关于全球构造地质动力原理的思索

地质动力原理

小 马

献给大陆漂移学说100周年

2012-05-18

第十四稿

立地之道，曰刚与柔。 周敦颐·太极图说

八卦相荡，刚柔相摩。 周易·系辞

越是微妙之处，

越要用心去体会。 艺术老师·杨志坚

上帝不会丢骰子

想象力比知识更重要 爱因斯坦

知其然，知其所以然。 父训

笃信人生可奉献，

崎岖坎坷化心坚。

日月无我亦返转，

天地有悟更灿烂。 小马·信仰

前言

儿时念头小时上山砍柴，登至山顶看到远处峰峦叠嶂波浪起伏一望无际，犹如疑固的波涛，惊诧不已。脑海中惊现一个幼稚而古怪的念头。那山会不会象海浪一样涌动呢？那画面在我心中真的很震憾，久久不能忘怀。长大了看到很多秀美的名山大川，深感大自然鬼斧神工的伟力。它们如此神奇秀美又是怎样生成呢——山神的父母是谁？不时在我心中扰动！而在《道德经》中却有天地生万物的观点，真是如此么？

惨痛灾难然而山神的成长伴随着大地母亲的剧痛和艰辛，也饱含人类的伤痛：地质形态变化的过程中同样产生地震，火山和海啸等惨痛灾难给人类社会带来极大的破坏，令人触目惊心。1920年海原地震，1976唐山地震死亡人数分别高达23.4万和24.2万。2004年印尼，苏门答腊岛附近海域发生9级强烈地震引发的印度洋大海啸在环印度洋各国沿岸至少造成27万多丧生。2008的汶川大地震夺去近10万同胞生命，前不久日本9级地震，都令人痛心感伤。

预测艰难而且无论是地震还是火山爆发，都是人类至今最难以预测的天然灾害之一，相对于天文学、天气预报，人类已上天登月，观测数百亿光年的远景，真可谓是上天有路，下地无门。地学远远落后时代脚步，地震预测的落后更令人焦虑揪心。而地震预测的落后，归根到底是地质运动驱动力和机制的缺失。尽管深知地震预测难度艰巨，但人类还是从未停止过探索。我也不自量力地尽浅簿之思，期盼有一天地震预测象天气预报一样就好了。

第一章 绪 论

第一节 地质动力概述

地球动力分为地质动力和地貌动力,两种动力分别由内和外共同作用改变地形和地貌。

一 地质动力与地貌动力概念

地质动力是驱动内力地质变化作用的力。它综合了地球自转动能、重力势能热能和日月引力，并吸收大气海洋的能量，且在作用过程产生多种次生构造力量。其主要表现方式有地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震。地质动力又称全球地质构造动力，是驱动的地质构造运动的根本原因。

地貌动力是产生地貌变化的外力地质作用的驱动力，包括太阳辐射能以及太阳和 球的引力、地球的重力能等，地貌动力主要作用在地表沉积层，其表现方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩作用等。

二 地质动力研究内容

1研究整个地球构造运动地质动力力源的形成，以及地质动力对各地质圈层的作用机制，地质动力与地质演化历史过程。从而建立一个统一的全球构造地质动力理论。

2研究地质动力与各种地质构造现象的关系。地质构造的形成是地壳中力作用的结果,可以说, 没有力的作用就没有地质构造的产生, 所以要研究地质动力成因和驱动地质构造的机制。对全球的构造特征及其空间分布规律和构造演化过程作出系统的合理的解释。

3通过地质动力理论掌握地球的及地质动力的能源能量的来笼去脉，指引数据精确收集分析。从而建立像类似气象研究的数据量化采集分析演算建模运算，更精确全面的测量与科学建模。对地质运动的趋向与走势（长期中期短期）分析和预测，进而服务于社会。并可对地质变化进行演算预测等。

