探討構造地質學發展與應用研究

摘要：作為地質學的基礎性學科，構造地質學發揮著重要作用。隨著相關科學技術的不斷發展，構造地質學發生了較大的變化，對巖石圈或者地殼的研究更加的深入化，能夠在災害、能源以及環境中發揮重要作用。文章將對構造地質學的發展和應用進行研究，首先研究了構造地質學的發展現狀和發展趨勢，然后將其在工程地質中的應用進行研究，發現構造地質學在工程地質中具有良好的應用效果?？傊?，構造地質學的研究需要不斷進行、不斷深入，才能發現其中更多的意義，能夠提高地質學的向深層次中發展。

關鍵詞：構造地質學;發展;應用

中圖分類號：P54

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0153-05

構造地質學屬于地質學的重要組成部分，其主要研究對象為巖石圈，巖石圈經歷了幾十億年的光景，其形成方式和構造極為復雜，于是研究其形成、發育、破壞、變形等將有助于更加深入了解巖石圈，有助于地質學的發展[1-2]。將構造地質學應用到資源、減災和環境等方面能夠發揮重要作用。于是本文將主要研究構造地質學的發展及其應用。

1 構造地質學的發展

1.1 構造地質學的研究現狀

構造地質學發展至今，發生了非常大的改變，剛開始的構造地質學主要從起形態進行描述，如今主要研究的地質體的力學和成因，由之前的定性觀察轉變為今日的定量研究，使得構造地質學更加的精確化，并且構造地質學的研究領域更加的廣闊，由之前的幾何學發展到如今的動力學、運動學等領域。20世紀以后，構造地質學相關的方法更加先進，引入了各種新的思維，使其與其他學科相互交融，促進了自身的迅猛發展，使其進入一個全新的階段。下面將對構造地質學的發展進行分析，分別從不同方面研究其現狀。

1.1.1 板塊構造理論體系相關研究

板塊構造理論于1968年前后被提出，該理論的提出基礎在于還低擴張和大陸漂移取得了相關的成果，然后以全球統一的角度進出出發，于是提出了該理論[3]。在板塊構造理論中將地質的垂直方向劃分為巖石圈和軟流圈，然后巖石圈可以劃分為不同的板塊，這些板塊處于軟流圈的上方，在以水平方向不斷的進行運動，當然還會存在垂直方向的運動，但是這種運動趨勢很小。另外，在相鄰板塊之間的運動構成了構造帶。隨后，板塊構造理論能夠在很多方面得以證實，比如地形、古冰川、海底地磁條帶、構造帶等方面。板塊構造理論的提出時近代構造地質學研究的里程碑，為行星的深入研究提供了基礎框架。

自從提出了板塊構造理論，非常多的地質學家對其進行不斷深入的研究，從而發現了某些現象不能用板塊構造理論進行解釋，于是引起了研究者們的注重視。對于大陸構造的相關研究中心，不同通過該理論進行分析，比如安第斯山脈、青藏高原等，使得板塊構造理論遇到了較大的挑戰。在該理論中假設了巖石圈屬于剛性，不會發生變形等，地質學家們提出了質疑，使得板塊構造理論的某些方面需要得到進一步的驗證和完善[4]。

1.1.2 大陸動力學研究

1989年，美國研究者提出了大陸動力學，對大陸的演化和形成過程進行了研究，大陸動力學是以大大陸為研究對象，將其所為獨立的動力學系統，然后分析大陸與地球系統之間的相互關系。由于大洋巖石圈和大陸之間存在的差異較為顯著，且大陸的巖石圈的整個更迭過程非常復雜，導致很多現象不能用大洋巖石圈進行解釋，于是在此基礎之上提出了大陸動力學。相關學者對其進行深入研究，可能是大陸巖石圈中存在若干軟弱層，可能會影響或者控制到大陸內部的分層和復雜變形[5]。

為了對大陸內部結構進行了解，通過使用相關的先進技術和方式，比如地球物理方法和超深鉆的使用，使得人類能夠對大陸巖石圈的發展歷程進行了解和認識。地質學者們逐漸認識到大陸的生長方向并不是只有水平方向的生長，還存在其他方向的生長，巖石圈底部的地幔還會發生分異現象，這種現象也會導致大陸巖石圈發生變化。另外，還了解到大陸巖石圈的結構復雜，不僅具有多個流變成、多層結構，而且每個流變成的結構和其性質也存在差異?？傊?，大陸動力學的提出和其研究成果，對地球動力學的研究作出了非常大的貢獻。

