構造物理學（構造物理學）

構造物理學

在討論相變等問題時，還包括化學過程。構造物理學的研究內(nèi)容包括：①構造變形體的類型、變形特征、變形機制及變形條件；②構造變形體的相互組合關系、成因聯(lián)系及其在空間上時間上的分布；③地殼與上地幔（見地球）中存在的影響變形機制和變形特點的各種因素；④變形的應力場特征及驅動力。

簡史

構造物理學的發(fā)展可分為 3個階段。第一階段(1920～1930)：為了理解構造變形現(xiàn)象，用泥巴、凡士林、蜂蠟等來進行形態(tài)模擬實驗。人們對力學和巖石力學性質了解很少。第二階段(1930～1940)：有兩個重要特點:①力學家和構造地質學家合作，把數(shù)學、力學理論運用到構造變形研究中去。②高溫高壓實驗室的建立，使模擬地下深處的變形條件得以實現(xiàn)。第三階段(從1940年開始）：是構造物理學的研究與自然界構造變形相結合。應用適合不同應力條件下關于巖石性狀的力學理論，相當?shù)叵?0公里溫壓條件下巖石力學實驗和構造巖石學研究結果及與二者結合的野外地質工作成果來解釋地質構造。1940年構造物理學成為一個獨立的學科。^[1]

研究方構

造物理學所研究的構造變形在時間尺度上可相差十幾個數(shù)量級(幾秒至上億年)，時間短的如地震,時間長的如大型造山帶的演化；在空間上可從10-8厘米至 108厘米。由于涉及地殼、上地幔不同變形層次，變形物理化學環(huán)境差別很大，壓力由1×105帕至2×109帕，溫度由20～2000℃。由此，人們對構造變形的了解在空間上是零星片斷的，在時間上是殘缺不全的。構造物理學正是提供了由已知構造變形推求未知構造變形的科學方法。①利用多種探測手段對自然界各種構造變形現(xiàn)象進行觀測、綜合與檢驗；②利用高溫高壓實驗手段研究不同環(huán)境條件下巖石變形性狀、變形機制、成分變化和變形狀態(tài)方程。這些環(huán)境條件包括溫度、壓力、孔隙壓力等物理環(huán)境，溶液成分、礦物相等物理化學環(huán)境、結構面、缺陷等結構條件以及應力狀態(tài)、應變速率、變形歷史等力學條件；③利用相似材料對不同大地構造背景下的構造變形進行物理模擬；④各種構造變形的數(shù)值模擬。這樣，通過對觀測到的各種現(xiàn)象進行綜合，提出變形理論模型；再從假設的模型出發(fā)，用數(shù)字模擬或物理模擬方法，去推測未知區(qū)，然后再回到觀測中去檢驗，較真實地反映巖石圈構造變形特征。

與相鄰學科的關系

與側重構造變形的幾何學和運動學研究的傳統(tǒng)的構造地質學不同，構造物理學則研究變形機制、條件以及形成該變形體的應力狀況，側重于構造變形的動力學和物理學研究。傳統(tǒng)的工程巖石力學注重于研究常溫常壓下巖石或巖體變形的本質關系及破壞過程，而構造物理學則注意研究不同溫度、壓力和水化學條件下巖石和巖體的變形破壞特征。此外，構造物理學通過實驗研究和顯微觀測把巖石的宏觀變形性質和微觀變形機制聯(lián)系起來，推動了構造巖石學發(fā)展，并將其與構造地質學緊密聯(lián)系起來，使大、小、微不同尺度的構造變形研究融為一體。^[1]

構造物理學在全球和區(qū)域性構造變形的綜合研究和探索性研究中越來越顯示出其重要的理論意義，在地震成因和預報、水庫地震預測、礦山巖爆預測、油氣勘探開發(fā)、成礦構造研究、工程穩(wěn)定性、核廢料儲存、地熱資源利用等研究和生產(chǎn)中也具有重要的實際意義。