流变学在构造地质学和大陆动力学研究中的意义

第一节　流变学在构造地质学和大陆动力学研究中的意义

流变学是研究物质流动和变形的科学，它是一门起源很早而又发展迅速的学科（何平笙，1997；中川鹤太郎，1989；王振东，2001）。我国古代劳动人民早在2000多年前就对流变学有了一定的认识（周彦豪，1988）。古希腊哲学家赫拉克利特的名言“万物皆流”更是一语道破流变学的精髓。在地质学研究领域，流变学是研究大陆构造的重要理论基础，大陆岩石圈对构造作用、重力作用和热作用的响应在很大程度上决定于其几何特征和流变学性质。

构造地质学主要研究由内动力地质作用所形成的各种地质构造的形态、产状、规模、形成条件、形成机制、分布和组合规律及其演化历史，并进而探讨产生地质构造的地壳运动方式、规律和动力来源。其中内动力指的是由地球内部的能量（如重力势能、地热能）引起的地质动力。由于岩石流变学、行星地质学等新兴学科的发展，以及高温高压实验技术的日益成熟，导致传统的构造地质学正逐步朝着系统化、定量化的方向发展。岩石的物理性质特别是流变学性质是控制其在构造应力作用下长期力学行为的本构关系。在构造地质学研究中，运用流变学的研究方法和理论成果，可以使我们对地质构造的几何特征以及形成的力学机制有更加科学的把握。也正因如此，2002年9月，在美国科罗拉多州丹佛市召开的题为“构造地质学与大地构造学的新航程（New　Departures　in　Structural　Geology　and　Tectonics）”的研讨会上，美国构造地质学家提出将“超越板块构造：流变学与大陆造山作用”作为当代构造地质学研究的首要课题。

构造变形和动力学问题是地质学研究的重要内容，以研究大陆生成和演化的动力学过程为主要目标的大陆动力学已经成为地球科学研究的热点和前沿。大陆动力学是建立在一般的固体力学、流体力学、流变力学以及岩土力学等学科的基础之上的，其研究的地壳、地幔是处于不同温度、不同压力、宽时域、大尺度和大变形条件下的非均质体，其中，脆性和延性兼有，固体变形与黏性流动并存。因此必须引入流变学的观点、方法来研究大陆动力学（Robinson和Edwin，1982；Carter和Tsenn，1987；Rutter和Brodie，1991；王绳祖等，2001）。

正确地建立大陆动力学模型，不可避免地需要查清所研究地质体的几何结构、流变性质和边界条件（付永涛等，1997）。因此流变学被认为是板块构造和大陆构造几何学、运动学及动力学研究之间的桥梁，是大陆动力学研究的一个重要方面（索书田，1992，1993）。要了解构造过程的力学机理，就必须了解地壳与地幔岩石的流变性质。高温、高压实验研究已经为我们提供了一些岩石（矿物）流变学参数的定量信息。但是对于一些常见的地质构造，如能干层褶皱和石香肠等，其构造变形时的温压和应变速率与实验条件有较大的差别，同时天然构造的物质组成是多矿物的，而目前实验得到的多是单矿物的流变参数。从天然构造变形获取定量的岩石古流变参数，如应力指数及强硬岩层对基质的黏度比，可避开对于温度和压力等条件的估计，为从实验室得到的岩石流变参数推广到天然构造提供了很好的检验和补充。正是基于这样一种与实验岩石流变学互补的需要，天然岩石流变学应运而生。