重力构造

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第589页（2719字）

是指在重力影响下的岩石圈及岩石变形过程和结果。

从物理学原理来看，因重力势的降低所产生的构造变形总体特征，统称为重力构造。重力构造可在不同尺度和不同层次上发育，且具有不同的表现形式，如岩体在重力作用下顺坡向下滑动或崩塌、重力横向扩展以及密度倒置形成的底辟构造等。地球是一个动力体，物体所受重力大小主要取决于其质量，因之，不论重力均衡状态如何，只要出现密度不均和重力不稳定性，就会驱动组成地球物质的运动及变形。构造力源是多种的，重力则是其中最重要的因素。地球上的一切物体，都永远处于重力的作用之下，在理解和解释岩石圈板块构造、地幔对流、热地幔柱、地震活动及不同尺度的变形过程中，都需要充分运用重力及重力构造的概念和思维方法。

重力构造是一个古老概念。18世纪末开始注意重力在构造变形中的作用，主要是现象的描述和局部构造的认识，例如，将褶皱作用视为岩体在重力作用下沿倾斜面向下滑动的结果。瑞尔(Reyer1888，1892，1894)进行了许多模拟实验，证明地壳上部的挤压和拉伸现象，主要是由重力作用造成的，开始把重力作为一种重要的造山机制。

19世纪末至第二次世界大战期间，通过欧洲亚平宁山、阿尔卑斯山等地区巨大的推覆构造研究，用重力作用解释区域尺度的构造现象取得了很大进展。阿尔卑斯构造地质学者，在大面积填图和剖面图测绘基础上，提出重力流动的概念，认为形成大型伏卧褶皱的岩层相当软，难以传递搬运整个联结在一起的粘滞体所需应力，因此，不得不求助于作为体力的重力，去解释那些复杂的现象。哈尔曼(Haarman，1930)的颤动说及范本梅伦(van Bemmelen，1931)的波动说问世，代表了重力构造学说的一个重要发展阶段，他们认为，地壳垂向上的运动是初始的，而岩体沿斜坡在本身重力作用下的滑动现象，则是次生的重力构造。简言之，垂向运动破坏了平衡，产生了新的势能，水平运动丧失了势能，创造了新的平衡。

二次世界大战后至60年代中期，以典型的重力滑动构造实例研究和模拟实验为主，深入探讨重力构造形成机制，并进行必要的理论概括，提出各种重力构造的分类方案，更加强调重力在造山和塑造最终造山带构造型式上的作用，重力不稳和密度不均、重力势和空间势、孔隙流体压力、水力破裂及有效应力等一系列物理学上的概念，大量引入到重力构造理论里来，因之，进一步充实和加强了重力构造的理论和力学基础。

自从20世纪60年代板块构造学说问世以来，地质学者和地球物理学者相继将重力构造引入全球构造、岩石圈动力学范畴加以应用。例如，当软流圈的顶面相对于平衡状态略微隆起时，岩石圈必然滑离软流圈的隆起区，从而在岩石圈内产生附加应力。同时，软流圈的上升会增大岩石圈的压力，并在软流圈中造成粘滞性流动，从而挤压或拉伸岩石圈。在研究大洋中隆及岩石圈板块运动学时，许多学者都运用了重力及重力不稳定性的概念。除此之外，不同尺度的重力滑动构造的识别和分析，推覆构造、底辟构造、伸展构造等的解析，也都考虑到重力作用的积极因素，丰富了重力构造的内容，拓宽了其研究领域。

近年来，地质和地球物理学者密切配合，充分利用各种地球物理资料尤其是COCORP深震反射资料及衍射波信息，分析和模拟岩石圈结构及地球动力学过程，用均衡调整理论解释水平运动及垂直运动的相互关系，在认识核幔边界构造(Ysession等，1992)、大洋旋回式的打开与关闭、伸展塌陷(Dewey，1988)及造山带物质的侧向挤出、重力扩展(Ratschbacher等，1991)等领域方面，有了新的进展。许多学者已趋于一致的认识，造山带岩石圈由四层物质组成，即在地质时间尺度上的固态上地壳，流体地壳层，固态铁镁质下地壳及上地幔。

上地幔及固态下地壳内的局部应变是由流体地壳层的区域性破裂相伴随的，而不均匀的变形上地壳块体则浮在流体层之上，流体层内部的流变场则主要是受上地壳块体漂浮平衡性控制的。壳内的均衡调整作用无论在伸展或是在挤压造山过程中，主要产生在厚的地壳或高热流区。这是因为厚的地壳区域具有巨大的剩余能量，处于重力不稳定性状态，组成地壳的物质有向四周较稳定地区流动和扩展的趋势。Dewey(1988)指出，一个造山带形成过程中，由板块汇聚对接造成的地壳缩短作用是与由体力控制的抬升伸展作用同时进行的，而变形的总体矢量则受板块相对运动及体力共同制约。

换言之，在造山带内部的应变和位移矢量，是由体力及板块驱动的运动联合作用的结果。从这里可以看出，地壳水平缩短增厚、垂向伸展和重力塌陷(gravitational collapse)、重力扩展是一个统一的复杂过程。

经济地质学者，如石油地质学者、煤田地质学者等，也借用同样和类似的概念解释沉积盆地的形成、发育和改造，指导石油、天燃气及煤田的勘探与开发，分析逆冲推覆构造、伸展和拉分构造。

岩石圈运动和变形是多种原因的。深入探索和研究重力与其它力源特别是热力的相互关系，结合深震反射资料进行三维重力模拟、解释地壳或岩石圈深部构造，识别岩石圈不同层次和不同尺度的重力构造样式并从物理学上进行解释，建立数学与物理模型，结合石油、煤田的寻找和开发工作，研究重力滑动及重力扩展构造的控制作用，继续研究重力均衡调整、重力与地幔对流和板块构造的关系，寻找地震活动的能量库及动力源，建立地球动力学演化模式，乃是近期该领域的研究热点。

。【参考文献】：

1 马杏垣，索书田，闻立峰．构造地质论丛，1981，1(1)：1～9

2 马杏垣，索书田，游振东．嵩山构造变形～～重力构造(构造解析)．北京：地质出版社，1981．1～256

3 索书田．地球科学，1983，22(3)：11～22

4 Dewey J F．Tectonics，1988，7(6)：1123～1139

5 Ratschbacher L，Merle O，Davy P．Tectonics，1991，10(2)：245～256

(中国地质大学索书田教授撰)