描述岩石粘弹性固体性质的开尔文模型

大多数固体材料都具有弹性,但真实的固体却极少严格遵从弹性的虎克定律。这些固体材料的变形往往有对时间的依赖性,这种性质是流变学研究的内容。岩石是自然界最普遍的固体,它的力学性质在通常条件下可用虎克定律作精确的描述,而在漫长的地质过程中,岩石的流变特征就逐渐显现出来。地质作用越缓慢,岩石对变形时间的依赖性越明显。为精确描述岩石在地质过程的力学性质,流变学方法被引入地质学。笔者已经介绍过描述"牛顿流体"的马克斯威尔流变模型,文中介绍描述粘弹性固体的开尔文流变模型。和马克斯威尔模型一样,开尔文模型也是流变学的基本模型,它是由一个弹性元件和一个阻尼元件并联而成。文中给出开尔文模型的本构关系和地质应用的简介。

变形构造分析的定量化与摩尔圆的引用与发展

20世纪60年代,与板块构造学说建立的同时,在构造地质学中还有一项革新,就是变形构造分析的定量化,从定性描述走向定量计算。定量化的重要标志就是将力学中的摩尔圆引入构造地质学,并且使其改进和发展,在构造地质分析中建立了有限应变摩尔圆,适应了大变形的分析,又建立了极摩尔圆,适应一般剪切的分析。我国地质学家在其中也做出了自己的贡献。

有限应变测量的关键原理--摩尔圆

20世纪60年代,在板块理论建立的同时,对变形岩石和矿田构造作定量分析以替代定性分析的有限应变测量方法也建立了起来。定量分析的主要标志是将摩尔圆方法从力学引入到地质学,同时也引入矿田构造分析中,并且得到改进与发展。有限应变摩尔圆为分析岩石大变形而建立,极摩尔圆随后为分析广布于野外岩石中的一般剪切变形而建立。我国著名学者李四光在此之前将应力摩尔圆和库仑准则从力学领域介绍到构造地质学,尔后一些中国学者为改进和发展极摩尔圆方法作出了自己的贡献。本文以浅显的方式解释摩尔圆的基本概念和作图方法,附带做些练习和解答。

流变学基础模型的地质应用及启示

地质作用经常是流变过程,岩石经受长时间应力作用可以在小应力条件下产生大变形。地质作用具有充分漫长的时间,所以野外露头成为研究天然流变学最好的现场,流变学理论在力学中自19世纪下半叶以来已经有迅速的发展,但用于解释地质作用的文献仍然很少。文中介绍一个基本粘弹性模型——马克斯威尔模型作为描述岩石变形的实例,同时给出应变与应力和时间三者的本构关系。代入真实岩石的“E”值和“η”值,获得了岩石的“马克斯威尔松弛时间”,约为1012s,约合3.2万年,这意味着使应力经松弛降低到某一明显程度和使应变经蠕变增加到某一明显程度在数量级上至少需要10万年以上。

地下岩石构造力复合重力的压力状态分析

针对大别一带超高压变质作用的形成深度存在两种观点:其一是形成深度可用静流体公式h=p/(ρg)算出,并得出变质作用形成于90km或更深处;其二是超高压是重力、构造力和其他力合成的,并不只是重力的作用,从而该变质作用可以在地壳内形成。地下的岩石处于固态,而静止流体公式不适用于固体。事实上,围压不仅来自重力,而且也来自构造力和其他力,所以合理的求深度算法应该是从总压力中减去构造力获得纯重力才可用来计算深度。还简要解释了诸如剪应力、差应力、构造力等概念。

地质作用深度测算中的问题

迄今为止 ,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。这种方法只在假设岩石处于静止的液体状态下才是正确的。然而 ,实际上从浅部地壳直至地幔深处的岩石都是固体状态而不是液体状态 ,且粘性系数随深度递增。实测数据表明 ,地下水平压应力总是大于垂直压应力 ,说明构造力在量值上超过重力。所以 ,在地壳中进行地质作用深度的测算必须把岩石看作是固体并依据固体物理理论。因此 ,吕古贤等在文献 [1 6 ]中提出的深度测算方法 ( 1 998)是有意义的。

地壳中重力、构造力和构造附加压力的力学基础

迄今为止,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。这种方法只在假设岩石处于静止的液体状态下才是正确的(Heim,1878)。然而,实际上从浅部地壳直至地慢深处的岩石都是固体状态而不是液体状态,且粘性系数随深度递增。实测数据表明地下水平压应力总是大于垂直压应力,说明构造力在量值上超过重力。所以,在地壳中进行地质作用深度的测算必须把岩石看作是固体并依据固体物理理论,在吕古贤等提出地质作用的深度测算方法正好考虑到了这一情况。

建议用准确的力学概念研究地球动力学

随着构造地质和地球动力学研究的深入,所引用的力学概念也越来越多,这些概念在力学中已先于地质学有严格的定义,那么引用这些概念时也应该遵循这些定义,以免错用。在进行构造解析和地球动力学分析时,准确运用力学概念有利于对问题的精确和量化解释,否则不仅不利于地质学的发展,还会阻碍地质学与力学和地球物理学之间的交流。然而,近年的文献中误用力学概念的现象时有发生,这与学科日新月异发展的形势很不相称。地质学每次突跃式发展都与其他学科,尤其力学概念的引入分不开。文章仅就几个最常用的力学概念作些基本解释,以期引起关注和研讨。

