拟构造演化的方法.地质学家们比较热衷于研究岩石的粘塑性变形和非牛顿体变形,因为对这方面的研究有助于了解大陆岩石圈的深部结构[6].当前,对于研究地壳浅层的流体作用比较多,并且取得了一定的成果,尤其在于地下水的运移、地下水与构造裂缝的关系、对矿床形成的作用等方面有了一定的科学成果,并且将其作为构造地质学中流变学的基础部分.
在流变学的研究中,确定其参数是最重要的研究点,因为参数设置不合理,就会影响到构造变形和演化的结果,所以能够准确测定流变学参数极为重要.当前,能够确定的流变学参数只有流应力较为准确,其他的参数大多是通过概算,比如应变速率、粘滞系数等[7].正式由于参数不能准确确定,导致构造流变学不能完全进行定量分析,只能停留在半定量化阶段,甚至有些其他的流变力学理论不能得到实际的论证,只能进行猜测[8].于是当前研究流变学参数属于重点研究对象,需要不断进行深入研究.
1、1.5 中小尺度及微观构造
直接对大型构造进行研究会比较困难,于是可以从其小区域构造着手进行研究.中小尺寸构造的相关研究中包含着构造的形成和演变特征,还包含着地质环境中不同岩石材料的变形机制等,这些研究只是将其小区域的地质进行研究,能够为大区域构造研究提供基础性条件,从而推进大区域构造的研究.通过对晶格、晶体的微观研究,能够为地质结构的相关信息获取提供帮助.另外,通过众多研究者们对中小尺度及微观构造进行不断研究,虽然其主要侧重于理论部分的研究,但是能够提供给构造地质学相关的基础理论.
1、2 发展趋势
在今后的发展过程中,构造地质学的应用范围将会更加广阔,比如可以在能源、环境和交通等方面具有重要的作用.所以,重视构造地质学的研究相当重要,另外,为了使得构造地质学有更加广阔的发展,需要将其与其他学科进行相互交融和贯通,还需要对构造带投人大量的研究,从而使得构造地质学有更快、更广的发展.
1、2.1 发展基础研究
在构造地质学中存在很多的基础性学科,比如,岩石学、古生物学、矿物学和地层学等,这些基础学科的学习有助于提高构造地质学的认识,并且也是研究构造地质学的重要的内容.要想对构造地质学有进一步的提升,加强其基础研究十分与必要,首先,需要加强对基础学科的学习,对现有的地质理论进行补充和修正,还会提出一些具有创新性的理论,能够对地质演化进行解释[7].今后,发展基础研究能够进一步提高构造地质学的发展.
1.2.2 加强与其他学科的交叉融合
研究发现,很多具有创新性的思维和理论是建立在学科边缘或者交叉点处,通过对交叉学科的研究,能够使得学科有更高水平和深层次的发展.所以,对于构造地质学来讲,在未来的发展趋势中,也会通过多学科与其进行交叉融合,将其他学科中的重要内容引入到构造地质学中进行研究,从而更加科学合理的解释不同地质现象,使其达到更为本质的研究目的.另外,在研究构造地质学的基础学科上,还需要深入研究其他学科中的重要发展成果,从而更加深刻全面的认识构造地质学,研究构造地质学.
1、2.3 重要构造带的研究
构造带属于构造地质学的重要研究对象,在今后的发展过程中,还需要对其进行不断的研究.首先需要选择典型的构造带,然后对其进行构造变形的精细研究,还需要分析构造带变形的演化机制.对典型构造带进行深入研究,主要有2个方面的作用,①能够给大型区域构造地质提供论据,而且还能够对其相关的理论提出质疑;②更加符合于应用构造地质,所以能够对其进行突破,还有利于发现新的基础理论.总之,构造地质学在以后的发展中将会更加重视构造带的研究.
2.构造地质学的应用
本文将研究构造地质学在工程地质中的应用,因为地质构造对工程地质的环境和条件会造成重要的影响,甚至是控制着工程地质的条件和环境.于是应用构造地质学对工程地质的各种问題和各种灾害能够发挥重要作用.本文将从工程地质的4个方面应用构造地质学进行分析,其具体应用分析如下.
2、1 区域地壳稳定性评价中的应用
随着大陆动力学理论和岩石断裂力学理论的发展,地质研究者通过对这2种理论的深入研究,从而提出了区域稳定性动力学理论.该理论属于构造地质学中的一种重要理论,能够对区域地壳或者地基的稳定性作出合理的评价.
深层地壳的稳定性取决于其变异层带的性质特征,大陆岩石圈通过其流变性和结构的不同,可以将其分为4种不同的动力学子系统[9].第1种为上地幔顶部流变层,在该部分中存在较硬的夹层,该硬层通过流动作用导致其发生变形,从而就会生成力学效应,地壳中的各个圈层间就会出现增温、拆离、减薄等情况,就会发生构造作用和岩浆作用,第2种为壳幔过渡流变层,会造成地壳减薄伸展等现象.第3种为地壳软弱层,可以作为伸展成盆地迁移和滑动边界.第4种为地壳持力层,在其过渡带的地方容易发生地震.