4 对星际地质的规律性研究与比较比对，进而提升对地质动力研究。

三 地质动力研究原则

1球面构造力均衡系统原则全球系统是活动的球面构造力均衡系统原则是核心。球面构造以水平运动为主导的以及渗进突变的旋回式发展为构造的主体思想; 岩石圈的各种构造变化进程必然遵循力的守恒与均衡原则演化。

2多维度耦合系统原则构造的多因性，指构造动力以壳幔活动为主因的多种构造力来源, 岩石圈是多圈层的, 各分层界面常常是活动性构造界面, 各分层横向也构造是不协调不均一的;还应考虑天体因素还包括成岩过程中的变形，多级不仅表现在构造规模上和各级构造的依存和叠加上, 还表现在构造应力场多性 指岩石以多种性状变性, 如弹性、塑性和弹塑性、脆性、韧性和流变性等的; 岩石圈的各级各类构造的多区多性也造就了构造机制的多样性。陆块既是稳定又是活动的, 各级层圈也是活动的。

3现象与动力统一原则地质构造的形成是地壳中力作用的结果,没有力的作用就没有地质构造的产生,地球表面的特征必然反映地球内部发生的过程。现象与动力统一原则可作为最终判别标准去研究一切与其有关的动力学模型。

4科学演化与时效原则对全球的构造作出符合物理学，化学基本原理规律的合理解释。对全球的构造所依赖的动力因子应有足够的能量，其作用机制又能合理地说明构造特征。多时指构造的发生和形成是长期的复杂的演化进程。

5辩证思悟原则

立地之道曰刚与柔。如太极图阴中有阳、阳中有阴。如地壳的刚性弹性脆性碎性，如陆壳与洋壳的壳膜构造，陆壳的刚塑分层，以及刚性层的塑性和塑性层的刚性。壳内高温高压下的岩浆的运动形式及性质。地质动力产生和作用机制作用效应等等。都需要我们用辨证的思维去思考和感悟。

第二节 地质动力八问

地质构造的形成是地壳中力作用的结果,地球表面的特征必然反映地球内部发生的过程。这里特选八个典型的地质动力引入思考。

存在末必理，即在自有因。

知之知其然，为事循所以。 -----小马《因缘》

1、为什么山脉山岭峰峦叠嶂波浪起伏犹如疑固的波涛?

这是地质动力关于大陆机制的典型问题。板块构造理论强调大陆作为刚性整体，然而它的内部广泛存在着巨大变形挤压,褶皱,断层,地震火山等构造运动依然强烈.板块理论难以揭示.对大陆板块内部的地质运动解释也远不如槽台理论，地质力学，波浪镶嵌等大陆构造理论。那么大陆内部的力源是什么？机制怎样？

2、为什么大陆南少北多形状均为尖端向南的倒三角形?

这是全球地质动力南北差异的经典问题。北半球陆地占陆地总面积三分之二，非洲、南美洲、北美洲、大洋洲、欧洲等形状均为尖端向南的倒三角形。是什么力量造就这些形态？

3、为什么岛屿在多大陆东?

这是地质动力经向差异的典型问题。太平洋火山地震都是东边少西边多，环太平洋火山带活火山东带占17%西带占45%？还有其他经向差异，为什么会形成经向差异呢？

4、为什么南北极没有地震？

这是地质动力的纬度差异典型问题。世界每年要发生12000次2级以上的地震，其中6.5级以上的大地震100次左右。但地球两端的南北极地区至今从未发生过任何级别的地震。火山岛多在中底纬度，两极区无火山岛.低纬高山海岭海沟裂谷落差大，两极地形相对平缓。为什么会造成这样的纬度差异？板块分割线在两极也不明确。

5、为什么陆壳老洋壳年轻

这是地质动力陆洋差异的典型问题。最老的岩石，大陆有40几亿年，而海底只有2，3亿年？是什么原因什么机制造成海陆年龄的差异？

6、是什么力量在驱动大陆漂移和地球板块运动？

这是举世瞩目却又末解决的问题？大陆漂移已得到科学的认可，板块学说也从全球的角度较为全面地概括了地球的面貌运动状况，但至今还找不到有效的驱动力。是理论缺陷，还是理论错误？

7为什么大陆会古聚今散?

