《人类科学技术史-380》地质力学的建立与发展

地质力学的建立与发展

地质力学是由中国卓越的地质学家李四光(1889-1971)在总结前人和他人地学方面研究成果的基础上，立足于中国地质的实际情况，经过长期的探索而倡导、创立的，并形成了有世界影响的独立学派。李四光出生于湖北黄岗，早年曾留学日本、英国。1920年后，任北京大学地质学教授、系主任。他还是中国第四纪冰川的发现者和第四纪冰川研究的奠基人。

地质力学是以力学的原理分析研究地质构造现象的发生、发展和内在联系，探求地壳构造和地壳运动规律的科学。地质力学由20年代初的探索到40年代建立起比较完整的理论体系，大致经过了三个阶段。

第一阶段是为地质力学奠定基础的阶段。20年代初，人们发现，我国北部丰富的煤炭资源大多储存在被统称为"太原系"的石炭二叠纪沉积的地层中。其中虽夹有若干海相地层，但主要是由陆相地层构成。然而，李四光的研究发现，中国南部石炭二叠纪的地层是以海相地层为主。为什么时代相同，而南北的沉积环境却有这么大的差异呢？

李四光对北半球其它地区古生代以来海水进退现象进行了对比研究之后，提出了自己的见解，认为大陆上海面的运动并不一定是全球一致地升降，有可能是由赤道向两极或由两极转向赤道所造成的，并进而提出了大陆海面变化是由于地球自转速度变化而造成的假说。他由此联想到，大陆的岩石也会因此受到地应力的长期作用导致地壳发生形变。这一期间，魏格纳的大陆漂移学说正处于困难、沉寂中。李四光发表了《地球表面形象变迁之主因》的文章，批判了与大陆漂移理论抗衡的传统固定论，论证了大陆的水平运动，认为构成这种运动的原因是地球自转速度的变化并提出"大陆东阀"自动控制地球自转速度的新理论。这些为后来地质力学理论的建立奠定了基础。

第二阶段通过对区域构造现象的相互关系、形成过程进行较系统的研究，并用区域构造形迹综合追溯地壳构造运动，建立了地质力学的基本框架。李四光研究了当时苏联境内具有强烈褶皱的山脉附近的弧形山脉与中国江苏的宁镇山脉和芳山山脉以及广西、湖北的一些弧形山脉，对山字形及其它某些类型的构造形式有了比较深入的认识。他运用休斯所倡导的现实主义地质归纳法，将个别的特殊的地质构造现象上升、推广到一般，概括出"构造体系"这一反映全球性地壳构造特征的新概念。

地球上的地质现象是异常纷繁复杂，而李四光抓住了"力的作用"这一串联起复杂现象的纽带，对地壳运动以及各种构造形变如褶皱、断裂、隆起、凹陷的生成关系进行研究，总结出三种基本类型，即纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系。

李四光测定了每一类型构造体系有关地区的构造运动方式和方向，确定了大陆水平运动的存在，推断出大陆和海洋运动的主因，建立起了地质力学的基本内容与框架。

这一时期，李四光的著作有1928年的《古生代以后大陆上海水进退的规程》、1929年的《东亚一些典型构造型式和构造体系》等。后者涉及全球构造及其综合解释的尝试，概括分析了东亚不同的构造形式和构造体系。

30年代到40年代初，是地质力学逐渐发展和完善的时期。在这一期间，以"构造体系"新概念为指导，人们对一些尚未认识的构造类型作了进一步的研究，丰富、修改和完善了构造体系的内容。地质力学的研究范围也不断扩大，在更大的领域里发现许多构造体系的定型性、定位性和定时性以及在同一地区这些性质的相互交错、部分重叠的复合关系。这一阶段的地质力学不再停留在描述构造体系的一般特征上，而是对各种构造类型的起源提出合理的解释。

在较长期的探索研究基础上，40年代正式提出了地质力学的学科体系及学术观点。这一阶段，李四光著有《中国地质学》(1939年）和《地质力学之基础与方法》(1945年）。前者进一步厘定了不同构造体系及其形成机制。

1962年，他的另一著作《地质力学概论》更系统地介绍了地质力学理论。

地质力学是在中国的土地上诞生和成长起来的新的地学理论，它比较客观地反映了地壳内部的构造特点和运动规律。

地质力学理论强调地质构造发展变化的过程，认为地球上任何一个大型构造体系的存在，决不是一次地壳运动所造成，而是多次地壳运动综合作用的结果。由于地球内部力的作用的存在，老的地质构造不断受到破坏，发展变化，新陈代谢，展现出一幅生动复杂的地质图象。

李四光提出的地球自转速度变化是地壳运动主要原因的见解，是对地学理论发展的一大贡献。他指出，如果地球始终保持恒定的自转速度，那么，在几十亿年的运转过程中，它的外形和表层内部结构应该早已适应了地球引力和离心力的作用而趋于平衡，也就是说不会有什么大规模的地壳运动，但事实并非如此。因此他认为，在研究地壳运动时，应当考虑的不是地球的自转，而是地球自转速度的变化。地球内部的较重物质向自转轴附近集中时，地球自转速度就会加快，离心力就会增加，地壳便受到来自两极向赤道方向的挤压产生纬向构造体系；当地球自转加快时，还会产生自西向东的惯性力，它同样会引起地壳发生运动，产生经向构造体系。

地质力学建立以后，在寻找新矿藏资源和地震预报预测方面发挥了巨大的作用。50年代初，李四光就提出，中国的石油勘探应实行战略转移，即由局限于西北地区转移到松辽、华北等东部地区。从此，中国有了大庆，后来又有了大港、胜利、华北等新油田，为中国石油工业的发展作出了巨大贡献。

1966年，河北邢台和吉林怀德相继发生地震，李四光根据地质力学原理，认定邢台和怀德都是属于新华夏系的断裂构造，都位于新华夏系中同一沉降带内，提出要迅速组织力量开展东北地区的地震地质工作，这对1975年成功地预报海域地震起到了重要的作用。

中国其他的地学研究人员，以地质力学原理为基础，提出了地壳"波浪状镶嵌构造"的新见解。这种理论不仅注意到了地壳的水平运动，而且注意到了垂直运动，引起许多地质学家的注意，为地质力学的发展作出了贡献。