
地壳运动是一种机械运动,地壳及组成物质岩石相对某一参照物发生位置变化叫做地壳运动。
固体地球坚硬的外层叫做地壳,地壳是由各种岩石组成的。
地壳及组成物质岩石形成过程中发生的位置变化以及风化作用对地壳及岩石的剥蚀、搬运等作用都属于地壳运动。
地壳运动理论分为两大学派:单因地壳运动、多因地壳运动。
单因地壳运动认为引起地壳运动的因素为一种或一种为主其他为辅。单因地壳运动理论有:板块学、海底扩张学、大陆漂移说、地质力学、断块说、地洼说、镶嵌说、多旋回说、地槽地台说,等等。
多因地壳运动学说是由我国学者江发世提出来的。江氏认为:引起地壳运动的因素为多种,地壳运动可以划分很多类型,不同类型的地壳运动是不同因素引起的。地壳运动类型如下表:
关于地壳运动的分类及成因,参见《地震、火山、地磁、地壳运动是怎么形成的?》。
为了探讨和研究地震、火山、地磁及地壳运动的成因,需要探讨和研究固体地球结构。
在做几何题时,画一条辅助线其难题就会迎刃而解。有许多事情或问题不解时,换一种思路或模式就有可能获得解决。
为了研究和探讨地球起源与演化及其内部运动,对固体地球结构进行重新划分。
依据固体地球内部物质状态和地震波特征,对固体地球进行一级分层和二级分层,见表1-1,其示意图见图1-1、图1-2,图1-3是传统固体地球结构示意图。
一级分层的目的是为了研究地球内球、外球运动,进而研究地磁的成因、地震的成因、火山的成因及地壳运动的成因。
二级分层的目的是为了研究地球起源。
2.1 地球的内球运动
太阳捕获地球,地球产生绕太阳的公转和自转。地球捕获月球,产生绕地月质心的转动。地球的内球、外球在太阳和月球的作用下将产生不同的运动。
在不同的地质时期,地球的内球、外球运动是不同的。在地球进入太阳系前,内球在地球中心,内外球转动是一致的。
地球被太阳捕获后,地球产生了公转和自转,地球的内球和外球也产生了位置和转动角速度不一样的变化。
地球的内球或地核不在地球中心
下面做一个简单的模拟试验:在装满水的瓶子里放入一个石子,系上一根绳子绕手旋转,如图2-1,结果:在瓶子内的石子始终偏向绳子引力的另一侧。
同样道理,地球在太阳引力作用下绕太阳旋转,内球将偏向太阳引力的反方向,不在地球中心。
地球的内球或地核转动比外球快
由于地球的内球不在地球中心,始终偏向太阳引力的反方向,导致内球和外球转动的角速度不一样,内球快,外球幔,如图2-2所示。
2.3 地球的晃动
下述三种运动引起地球的晃动:
地球绕地月质点转动、地球的章动、地轴的进动。
晃动作用的结果
将豆子放到簸箕里,晃动簸箕,豆子在簸箕里沿着簸箕倾斜方向滚动,如图2-4。
地球外球的滚动,使原地极位置向着太阳引力大的方向移动,原地球赤道也随着发生移动。
现在地球的南极洲是随着地球的外球转动到达现在的南极位置,南极洲的煤炭随着地球的外球转动而到达现在的位置。
地球的原磁极位置随着地球的外球转动而转动,这是磁极移动的成因。
内球不在地球中心,始终偏向太阳引力的反方向,并对液态层的岩浆产生由内向外的挤压力,如图3-1所示。岩浆被挤压出地表,就形成火山。岩浆被挤压到地壳中凝固就形成侵入岩。
地球由内向外的挤压作用,除上述主要原因外,还有冷凝结晶作用、气液体作用、其他物化作用等。
地球具有地磁场,在地质时期中地磁产生了多次磁极反向,而且磁极由低纬度移动到现在的近地极位置。
地核转动角速度比外圈层快,转动速度不一样,在接触面就产生摩擦,摩擦产生电荷移动形成电流。地核是由铁镍物质组成的,电流绕其运动形成电磁既形成地磁场。
由于地轴的倾斜,产生地球外球的转动和内球的转动。内球转动180°导致磁极反向一次。外球转动产生磁极移动。
地壳及其组成物质相对某一参照物发生位置变化叫做地壳运动。
研究地壳运动成因,首先需要对地壳运动进行分类。