2、2 在大型工程场地选址中的应用
一般情况之下,大型的工程场地会选择建立在造山带、盆岭构造和盆地构造上,这3种构造带的形成原因在于地壳发生了挤压、扩张、剪切走滑所形成[10].
一些重大的能源工程会选择建立在造山带上,并且造山带的结构及其动力学特征等都会影响到工程的进行.尤其是在造山带中的前锋带、飞来峰和冲起块体等构造上,会发生剧烈的断裂和变形,还会发生其他的各种问题,所以在对大型工程场地进行选址时不要选择这些不稳定的地方.
人类的聚居区主要集中与盆地,所以在进行选址时就要更加的重视,不然就会造成重大事故.比如三峡移民工程或者是震后重建的工程等,在选择区域时不能选择盆地中不稳定的区域等.一般情况下降盆地可以分为伸展盆地、压陷盆地和走滑盆地,其中伸展盆地最为不稳定,因为其地壳减薄,且其边缘容易受到其他因素的影响,所以其边缘和中心位置的稳定性最差.然后压陷盆地比较稳定,其中不稳定的地方主要存在与邻近造山带一侧的位置.另外走滑盆地活动性较强,因为其中受到剪切走滑的影响.另外,盆地的结构为上下不一致的形状,所以其中的转换出容易发生地震,而且其中的隐伏断裂会导致地裂缝,所以就会造成工程建筑的不安全的后果.
盆岭构造属于浅层构造,其中最为稳定的区域是隆起区,不稳定的区域为沉降区.所以在工程选择过程中尽量避免选择沉降区.
2.3 地下洞室稳定性维护中的应用
对地下洞室进行开挖之后,需要对其四周使用支撑结构进行维护,以防出现变形或者破坏,因为洞室内的岩石会出现应力,在采矿中也会出现这种现象,于是将其称为地压现象[11].这种地压会造成矿井的顶板垮落、支架变形、底板隆起、岩爆等危险事故.发生这些事故的主要原因在于地下洞室的围岩结构,尤其是其岩体构造非常复杂且发育充分时,特别容易出现应力集中区,所以一旦对其开挖,就会造成各种的安全事故.于是根据对矿井地质构造的分析了解,能够对支护结构进行指导,增强其支护效果,从而提高洞室的稳定性与安全性.所以构造地质学有助于降低很多的安全事故风险.
2、4 斜坡稳定性评价中的应用
我国属于一个多山区国家,山区国家容易发生斜坡地质灾害,所以每年我国都会因为该灾害造成大量的经济损失和人员伤亡情况,为了降低斜坡地质灾害的影响,对其做好斜坡稳定性评价非常重要.斜坡地质灾害的类型比较多,其中发生频率最多的为滑坡、泥石流和崩塌.这些灾害发生的主要原因在于地形地貌、底层岩性、地下水条件、地质构造、岩土结构等.在这些因素中,地质构其决定性作用,决定著中国的山体总体格局.地貌和构造决定着滑坡、泥石流等的发育程度.所以斜坡地质灾害发生的大部分原因与断裂构造之间有着非常大的联系,所以对断裂构造进行分析,有助于判断斜坡的稳定性.
在工程地质学中,岩土会划分为不同的5个等级,划分依据是结构面的发育程度和类型.每个级别的岩土的性质和其形式会存在差异,根据这些性质和形式可以判断岩土的变形破坏形式及其稳定性,当其存在不稳定或者存在破坏时就可以判定斜坡处于不稳定状态.滑坡在形成过程中会受到地质构造的影响,其具体的表现形式分为2种情况,首先,一般情况下,滑坡沿着断裂破碎带成带成群的进行分布,然后就是滑坡面的空间展布及其范围都会受到各种软弱结构面的控制.所以,在对斜坡稳定性进行评价时,还需要确定出滑坡的规模,从而可以采取相应的预防措施,降低最小的伤害.
崩塌也会受到地质构造的控制,其主要表现形式分为2种情况,首先当斜坡的方向和区域性断裂处于一种大致平行状态时,就会增大斜坡发生崩塌的概率,而且对于存在几组断裂交汇的峡谷区域,该斜坡处极有可能发生非常大型的崩塌;另外,对于断层比较密集的区域,且其坡度陡峭、岩层破碎,也容易发生崩塌现象.另外一种表现为褶皱构造对崩塌的控制.
因为构造作用会使得地面形成高坡度,且高差比较大,还会存在大量的沟谷,另外构造之间运动使得岩体发生变形等现象,这些条件正是形成泥石流的必要条件.所以为了控制泥石流的发生,从构造地质学的角度进行分析,从而提出相应的准备措施,降低灾害造成的严重后果.
3.结语
综上所述,构造地质学不仅在工程地质中具有重要的应用,而且在其他方面也能具有重要作用.在今后的构造地质学研究中,不仅需要对其基础进行深入研究,还需要将其与其他学科进行相互交融,从而提出具有创新意义的理论,不断扩展构造地质学的研究范围,使其能够达到完全的定量分析.
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作者简介：李诗洁（2000-）女,陕西商南人,研究方向：资源勘查工程.
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地质学引用文献:
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[2] 地质学和时政论文例文 地质学和时政有关函授毕业论文范文2000字
[3] 地理地质学专业论文题目 地理地质学论文标题如何定