我国高等地质教育发展沿革概述

我国高等地质教育的发展沿革是一个需要认真研究的重要课题,但涉及面很广,考虑到资料的准确性,我们谨以北京大学地质学系、南京大学地球科学系和中国地质大学的情况为主来叙述一个概况。 我国现代地质教育虽然可以追溯到1862年洋务派建立的同文馆。

中国显微构造地质学的回顾

我国的显微构造与组构研究始于20世纪30年代。已故何作霖教授把“岩组学”由德语文献介绍到中国,王嘉荫教授实测了国内岩石的岩组图,研究了矿物形成与变化的构造作用因素,他们把这一领域的研究与构造地质分析结合起来,给构造地质分析引入了显微镜方法。不过在以后的30多年里,显微构造与组构分析只局限于少数学术单位和少数学者。从20世纪70年代中期开始,随着地质工作的发展和国际交往的带动,显微构造与组构在我国得到较快速的发展。许多高校地质系开设了相关课程,在矿业开发、工程地质、环境与灾害地质等方面也得到有成效的应用。

回顾地质事业的发展 思考理科地质教育改革

我国现代地质教育有90余年历史,如果以新中国成立为时间界线,可以看出在地质教育体制上,建国前后有很大的不同.建国前的地质教育在各大学里进行,而这些大学只隶属教育部,不隶属于任何实业部门.当时的理科地质系毕业生虽然只接受过基础地质教育,大多数却是在矿产地质等实业部门工作,少部分在教学与科研部门工作,都能适应自己的领域,这些领域的知识范围远远超出大学里接受的课程范围.

显微构造地质学

现代构造地质学的观测范围已经远远超出了肉眼所及的视域,一方面利用了航空照片、卫星照片和遥感技术,得以从全球范围,从全貌上认识构造形迹的总体以及各部分之间的关系,另一方面利用了光学显微镜、电子显微镜和x-射线技术,得以从细微局部认识构造变形和变质对岩石结构、矿物结构和晶体结构的影响,从而探讨这些显微变形机制与构造活动特征的关系,这就是显微构造地质学从构造地质学中逐渐发展为独立的新学科的原因。

我国构造地质学的早期发展与人才培养

中国的现代意义的地质学出现在本世纪初。早期的地质学文献常是不分学科的,所以构造地质学何时出现并独立出来并不是显而易见的。本文暂以文献的标题归类来查阅构造地质学出现的时间,虽然不十分准确,却也是一种依据,在方法上较为简便。

试谈课程内容的取与舍

课程内容存在的问题之一是内容膨胀。教材越编越厚,学时减不下来,且不断要求增加。有的教师认为,科学在发展,理应不断补充新的教学内容,在教材里也应该反映出来,所以课程内容难免膨胀。应该肯定,这些教师的教学态度是积极的,是熟悉学术动向的。同时也必须承认,大学本科学时有限,毕业生不可能马上成为专家,教学内容的更新,一方面不能过深,另方面还要有课程的系统性。还有取与舍的选择问题。

面向21世纪理科地质学教改的思路

一、理科地质人才的层次 我国的高等教育自设立工科时起就有采矿冶金专业(北洋大学,1895),自设立理科(格致科)时起就有地质专业(京师大学堂,1909),足见当时对地下资源作为工业化主力资源地位的重视。百年来,尤其建国以来,我国地质工作者为国家经济发展作出了重要贡献,基本上满足了对地下资源的需求。这与把地矿工作看作工业化的基础工作和地矿工作者的献身精神是分不开的。

关于培养跨世纪地质人才的思考

培养跨世纪人才已经不是将来的事。今年入学的大学生,毕业工作两年就到了下个世纪,更不要说读到硕士或者博士了。所以我们已经在培养跨世纪的人才。

加强地质科学人才品质的培养

地质学是基础自然科学之一,属于理科.在建国前的高等学校里,地质系属于理学院,而矿冶系属于工学院.理学院与工学院的培养目标也有区别,大体上说,前者培养科学研究人员,后者培养工程技术人员.1952年院系调整后,我国成立了几所大型地质学院,毕业生主要从事找矿勘探地质工作,主要是工科地质工程技术人才.而综合性大学中的地质系也在一定程度上效仿地质工程技术人才培养,失去了对地质科学人才培养的特色.直到1992年后,教育部(教委)在全国先后设立了四个理科地质学教学与科学人才培养基地,才逐渐加强了地质科学人才的培养力度.

一个剪切位移公式的几何证明

剪切位移测量公式是研究韧性剪切带中的常用公式 ,但该公式的代数推导较为复杂 ,难以被构造地质学研究领域的人们所接受 。

中国近代地质史话——中国石油大学(北京)“地质学论坛”交流报告

引言:2019年1月7日,应童亨茂教授的邀请,刘瑞珣教授到中国石油大学(北京)作了“中国近代地质史话”的学术交流。考虑到他年龄、身体等方面的因素,学术交流以座谈的方式进行。会后,童亨茂教授根据录音材料将他的报告整理成文。2020年12月22日,刘瑞珣教授逝世。现将部分整理内容公开发表,以纪念和深切缅怀刘瑞珣教授。

面向21世纪的地质学教育

面向２１世纪的地质学教育北京大学刘瑞一、理科地质人才的层次地质工作是专业性很强的工作，最基本的地质填图也需要具有一定数学、物理学、化学、生物学和地质学知识的、经过专业教育的人才承担，在各行各业中，地质工作者需要的基础知识相对要广泛些。地球物理学、地球...