依据不同的标准和成因理论,地壳运动可以划分为很多类型,如5-1表。
5.1 以银道面为参照物发生的地壳运动及成因
本类地壳运动是地壳及其组成岩石以银道面为参照物发生的位置变化。本类地壳运动引起全球性海陆变迁。
地球形成以后,除陨石降落外,地球的固态物质基本保持不变,也就是说,在地壳上有地方隆起,就得有地方凹下去。全球性海陆变迁不是固态地壳的大面积高低变化,而是全球性的海水变化。
地球的北半球向外稍尖而凸出,南半球向内凹,北极高出球面19米,南极低于球面26米,南北极相差45米,从赤道方向看地球近似一个“梨”的形状,如图5-1。
高出球面的北极是海水覆盖的北冰洋,而低于球面的南极却是陆地。南极洲的最高峰是文森峰,海拔4,897米。证明北极海平面相对于球面高于南极近5000米。
在地史中发生过几次全球性海进海退事件,海进时形成海进的沉积建造,形成灰岩,有海生动物化石。海退时形成海退的沉积建造,有煤形成,有陆生动植物化石。
形成上述的两种现象是由于地球绕银河系的银心转动而产生的。
地球自转,由于月球和太阳的引力形成潮汐。地球表面的水在引力方向凸出的高。
地球北极的水比南极凸出的高,说明在地球北极方向存在引力。在地月系、太阳系中,通过地球的自转和公转,北极的水凸出依旧,说明地球北极方向的引力与地月系和太阳系无关。
地球除绕太阳公转外,还绕银河系的银心公转,公转周期为2.5亿年(?)。地球的地轴与银道面的夹角为27°24′(?)。
由于地轴倾斜在银道面上绕银心公转,在银道面的夏至位置时,地球的北极受到的银心引力大,形成地球的北极水凸出的比南极高。在银道面的冬至位置时,地球的南极受到的银心引力大,形成地球的南极水凸出的比北极高,见图5-2。
当地球在银道面春分和秋分的位置时,地球赤道位置的水受银心、太阳和月亮的共同引力作用,水凸出的更高。地球水的这种变化,就形成全球性海陆变迁,其周期由地球绕银心公转周期决定。在南北极的全球性海陆变迁周期为2.5亿年(?),在其他地区的全球性海陆变迁周期为1.25亿年(?)。
全球性海陆变迁的海进海退方向为南北方向。受陆地的影响,海进海退方向会发生改变。
全球性海陆变迁的海水深度,依据现在的地球南极和北极海水平面与球面差,可达5000米。
目前,太阳到银心的距离是大约距离,太阳绕银心公转周期也是大约的。因此,全球性海陆变迁的周期也是大约的。
地轴与银道面的夹角27°24′是从天球上计算出来的,天球是以地球为中心的人为球,在银河系,银心是中心,太阳绕银心公转,地球也随太阳绕银心公转。所以,地轴与银道面的夹角27°24′是参考数字。
此类地壳运动也引起季节和气候的变化。
本类地壳运动是由银心捕获太阳绕其旋转而形成的。
5.2 以黄道面为参照物发生的地壳运动及成因
地球绕太阳公转的轨道面叫做黄道面。本类地壳运动是地壳及其组成岩石以黄道面为参照物发生的位置变化。
本类地壳运动分为三小类:一是,地球自转发生的地壳相对黄道面的位置变化;二是,地球公转发生的地壳相对黄道面的位置变化;三是,地轴倾角变化,发生的地壳相对黄道面的位置变化。
地球是在和太阳赤道面大约23°26′夹角方向运行(如图5-3所示)被太阳捕获,变成绕太阳旋转的行星。
太阳捕获地球时,地轴和轨道面是垂直的,地轴和太阳赤道面夹角大约为66°34′。太阳系和其他星系一样,在星系演化趋势作用下,地球由形成时的轨道面向太阳赤道面方向移动了23°26′,并已移动到太阳赤道面附近(如图5-4所示)。
在太阳系演化过程中,在无其他天体引力作用情况下,绕转星球的轨道形状不变,自转轴的倾斜方向和倾斜角度不变。
地球由被太阳捕获时,地轴和轨道面是垂直的,和太阳赤道面夹角大约为66°34′。由于地球轨道面向太阳赤道面方向移动了23°26′,因此形成现在的地球赤道面与黄道面夹角为23°26′。
