地球系统多圈层构造观的基本内涵

地球系统多圈层构造观的基本点是,把地球作为一个活的天体放在宇宙系统之中,更多地考虑地球深部壳-幔-核之间的相互作用,考虑地外天体对地球运动的作用和影响。这一构造观认为:构造运动并不仅仅是岩石圈板块之间的相互作用,而是地球系统的全球动力作用过程;陆与洋是对立统一相互转化的,单纯的大陆增生说是不正确的;地幔对流说至今未被证实,陆块是活动的,但不能大规模漂移;大陆地壳不是单纯地侧向或垂向增生,而是多旋回构造-岩浆作用叠合的产物;地球的构造不是均变式向前发展,而是非均变、非线性、旋回式向前演化的;地球表层在不同地史阶段,均有其受相应深断裂体系控制的不同的构造格局,大西洋—印度洋—太平洋式大洋盆体制,只是在中生代晚期以来才出现的。

从地槽—地台说、板块构造说到地球系统多圈层构造观

从19世纪中叶开始,大地构造理论经历了从地槽—地台说到板块构造说的发展过程。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但一个新的大地构造理论——地球系统多圈层构造观(简称多圈层构造观)已在形成中。地槽—地台说,19世纪中叶提出,盛行于20世纪上半叶,是地质学家从理论上研究地壳构造及其演化的开始。地槽—地台说使用的方法是传统的地质学方法;研究领域是大陆地壳,褶皱带(造山带)和克拉通是其研究的核心内容。地槽—地台说大大推动了地质科学的发展,并为地球科学的进一步发展,奠定了良好的基础。板块构造说,起始于20世纪60年代。板块构造使用的方法,除地质学外,加上了地球物理学和地球化学等现代科学和技术手段;研究领域是全球大陆和海洋的岩石圈。板块构造说使大地构造学的研究范围从地球表层扩展到地球内部,从大陆扩展到海洋,极大地推动了地球科学向更高的层次发展。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但是不足和缺陷已日益显露出来。地球系统多圈层构造观,孕育于20世纪80年代晚期,目前正在发展中。地球系统多圈层构造观使用的方法更现代化,包括地质学、地球物理学、地球化学以及一切探测地球深部和外层空间的方法、手段;研究领域,已不仅仅是地球表层的地壳或岩石圈,而是地球整体,地球各圈层的相互作用。我们相信,21世纪必将是地球系统多圈层构造观不断发展、不断完善的时代。中国及邻区中、新生代构造演化是全球研究多圈层构造的最理想的切入点之一。我们期待中国地学工作者在新一轮大地构造理论创新中发挥应有的作用。

地球系统多圈层构造观

地球系统多圈层构造观的基本理论框架是:(1)把大地构造学从研究地球表层的地壳构造、岩石圈构造推进到研究地球整体多圈层构造的新阶段。(2)地球系统和宇宙天体系统共同作用下形成的全球动力学,太阳能、地球系统多圈层相互作用以及宇宙天体运行的联合作用是各种地质作用的动力来源。(3)洋陆转化论:陆与洋是对立统一、相互转化的。陆与洋都不会永存,不存在只有大洋消亡,大陆增生的单向发展过程,单纯的大陆增生论是不正确的。(4)大陆的地壳和地幔是多层次的,不同层次可以沿其间的界面适度滑移,但大陆整体却难以移动,更不能随意漂移。(5)旋回演化论:地球表层构造不是均变论式,而是非均变、非线性、渐变与突变相结合的,螺旋式向前发展演化的。地球演化的不同阶段,即不同的构造旋回均各有其特有的、不同于其他旋回的全球构造格局和构造特点,不能用一种构造模型套用于地史发展的各个构造旋回和各个阶段。(6)地球结构和演化是不对称、不均匀的,不能用一种构造模型套用于全球不同地区。(7)大陆地壳的多旋回演化:大陆地壳并不是单纯的侧向或垂向增生,而是多旋回构造岩浆作用叠合的产物。(8)深断裂的控制作用。切穿壳-幔不同层次的深断裂带,在大地构造演化中具有十分重要的作用。现今的大洋中脊断裂带、转换断层和贝尼奥夫带,勾画了当今全球的构造格局。地球发展的不同构造旋回和阶段,均各有其所特有的深断裂体系,它们决定了不同阶段和不同构造旋回之全球大地构造格局和演化过程。以Jason(太平洋)和Tuzo(非洲)两个超级地幔沟为支点,研究中国以至亚洲中、新生代构造格局大转换、大改组过程中壳-幔组成和结构的演化过程,是用地球系统多圈层构造观研究大地构造的一个良好的切入点。

黄汲清与中国大地构造研究

本文概述了黄汲清的中国大地构造经典著作——《中国主要地质构造单位》的基本内容和写作基础;阐述了黄汲清及其科学集体的治学风格和工作方法,强调野外地质调查的重要性,突出用新的科学理念和事实,与时俱进不断发展大地构造学。指出大地构造学已从研究地球表层地壳构造、岩石圈构造,进入用地球系统观研究地球整体多圈层构造的新阶段。

夹Ф22mm钢筋体复合锚杆原位锚固特性分析

加钢筋体复合锚杆在土遗址载体锚固得到了较为成功的应用,但研究该类型锚杆机制刚刚起步。选择交河故城开展了夹Ф22 mm钢筋复合体锚杆现场锚固测试,包括锚固性能测试和锚杆各界面层应变监测。锚固性能试验表明,3m长复合锚杆极限锚固力可达190 k N,而且杆体表现出较强塑性变形。锚杆各界面层应变监测结果表明,钢筋-复合材料界面层轴向应变远大于其他界面层,锚固失效在该层;由于杆体的非均直性,楠竹-复合材料界面表现出轴向应变的非规律性,局部出现受压状态;楠竹-浆体界面剪应变与荷载变化一致,在较高荷载下出现剪应变向锚固末端的传递特征;鉴于杆体的多圈层构造,受力过程中出现明显的横向传递和剪胀特征。其研究成果可为复合锚杆的优化与工艺完善奠定基础。

夹Φ20mm钢筋体复合锚杆原位锚固特性分析

加钢筋体复合锚杆在土遗址载体锚固得到了较为成功的应用,但该类型锚杆的机理研究还是空白。为此,选择交河故城开展夹Φ20mm钢筋体复合锚杆现场锚固测试,包括锚固性能测试和锚杆各界面层应变监测。试验结果表明:1)3m长复合锚杆极限锚固力可达150kN,杆体表现出较强塑性变形。2)钢筋-复合材料界面层轴向应变远大于其他界面层,锚固失效在该层。3)由于杆体的非均直性,楠竹-复合材料界面表现出轴向应变的非规律性,局部出现受压状态。4)楠竹-浆体界面层与楠竹-复合材料界面层在较高荷载下出现剪应变向锚固末端的传递特征。5)鉴于杆体的多圈层构造,受力过程中出现明显的横向传递和剪胀特征。