1.1.3 大陸巖石圈的結構和深部構造

通過上述大陸動力學和板塊構造理論的研究，發現大洋巖石圈和大陸巖石圈存在非常大的差異，大陸巖石圈的發展更為復雜。大陸巖石圈經歷了30多億年的發展，其形成世界可謂是極其漫長，大陸巖石圈的厚度高達100km以上，其中地幔厚度就能夠達到70-100km，地殼厚度大約只有30km。大陸巖石圈的形成過程也非常復雜，導致其內部結構多樣。隨著地質學家們對大陸巖石圈不斷深入研究，對其內部結構已經有了進一步的了解。大陸巖石圈含有多個構造滑脫界面的理論最早是由張文佑提出，該理論認為其內部有很多的軟弱界面，對造山帶具有較大的影響。

隨著相關測量和成像技術的成熟應用，比如層析成像技術和放射地震測量應用于大陸巖石圈中，能夠提供較多的重要資料。將對巖石圈形成和演化過程轉向使用連續介質力學的動力學說明，而不再是用最初的板塊構造的運動學進行解釋[5]。如今，通過各種相關的技術手段，對大陸巖石圈進行深入分析，可以構建其三維立體結構。但是通過使用物理方法和超深鉆探所獲得的三維結構存在比較大的不同，導致不能得到更為精確的三維大陸巖石圈結構，所以，為了更加精確了解其結構，需要加強地質研究工作，提高各種檢測方式的精確度，獲得更為準確的結構構造相當重要。

1.1.4 構造地質流變學和流體作用

隨著對構造地質學的不斷研究，其他各方面相關的力學研究也有了進一步的發展，比如固體力學、斷裂力學和材料力學等，更加促使了構造地質學的發展，然后提出了使用流體力學對地質構造現象進行解釋，進而提出了能夠模擬構造演化的方法。地質學家們比較熱衷于研究巖石的粘塑性變形和非牛頓體變形，因為對這方面的研究有助于了解大陸巖石圈的深部結構[6]。當前，對于研究地殼淺層的流體作用比較多，并且取得了一定的成果，尤其在于地下水的運移、地下水與構造裂縫的關系、對礦床形成的作用等方面有了一定的科學成果，并且將其作為構造地質學中流變學的基礎部分。

在流變學的研究中，確定其參數是最重要的研究點，因為參數設置不合理，就會影響到構造變形和演化的結果，所以能夠準確測定流變學參數極為重要。當前，能夠確定的流變學參數只有流應力較為準確，其他的參數大多是通過概算，比如應變速率、粘滯系數等[7]。正式由于參數不能準確確定，導致構造流變學不能完全進行定量分析，只能停留在半定量化階段，甚至有些其他的流變力學理論不能得到實際的論證，只能進行猜測[8]。于是當前研究流變學參數屬于重點研究對象，需要不斷進行深入研究。

1.1.5 中小尺度及微觀構造

直接對大型構造進行研究會比較困難，于是可以從其小區域構造著手進行研究。中小尺寸構造的相關研究中包含著構造的形成和演變特征，還包含著地質環境中不同巖石材料的變形機制等，這些研究只是將其小區域的地質進行研究，能夠為大區域構造研究提供基礎性條件，從而推進大區域構造的研究。通過對晶格、晶體的微觀研究，能夠為地質結構的相關信息獲取提供幫助。另外，通過眾多研究者們對中小尺度及微觀構造進行不斷研究，雖然其主要側重于理論部分的研究，但是能夠提供給構造地質學相關的基礎理論。

1.2 發展趨勢

在今后的發展過程中，構造地質學的應用范圍將會更加廣闊，比如可以在能源、環境和交通等方面具有重要的作用。所以，重視構造地質學的研究相當重要，另外，為了使得構造地質學有更加廣闊的發展，需要將其與其他學科進行相互交融和貫通，還需要對構造帶投人大量的研究，從而使得構造地質學有更快、更廣的發展。

1.2.1 發展基礎研究

在構造地質學中存在很多的基礎性學科，比如，巖石學、古生物學、礦物學和地層學等，這些基礎學科的學習有助于提高構造地質學的認識，并且也是研究構造地質學的重要的內容。要想對構造地質學有進一步的提升，加強其基礎研究十分與必要，首先，需要加強對基礎學科的學習，對現有的地質理論進行補充和修正，還會提出一些具有創新性的理論，能夠對地質演化進行解釋[7]。今后，發展基礎研究能夠進一步提高構造地質學的發展。