地球被太阳捕获时地轴和轨道面是垂直的,地球两极终年无太阳光照,地球无四季。随着地球轨道面向太阳赤道面演化移动,地轴发生在轨道面上的倾斜,地球有了一年四季变化。
在这一地质时期,地球有了太阳的光照,形成了绕太阳的公转和自转,有了昼夜的变化。
在地球的内部,地核或内球偏向太阳引力的反方向,不在地球中心。
在地壳,由于地球自转形成由两极向赤道的离心力;在太阳引力作用下,由于地球自西向东转动,地壳物质形成自东向西和由两极向赤道方向的运动。形成高山、高原,形成沟谷洼地和平原。
冰川融化。
在生物界,开始爆发式出现即开始复活。
在岩石建造上,出现大量的灰岩。
本类地壳运动引起昼夜、季节和气候的变化,引起太阳、月球对地球引力的变化,进而引发其他类型的地壳运动。
本类地壳运动的成因是由太阳捕获地球和太阳系演化所致。
5.3 以地轴为参照物发生的地壳运动及成因
地壳及其组成岩石以地轴为参照物发生的位置变化,其规模次于第二类地壳运动,引起地极、磁极位移。
由于地轴倾斜(地轴倾斜在黄道面上,其夹角是66°34′,地球赤道面与黄道面的夹角为23°26′),地球绕太阳公转,在夏至时,地球的北半球距太阳近,受到太阳的引力大。在冬至时,南半球受到的太阳引力大,导致地球的外球转动,见图5-5、图5-6。
相对于地轴发生的变化,即地极发生了移动,磁极发生了变化。此类型地壳运动,引起地壳及地面地理坐标的变化,也引起季节和气候的变化,引起地日、地月引力平衡的变化。
本类地壳运动成因:
层状地球在太阳和月球引力作用下,地球外球发生了转动而形成的。
5.4 以地理坐标为参照物发生的地壳运动及成因
地壳及其组成物质岩石以地理坐标为参照物发生的位置变化,本类地壳运动形成大规模的地壳抬升隆起和凹陷沉降,形成山脉、高原,形成平原、盆地,形成峻岭、沟谷。
本类地壳运动的动力来源主要有以下四种:
其一、水、风的剥蚀和搬运及沉积作用
本类地质作用不仅形成规模大小不等的地壳运动,而且所形成的沉积物与沉积岩是形成山脉、高原的物质基础。
水的剥蚀与搬运及沉积作用
水的剥蚀与搬运及沉积作用主要分为两种:一种是洋流的地质作用,另一种是江河的地质作用。
洋流能将砾石泥沙等物质进行远距离的搬运,形成大面积的沉积物和沉积岩。
江河的地质作用视其长短形成搬运远近,视其高差和流量形成剥蚀与搬运强度。水的剥蚀与搬运作用能将山脉和高原变为沟谷及平地;能将低洼地填平;能形成大面积的江河三角洲沉积。
水的剥蚀与搬运及沉积作用所形成的地壳运动,降低了地壳山脉的相对高度,剥高填洼,使地壳趋向平衡。
风的剥蚀与搬运及沉积作用
风对岩石的剥蚀及搬运与沉积作用特点:
风蚀发生在少雨干旱地区,不仅对高山高原进行剥蚀,而且对沟谷洼地也进行剥蚀。
风的搬运作用,其搬运距离远近不等,近的只是离开剥蚀原地,远的可以达上千上万公里。其沉积面积大小不等,大的可达几百万平方公里。
风的沉积,可以在陆地,可以在水域;可以在洼地与平原,可以在山脉与高原;即能形成准平原沉积,也能形成山脉沉积。
风成地势易改变和迁移。
风成沉积,可形成产状为高倾角的碎屑岩,可形成沉积褶皱构造。
风的沉积可以和江、河、湖、海等水的沉积同时或交替进行。
其二、地球自转时产生的由两极向赤道的离心力
关于地壳物质在地球自转的离心力作用下向地球赤道方向运动的试验,地质力学已做了模拟试验予以证明。
关于地壳物质在地球自转的离心力作用下向地球赤道方向运动的试验,地质力学已做了模拟试验,图5-7是地质力学的纬向构造的模拟实验:在直径20厘米的泡沫塑料球体上,涂16层聚醋酸乙烯乳液,构成厚约3毫米的薄膜,经电动机旋转加力(500转/分),于试料上形成一系列近东西向的褶曲。地质力学所作的上述模拟试验完全证明,所有旋转球体都会产生自两极向赤道方向的离心力,其表面物质也将在离心力作用下产生变化。
