流变学：构造地质学和地球动力学的支柱学科

地壳 和地 幔 的 流变 学 行 为 有着 深 刻 而 又详 尽 的认
识 。流变学作 为地 球 动力 学 的理 论 基础 ， 研究 的 其 重要性 在 国际上 已被越 来越 多的地质 和地球 物理学 家认 识和 重视 。 ２０ ０ ８年 ５月 １ ２１ ３发生 的 四川汶 川大地 震是 中 华人 民共 和国成立 以来 损 失最 惨 重 、 波及 范 围最 广 而且援 救最 困难 的一次 强 烈地 震 ， 造成 近 ９万 人死 亡 、７万多 人 受 伤 、５ ０多万 人 无 家 可归 （ 子没 ３ ４０ 房
中 图分 类 号 ：５ ２ Ｐ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ １ｌ ５ （ ０ ８ ０ －２ ７ ８ ｌ ０ 一５ ２ ２ ０ ） ３０ ５ － ０
０ 导 言
流 变学 是地 球 动力学 的支柱 学科 ， 是研 究 地 她 球组 成 岩 石 和 矿 物 力 学 性 质 和 变 形 行 为 的 科 学
（ ｎ ｌ，１ ９ Ｒａ ａｉ ９ ５；Ｋ ｈｓ ｄ ｔａ．，１ ９ ｏ ｌｔ ｔｅ １ ｅ ９ ５；ｊ ａ ｄ Ｘｉ ， ｉ ｎ ａ
的作用 与随地质 时代 的演 化？挤 压造 山带 如喜马拉
雅 山究竟 能升多 高？ 为什 么在侧 向静岩压 力梯度作 用下青藏 高原深 部地 壳 可 以做 大规 模 的 隧道 流动 ？
摘 要 ： 球 是 一 动 态 系统 ， 各 层 圈 的 构 造 运 动 归 根 到 底 就 是 多 矿 物 复 合 岩 石 在 各 种 物 理 条 件 （ 如 ， 度 、 地 其 例 温 围
压 、 应 力 、 变 速率 、 变方 式 等 ）下 和 化 学 环境 （ 如 ， 逸 度 和 水 含 量 ） 的形 变 。 流变 学 作 为 研 究 岩 石 力 学 差 应 应 例 氧 中 性 质 和 变 形 行 为 的科 学 ， 已成 为 地球 动力 学 和 构 造 地 质学 的支 柱 学 科 。本 文 对 国 际上 近年 来 岩 石 流 变 学 的 最 新 现
收 稿 日期 ： ０ ８— ６— ４ ２ ０ ０ ２ ；改 回 日期 ： ０ ８— ７— １ ２ ０ ０ ０
基金项 目： 本文受 中国国家海外杰出青年基盒私中 国科学院海外杰出学者基金资助．
第 一 作者 简 介 ：嵇 少丞 （ ９０一） 男 ， 士 ， 授 ， １６ ， 博 教 主要 从 事 构造 地 质 学 和 地球 物 理 学 研究 ． 刊 海 外 编委 ． ｍ ｉ： ｊ ｐ ｌ ｔ ｃ 本 Ｅ ａｌ ｓ＠ ｏ ｍ１ ａ ｉ ｙ ．
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卷 （ ｏｕ ） ２， （ ｕ ｂ ｒ ３ 总 （ Ｕ １ ８ Ｖ ｌｍｅ ３ 期 Ｎ ｍ ｅ ） ， Ｓ Ｍ） １
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大 地 构 造 与 成 矿 学
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Hale Waihona Puke 流 变 学 ： 造 地 质 学 和 地 球 动 力 学 的 支 柱 学 科 构
嵇 少丞 ，钟 大赉 许 志琴 夏斌 ， ，
（． １ 加拿 大蒙特利 尔综合工 学院 民用、 地质 与采矿工程 系， 蒙特利 尔， ３ Ａ ２ 中国科 学院地质 和地球 物 Ｈ Ｃ ３ ７； ． 理研 究所 ， 北京 １０ ２ ３ 中国国土资源部 大 陆动 力学重 点 实验 室 ， ０ ０ ９； ． 北京 １０ ３ ４ 中国科 学院广 州地球化 ０ ０ ７； ． 学研 究所 ， 东 广州 ５０ ４ ） 广 １６ ０
进 展 做 些 扼 要 的介 绍 ， 吁 中国 固 体地 学 界 加 强 流 变 学 的研 究 ， 出经 得 起 时 间 淘 洗 、 践 检 验 的 原 创 性 成 果 来 ， 呼 做 实
使 中 国的 构 造地 质 学 研 究 迈 进 国 际先 进 的 行 列 。
关键词 ： 变学 ； 造地质学； 流 构 地球 动力 学 ； 高温 高 压 岩 石 变形 实验 ； 形 机 理 同 步 观 测 ；物 理 和计 算 机 数 值模 拟 变
高原隆起 到什么 高度才发 生喜 马拉雅 山式 的地壳挤
出逃逸 ？地 震破 裂 如何 形成 、 扩展 和 滑移 ？要 回答 这 些 当今地 球动 力学 的重 要 问题 ， 不需 要 我们 对 无
２ ０ ）。地 球各层 圈的构造变 形归根 到 底就是 多 矿 ０２ 物岩石 的变形 ， 因此要 了解地 球各 层 圈 的变 形 及其 形成的构造 ， 首先 必须 深 刻理 解 多矿 物 复合 岩 石在 各 种物 理 条 件 （ 如 ， 例 温度 、 围压 、 应 力 、 变 速 差 应 率、 应变方 式等 ）下和化学 环境 （ 主要是 氧逸度和 水 含量 ） 中的流变学 行为 。大 陆在 构造 挤压 作 用 下如 何成 山、 在拉 张作 用 下如 何 成海 ？为 什 么地球 上 老 于 ２０Ｍ ０ ａ的大洋岩 石 圈几 乎 全都 已经俯 冲 到软 流 圈中去 ， 而许 多太 古 代 （＞ ， Ｇ ） ２ ５ ａ 年龄 的 大陆 克 拉 通 ， 岩石 圈厚 度高达 ２ ０— ０ ｋ 其 ０ ４ ０ ｍ，却还 能一 直 漂 游在软 流 圈之 上？稳定 的大陆 克拉通在 什么条 件下 会变得 不稳定或破 坏 （ 即发 生活 化 与岩石 圈 减薄 ） ？
了） 和有 家难 归 （ 宿街 头 ） 导致 上 万亿 元 的财 产 夜 ，
损 失 。 这 次 灾 难 再 一 次 提 醒 人 们 ， 过 认 识 大 陆 地 通
壳 断裂带 的运动规 律和 预防地 质灾 害是 我们地 球科
学工作 者刻不容 缓 的重 要责任 。汶川大地 震发生 在
莫霍 面是否为 滑脱 面？壳幔耦 合及其在 构造变 形 中
90年代中期劲地推进它推起了辽阔的青藏高原当青藏高原平以来中国经济高速发展社会深刻转型科研条件均海拔高度超过5000m之后地壳就很难再增厚了飞速改善地球化学和地球物理从国外及时引进大高原内部热的塑性的甚至部分熔融的下地壳物质批先进的分析测试仪器设备而构造地质依然是铁被迫东移将热量构造应力和热液流体传递给扬子锤罗盘满山遍野粗放经营没有及时跟上国际上克拉通的西缘使那里的岩石软化变形褶皱与冲流变学作为构造地质学支柱学科的发展步伐没有断形成一条南起泸定和天全北达广元和陕西勉重视高温高压物理和数值模拟实验室的建立