1.2.2 加強與其他學科的交叉融合

研究發現，很多具有創新性的思維和理論是建立在學科邊緣或者交叉點處，通過對交叉學科的研究，能夠使得學科有更高水平和深層次的發展。所以，對于構造地質學來講，在未來的發展趨勢中，也會通過多學科與其進行交叉融合，將其他學科中的重要內容引入到構造地質學中進行研究，從而更加科學合理的解釋不同地質現象，使其達到更為本質的研究目的。另外，在研究構造地質學的基礎學科上，還需要深入研究其他學科中的重要發展成果，從而更加深刻全面的認識構造地質學，研究構造地質學。

1.2.3 重要構造帶的研究

構造帶屬于構造地質學的重要研究對象，在今后的發展過程中，還需要對其進行不斷的研究。首先需要選擇典型的構造帶，然后對其進行構造變形的精細研究，還需要分析構造帶變形的演化機制。對典型構造帶進行深入研究，主要有2個方面的作用，①能夠給大型區域構造地質提供論據，而且還能夠對其相關的理論提出質疑;②更加符合于應用構造地質，所以能夠對其進行突破，還有利于發現新的基礎理論?？傊?，構造地質學在以后的發展中將會更加重視構造帶的研究。

2 構造地質學的應用

本文將研究構造地質學在工程地質中的應用，因為地質構造對工程地質的環境和條件會造成重要的影響，甚至是控制著工程地質的條件和環境。于是應用構造地質學對工程地質的各種問題和各種災害能夠發揮重要作用。本文將從工程地質的4個方面應用構造地質學進行分析，其具體應用分析如下。

2.1 區域地殼穩定性評價中的應用

隨著大陸動力學理論和巖石斷裂力學理論的發展，地質研究者通過對這2種理論的深入研究，從而提出了區域穩定性動力學理論。該理論屬于構造地質學中的一種重要理論，能夠對區域地殼或者地基的穩定性作出合理的評價。

深層地殼的穩定性取決于其變異層帶的性質特征，大陸巖石圈通過其流變性和結構的不同，可以將其分為4種不同的動力學子系統[9]。第1種為上地幔頂部流變層，在該部分中存在較硬的夾層，該硬層通過流動作用導致其發生變形，從而就會生成力學效應，地殼中的各個圈層間就會出現增溫、拆離、減薄等情況，就會發生構造作用和巖漿作用，第2種為殼幔過渡流變層，會造成地殼減薄伸展等現象。第3種為地殼軟弱層，可以作為伸展成盆地遷移和滑動邊界。第4種為地殼持力層，在其過渡帶的地方容易發生地震。

2.2 在大型工程場地選址中的應用

一般情況之下，大型的工程場地會選擇建立在造山帶、盆嶺構造和盆地構造上，這3種構造帶的形成原因在于地殼發生了擠壓、擴張、剪切走滑所形成[10]。

一些重大的能源工程會選擇建立在造山帶上，并且造山帶的結構及其動力學特征等都會影響到工程的進行。尤其是在造山帶中的前鋒帶、飛來峰和沖起塊體等構造上，會發生劇烈的斷裂和變形，還會發生其他的各種問題，所以在對大型工程場地進行選址時不要選擇這些不穩定的地方。

人類的聚居區主要集中與盆地，所以在進行選址時就要更加的重視，不然就會造成重大事故。比如三峽移民工程或者是震后重建的工程等，在選擇區域時不能選擇盆地中不穩定的區域等。一般情況下降盆地可以分為伸展盆地、壓陷盆地和走滑盆地，其中伸展盆地最為不穩定，因為其地殼減薄，且其邊緣容易受到其他因素的影響，所以其邊緣和中心位置的穩定性最差。然后壓陷盆地比較穩定，其中不穩定的地方主要存在與鄰近造山帶一側的位置。另外走滑盆地活動性較強，因為其中受到剪切走滑的影響。另外，盆地的結構為上下不一致的形狀，所以其中的轉換出容易發生地震，而且其中的隱伏斷裂會導致地裂縫，所以就會造成工程建筑的不安全的后果。

盆嶺構造屬于淺層構造，其中最為穩定的區域是隆起區，不穩定的區域為沉降區。所以在工程選擇過程中盡量避免選擇沉降區。

2.3 地下洞室穩定性維護中的應用

對地下洞室進行開挖之后，需要對其四周使用支撐結構進行維護，以防出現變形或者破壞，因為洞室內的巖石會出現應力，在采礦中也會出現這種現象，于是將其稱為地壓現象[11]。這種地壓會造成礦井的頂板垮落、支架變形、底板隆起、巖爆等危險事故。發生這些事故的主要原因在于地下洞室的圍巖結構，尤其是其巖體構造非常復雜且發育充分時，特別容易出現應力集中區，所以一旦對其開挖，就會造成各種的安全事故。于是根據對礦井地質構造的分析了解，能夠對支護結構進行指導，增強其支護效果，從而提高洞室的穩定性與安全性。所以構造地質學有助于降低很多的安全事故風險。