这是关于地质动力历史演化的经典问题。科学研究表明：大陆在大陆漂移前，寒武纪时，聚在一块称为联合古大陆，后来逐步分裂，至今分成六大块。是什么力量主导大陆的聚与散呢？

8地震能预测吗？

天气预报较准。是因为对天气变化的生成原因机制及过程有很科学的数理模式，通过计算机进行数据演算，预测。同理地震预测前提也应对是因为对地质变化的生成原因及动力机制有很科学的可量化的数理模式，通过计算机进行准确数据演算，预测。那么，我们能否找到地质动力及其机制呢？

第三节 当前动力假说缺陷

当前的关于地质构造理论及其动力假说有：大陆漂移说，海底扩张和板块构造的地幔对流、俯冲板块熔融、热点地幔柱假说。以及动力槽台学说的膨胀收缩假说。波浪状镶嵌学的四面体脉动假说。地质力学的地球转速的变化假说。下面就说说几种有影响的理论及其动力假说的缺陷

一、板块构造理论及其动力缺陷

（一）大陆漂移说与自转潮汐假说的沉寂

大陆漂移说：德国气象学家魏格纳根据大西洋两岸海岸线吻合，猜想大陆原曾相连，后来经沿大西洋发生过裂开和漂移分离开。为之系统地作了大量地质学、古生物的证据搜集与研究。提出了轰动世界的“大陆漂移说”。他认为：3亿年前的古生代后期的大陆是连成一体的联合古大陆，从中生代侏罗纪开始，古大陆分裂并产生漂移，其中美洲大陆漂移最快，亚洲和大洋洲漂移最慢，最终形成今天的大陆格局。

动力假说：

魏格纳根据大陆漂移的方向主要有两种趋势，一是自地球的两极向赤道的离极运动；另一趋势西漂，如美洲大陆形成西缘山系，亚洲、澳大利亚东缘形成一系列群岛。从而把西漂的力源于日、月引力所产生的潮汐摩擦力；离极力则来自地球自转的离心力。

动力缺陷：

由于历史局限当时认为大陆是在海底地幔上漂移（未知海底形态）而计算表明，这些力的数据确实太小不足以克服对大陆运动的摩擦阻力(还有如印度的北漂不是以赤道为终点)。因此， “大陆本身是把坚硬的地幔推开而前进”在理论上根本是不可能的。正因大陆漂移说未能确说明大陆漂移的动力学机制，使大陆漂移说19世纪50年代一度沉寂。现在也有不少人探研潮汐与地质运动的联系，如月相与地震联系，固体潮与地震等，但事实表明固体潮很弱，月相与地震也看不见任何联系。也有的研究较深入，但没有系统的论述。

（二）海底扩张与地幔对流假说的动力缺陷

20世纪60年代美国地质学家H.H.赫斯和R.S.迪茨，根据海底地质调查发现：

1大洋中脊的发现，其连绵数万千米贯穿全球，中脊的中央断裂谷里不断地冒出岩浆。

2大洋中脊两侧地磁排列对称。两侧地质年龄对称分布，且随离中脊的距离增加而逐渐增大。

3观测的结果表明，大西洋太平洋洋底分别以每年约2CM 6CM的速度扩张速度，最老洋壳不过3亿年，从而提出海底扩张说。

动力假说

海底扩张说认为地幔对流是海底扩张的驱动力。地幔对流驱动海底扩张，海底扩张推动板块运动。而地幔对流的驱动力又来自地球内部的可能是放射性热能。

动力缺陷：

1 地幔对流形成的驱动力，即能量来源地球内部的热能（可能是放射性热能），至今只是毫无现实依据的猜测。

2至今尚无任何结论性证据说明地球岩石圈以下正在进行任何形式的对流。地幔对流的力源不清，地幔对流的机制也是毫无眉目。地幔物质能否热对流？对流的范围和规模有多大？怎样对流？是上、下地幔双层对流，还是全地幔对流?都毫无结论。