其三、在太阳和月球引力作用下,地球自西向东旋转时,地壳不同质量区块产生由东向西运动及运动速度差异
在没有其它星球引力作用下,地壳各部分物质随地球自转做匀速圆周运动。在太阳、月球的引力作用下,由于地壳各部分组成物质的不均,产生沿纬向的速度差异运动,形成挤压和分离。
将一个装水的盆子吊起来,里面放入不同物质块,转动盆子,这些物质块有的挤到一起,有的分开,如图5-8。
地壳在大区域或小面积上其组成物质是不均匀的。在大区域上,陆地有欧亚、非洲、南北美洲、南极洲等大区块,海洋有太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋等几大区块。这些大区块在地势、物质组成、面积大小、几何形态、地理位置、质量、构造等都不一样。在大的区块内有众多的小区块。
地壳上这些大小区块,受太阳、月球的引力不同,在地球自转时,它们的运动速度快慢不一。由于地球自西向东旋转,地壳上这些大小块体形成自东向西的相对运动。
其四、不同的岩石物理性质不同,形变不同
不同的岩石具有不同的物理性质,在力的作用下,所形成的地质构造是不同的
⑴、沉积岩
岩石分为:碎屑岩类、粘土岩类、化学岩和生物化学岩类。
呈层状,层间滑动性强,特别是粘土岩类、化学岩和生物化学岩类,在水的润滑作用下层间滑动性更强。岩石的柔性、塑性强于火山岩。
在挤压力作用下易发生弯曲变形和层间滑动,形成褶皱构造。当挤压力进一步作用,发生错动,形成断层构造。
⑵、岩浆岩
岩石分为:侵入岩和喷出岩(也叫火山岩)。
火山岩包括火山熔岩和火山碎屑岩两大类。火山熔岩的类型有:金伯利岩、玄武岩、安山岩、流纹岩、玻璃质熔岩、粗面岩、晌岩。
玄武岩是自然界中分布最广泛的火山熔岩,在喷出岩中居首位。岩石的刚性、脆性强。
在挤压力作用下易发生错动,形成断层构造。
岩石在不同的形成时期,在力的作用下,所形成的地质构造是不同的
地壳运动挤压力伴随岩石的形成到今,在岩石形成的不同时期,同样的力作用在岩石上,所形成的地质构造是不同的。在岩石形成的初期,在力的作用下易形成弯曲变形。在岩石固结后,在力的作用下易形成错动变形。
5.5 以地面物体为参照物发生的地壳运动及成因
以地面物体为参照物发生的地壳运动,地壳组成物质岩石相对运动距离小,属于小范围的地壳运动。除大范围的地壳运动能引起本类地壳运动外,地震、火山、塌陷、陨石撞击、生物的一些活动等等都能引起本类地壳运动。
5.6 以球面为参照物发生的地壳运动及成因
本类地壳运动是以地球球面为参照物而发生的地壳及地壳组成物质的位置变化,前面五种地壳运动都能引起本类地壳运动。
6.1 地震分类
传统观点将地震划分以下4种类型:
构造地震
由于构造运动使岩石圈变形突然断裂引起的地震,称为构造地震。构造地震是地球上数目最多的一类地震,约占地震总数90%以上。其特点是能量大,影响范围广,对地面及建筑物的破坏最强烈,常引起生命财产等重大损失。这类地震活动频繁,分布普遍,延续时间长,造成的灾害最大。
构造地震很少孤立地发生,在一个地区的一定时期内往往出现趋于稳定的一系列地震,称为地震序列。茌地震序列中,最强烈的一次地震称为主震,主震之前的一系列地震称为前震,主震之后的一系列地震称为余震。
火山地震
指由于火山活动引起的地震。这类地震可以是直接由火山爆发引起的地震,也可能是因火山活动引起构造变动,从而导致的地震。因此,构造地震与火山地震常有密切的联系。这类地震均为浅源地震,特点是震级较小,地震烈度不大,影响范围也小,很少造成大的损失,占全球地震总数的7%。
陷落地震
指由于地面塌陷和陡峭山崖岩块突然崩坠而引发的地震。这类地震震级较小,其波及范围也小,破坏性不大,占地震总数的3%。
诱发地震