2.4 斜坡穩定性評價中的應用

我國屬于一個多山區國家，山區國家容易發生斜坡地質災害，所以每年我國都會因為該災害造成大量的經濟損失和人員傷亡情況，為了降低斜坡地質災害的影響，對其做好斜坡穩定性評價非常重要。斜坡地質災害的類型比較多，其中發生頻率最多的為滑坡、泥石流和崩塌。這些災害發生的主要原因在于地形地貌、底層巖性、地下水條件、地質構造、巖土結構等。在這些因素中，地質構其決定性作用，決定著中國的山體總體格局。地貌和構造決定著滑坡、泥石流等的發育程度。所以斜坡地質災害發生的大部分原因與斷裂構造之間有著非常大的聯系，所以對斷裂構造進行分析，有助于判斷斜坡的穩定性。

在工程地質學中，巖土會劃分為不同的5個等級，劃分依據是結構面的發育程度和類型。每個級別的巖土的性質和其形式會存在差異，根據這些性質和形式可以判斷巖土的變形破壞形式及其穩定性，當其存在不穩定或者存在破壞時就可以判定斜坡處于不穩定狀態?；略谛纬蛇^程中會受到地質構造的影響，其具體的表現形式分為2種情況，首先，一般情況下，滑坡沿著斷裂破碎帶成帶成群的進行分布，然后就是滑坡面的空間展布及其范圍都會受到各種軟弱結構面的控制。所以，在對斜坡穩定性進行評價時，還需要確定出滑坡的規模，從而可以采取相應的預防措施，降低最小的傷害。

崩塌也會受到地質構造的控制，其主要表現形式分為2種情況，首先當斜坡的方向和區域性斷裂處于一種大致平行狀態時，就會增大斜坡發生崩塌的概率，而且對于存在幾組斷裂交匯的峽谷區域，該斜坡處極有可能發生非常大型的崩塌;另外，對于斷層比較密集的區域，且其坡度陡峭、巖層破碎，也容易發生崩塌現象。另外一種表現為褶皺構造對崩塌的控制。

因為構造作用會使得地面形成高坡度，且高差比較大，還會存在大量的溝谷，另外構造之間運動使得巖體發生變形等現象，這些條件正是形成泥石流的必要條件。所以為了控制泥石流的發生，從構造地質學的角度進行分析，從而提出相應的準備措施，降低災害造成的嚴重后果。

3 結語

綜上所述，構造地質學不僅在工程地質中具有重要的應用，而且在其他方面也能具有重要作用。在今后的構造地質學研究中，不僅需要對其基礎進行深入研究，還需要將其與其他學科進行相互交融，從而提出具有創新意義的理論，不斷擴展構造地質學的研究范圍，使其能夠達到完全的定量分析。

參考文獻

[1]萬天豐.論構造地質學和大地構造學的幾個重要問題[J].地學前緣，2014，21（01）：132-149.

[2]賈承造，雷永良，陳竹新，構造地質學的進展與學科發展特點[J].地質論評，2014，60（04）：709-720.

[3]王荃，板塊構造學說的過去和現在以及我國地質學家做出的貢獻[J].地球學報，1984（3）：41-53.

[4]朱炳泉.“板塊構造學說”的十大問題[C].南京大學地球科學系、南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室.2006年全國巖石學與地球動力學研討會論文摘要集，南京大學地球科學系、南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室：中國地質學會，2006：122-124.

[5]毛玉元，劉援朝，徐亮，構造地質學的發展趨勢[J].礦物巖石，1998（SI）：105-110.

[6]蒙偉娟，陳祖安，白武明.地幔柱與巖石圈相互作用過程的數值模擬[J].地球物理學報，2015，58（2）：495-503.

[7]萬天豐，論構造地質學和大地構造學的幾個重要問題[J].地學前緣，2014，21（ 01）：132-149.

[8]萬天豐.關于中國構造地質學研究中幾個問題的探討[J].地質通報，2008（ 09）：93-102.

[9]彭建兵，馬潤勇，邵鐵全.構造地質與工程地質的基本關系[J].地學前緣（4）：207-221.

[10]李樹德，袁仁茂，大同地裂縫災害形成機理[J].北京大學學報（自然科學版），2002（01）：104-108.

[11]李攀峰，張俾元，陶連金，大型地下洞室群開挖模擬中的特殊現象分析[J].地質災害與環境保護，2003（02）：63-65.

作者簡介：李詩潔（2000-）女，陜西商南人，研究方向：資源勘查工程。