3地幔对流不可能产生强大的推挤力向两边推动板块运动，海底扩张也更“推不动”大陆漂移。地幔对流也无法解释板块内部如夏威夷岛链。

（三）板块构造学说及其动力假说缺陷

1967～1968年法国人 X.勒皮雄、美国人D.P.麦肯齐建立板块构造学说。它是大陆漂移和海底扩张学说的自然引伸。学说主要观点有：

1 地壳的岩石圈以洋中脊、俯冲带和转换断层为界，分成若干个刚性块体即板块。板块稳定内部基本不变形。

2 板块边界分为三种类型：A扩张型；洋脊裂谷的分离运动导致海底扩张新的洋壳生成。B会聚型；海沟处汇聚运动导致洋壳俯冲消亡，引起造山和陆壳增生。C平移型或转换型：这里岩石圈板块既不生长也不消减。

3 板块边缘是地壳活动最强烈的地带，控制了各种内动力地质作用过程，是地球表面最重要的构造作用。板块学说从全球的角度较为全面地概括了地球的面貌运动状况，

动力假说

板块学说主流观点继承地幔对流为板块运动的驱动力。同时还有俯冲板块熔融假说作补充、热点地幔柱假说

俯冲板块熔融说

洋壳板块在在地幔对流下降的地方俯冲熔融消亡，洋壳板块俯冲熔融，产生上升熔浆伴带地震和火山形成板块边界的高山带。

动力缺陷：

1、地震学观测事实是仅6km洋壳俯冲数百km，有的俯冲地下660km界面，迄今为止已记录到的最深的震深在大约700km左右。显然俯冲洋壳没有熔融消亡。地幔越深密度越大，洋壳很难下插。,所以较冷的洋壳板块不可能根据自身的重量下沉到俯冲带之下

2、即使洋壳熔融，它也应是吸热而不是放热产生上升熔浆。

3、如果洋壳熔融放热产生上升熔浆则与俯冲边界区属地幔对流下降矛盾；

4、动力计算表明洋壳熔融产生的能量远远小于板块俯冲边界地区地震和火山等构造运动的能量，这说明板块边界构造运动的能量来自其它途径。来自哪里呢？

热点地幔柱假说

威尔逊为解释夏威夷火山岛链年龄的递变现象而提出了热点的概念--是地幔中相对固定和长期的热物质活动中心，随着洋壳板块经过热点，先形成的火山从热点处移开并逐渐熄灭成为死火山，新的火山又在热点上方形成，结果就形成了一串年龄定向分布的线状火山链。摩根为解释热点成因而提出地幔柱的概念。地幔柱是固定于地幔深处，甚至核-幔边界上产生的圆柱状上升的热物质流。并在岩石圈和软流圈分界处四散外流，激起软流圈中的水平运动，从而可将地幔柱当作板块运动的驱动机制。有时冲破岩石圈喷出地表就形成火山。这些热流值高的隆起点和火山就是热点作用而成的。