指由于人工爆炸、水库蓄水、深井注水和矿山开采等人类生产活动而产生的人工诱发地震。当人为因素诱使地下岩块中积蓄的应力超过一定的极限,突然释放就形成了地震。这类地震一般难以造成大的危害。
文本将地震分为两大类:
内力(或内因)地震
由地球内部活动产生的作用力引起的地震叫做内力地震,如传统分类的构造地震、火山地震。
外力(或外因)地震
由地球外部活动产生的作用力引起的地震叫做外力地震,如传统分类的陷落地震、诱发地震,陨石降落地震。
6.2 地震的特征
地震次数
通过地震仪的记录,在地球上每年发生500多万次地震,见表6-1。
震中分布
在地球上,多数地震发生在大洋海脊、大洋边缘和陆地山脉强弯曲地带。
震源深度
地震大多数发生在地下5-20公里的地壳范围,有的地震震源深度可达地下700多公里。
地震前的变化
在地震前,有一些自然现象发生异常变化,这些异常变化与地震的发生有内在的联系,也叫做地震前兆。
地震前兆有:①、地磁场强度和磁偏角发生局部异常变化;②、地面出现升降、水平位移和倾斜现象;③、大地电流数值或任意两点自然电位差发生异常;④、水位高低、水的味道、颜色、清混度、含气泡等情况发生异常;⑤、一些动物发生异常反映;⑥、出现地声,声音多种多样,如闷雷、风吼、岩石破裂等等,声后不久地震就会发生;⑦、在地震发生前后,特别是地震发生前的时刻,地震地区的上空往往产生发光现象。
地震后的变化
地面出现裂隙,引起地面凹陷,引起地面隆起,引起海啸,引起山体滑坡,引起楼倒房塌等。
6.3 地震成因
在地壳及其以下的外球,很多地质作用可以产生大小不同,形状不同的空间,如图6-1右。内球将气液及熔融物质挤压到空间就形成高压藏,如图6-1中。高压藏围岩发生弹性形变就产生内力地震。
2014年6月23日央视新闻联播:天河二号对美国大地震模拟研究,结果就是高压藏围岩发生弹性形变形成内力地震。图6-1左是央视画面截图。
6.4 地震监测
高压藏围岩发生弹性形变产生内力地震,地震监测就是要对监测区是否存在高压藏及其变化进行监测。
监测方法:
一、确定监测区。在监测区按一定比例尺的网布设地震监测仪。
地球几乎每时每刻都在发生地震,地震波通过不同的地质体会产生不同的变化,对监测区各地震仪接受的地震波信息进行电脑处理,检查监测区是否存在高压藏。
二、监测高压藏形变
如果在监测区检查出存在高压藏,经过一段时间的监测,监测其是否发生形变及形变状况。
6.4 地震预报
依据地震监测数据,对地震发生的位置、震中深度、地震级别、发生的时间做出预报。
6.5 防震
防震是指通过技术措施将地震能量释放,防止地震发生,而不是地震后的救援。
释放地震能量方法,就是在高压藏区打孔,将高压气液体及应力释放出来。
深孔钻探对于寻找油气、地质研究,对于防震(既释放出地震能量,防止地震发生)等具有绝对性意义。
目前,世界最深钻孔为12345米。
传统钻探设备,为钻头链接在钻杆上的钻具,钻头通过钻杆转动而钻进。在深孔钻探时,一是钻杆在深孔变形,二是动力难以传送到深部,三是孔内事故多,四是更换钻头需提出所有钻杆,等等。传统钻探设备难以打更深的孔。
要转变深孔钻探思维,生产新的钻探设备。
下面,谈一下本人的深孔钻探理念和新钻探设备的思路 href="">——管内钻探技术,供相关人士参考。
深孔钻探技术:钻具在工作管内向下钻进。
钻管:上部为运行管,下部为工作管,工作管内有内槽。
钻具:由电机、水泵、岩芯管、钻头、卡簧、扩孔器等组成。
机房:通过电缆钢丝绳控制钻具。
塔架:起吊钻管、钻具等。
钻进工作:钻具进入工作管,卡簧弹起——钻具只能上下移动而不能转动,扩孔器弹起——钻进时扩孔。
钻进一个回次,钻具提起,取出岩芯岩粉。如孔内残存岩粉用取粉器取出。
往复运行。
也可采用无芯钻进。
也可以对钻进采用智能控制。