动力缺陷：

1、地幔柱热点热源与能量从何处来及其生成机制？现都建立在种种假定中。

2、地幔柱热点长期相对固定活动点，象大西洋中脊的热点从分裂至今是离岸距离不断增大说明热随中背裂谷移动，只因洋壳移更快而产生年龄梯增的岛链。

二、大陆构造理论及其动力缺陷

（一）、槽台学说的动力缺陷

槽台理论 将大陆构造分为稳定性区块地台，和升降变动区块地槽。槽台学说认为褶皱带的多发育在地槽，地台相对稳定。

动力假说其形成机理最主要的控制因素是地球的重力和热力作用。受热膨胀使物质上涌，反之，冷却会造成收缩，形成幔凹或山根。

动力缺陷：使地球物质热其作用机制末见更深入的表述与研究。地球的历史研究不支持也没有地球产生膨胀收缩的能量。

（二）、波浪状镶嵌学说

波浪状镶嵌构造学是张伯声提出的，他认为整个地壳的构造是由大小不同相对稳定和具有相对独立性的的地壳块体（陆壳、洋壳、洲、地台、地块、山块、岩块、石块、矿物颗粒等）和大小不同的活动带镶嵌而成的复杂构造，称为地壳的镶嵌构造。相邻二地壳块体在各地史时期内波浪运动。各级各类波浪都有其固有的波长与周期的特性称为波浪状构造。全球地壳表现为几个系统表现出一级套一级的波浪状构造各级相套的地壳波浪状构造的交织与叠加，形成了十分复杂、但有一定规律的地壳的波浪状镶嵌构造。波动有“蚕行式” “蛇行式” “蠕行式”即有横波，又有纵波。“等间距找矿”，是利用了这个波浪状镶嵌构造说原理。

动力假说造成地壳的波浪状镶嵌构造的运动形式是地壳波浪运动、地壳的波浪运动是由地球四大洋形成的四面体产生的的脉动。

缺陷：地球四大洋形成的四面体怎么产生脉动。脉动力量够不够，脉动力量与构造机制怎样也不清楚。

（三）、地质力学动力假说

地质力学认为地壳运动驱动力是由于地球转速的变化。自转速度变大，产生从两极向赤道方向的经向惯性离心力，并产生与加速度方向相反的沿纬向方向自东向西的纬向惯性离心力。前者有使地球变扁的趋势，使地壳表层物质从高纬度向赤道方面推移；后者使大陆发生大规模的东西向的挤压、张裂、并兼有扭动。相反，，自转速度变小，这时所产生的经向惯性离心力与纬向惯性离心力方向恰好相反。这就是地球内部物质运动引起转动惯量的变化，转动惯量的变化又影响地球自转角速度的变化，从而导致地壳运动产生经向构造系,纬向构造系。

动力缺陷：

1为什么地球转速会变化。地球转速的变化它就不能允许偏离东西向和南北向的长距离的大陆漂移运动，如对印度的北漂不是以赤道为终点的现象就不能解释。

2地球自转速度与地球内部的复杂性和热力作用怎样。离心力是地球惯性转动效应。惯性转动不能使地球自转能转化。一个太空中孤立转动的星体，由于角动量守恒，它的自转能释放不出来。没有能量释放就没有可转换为构造运动的能量。但李四光的地质力学最终没有找到地球自转推动大地构造运动的物理作用环节。

总述这些构造理论动力假说都有一定道理，却又都不完整系统。只能对局部或面貌的描述是怎样，为什么是这样还远没弄清楚。一句话就是没有找到真正的地质动力和动力机制知其然，不知其所以然。板块学说从全球的角度较为全面地概括了地球的构造面貌的运动状况，却又将构造驱动力的研究思路引入歧途，至今60年了还找不到有效的驱动力。因为“板块”即不是构造运动的单元主体，也不是构造运动的机制，它只是全球构造运动的结果。无论对全球形态还是大陆形态、洋壳板块内部如夏威夷岛链、以及对不同地方喷出的岩浆组成和喷出方式的不同也不能很好地解释。板块构造学说更多将大陆板块看作刚体，而大陆内部地质构造运动剧烈现象远不能看作刚体。如大陆内部的褶皱，断层，地震，火山等诸多地质现象，板块学说就不能很好解释。对大陆内部构造的解释和应用也远不如大陆构造理论槽台理论，地质力学及波浪状镶等学说。