大地構造物理學

在空間尺度上，大地構造物理學的研究對象，大到全球性的造山運動和板塊運動，小到區域性的斷裂、褶皺，直至岩石中的微觀構造；在時間尺度上，從短暫的地震的發生和火山的大爆發，到以億年計的大陸漂移、海底擴張等過程，乃至幾十億年的整個地質時期的演化。

大地構造物理學當前的研究工作尚多屬力學問題。其主要內容是：變形、力、介質，即根據變形後果反過來追索其形成條件、演變歷史以及推動力。

地球表面上分佈的各種構造形態，如斷層、褶皺、火山、島弧、洋脊、海溝等無一不是一定力作用下的產物。要探索這些構造形態演化的過程，人們首先對地表上的形態利用各種宏觀的方法進行考察，繼而用地球物理勘探的方法探測深部的構造形態，以及在顯微鏡下觀察岩石中記錄下來的各種信息。例如，在北歐芬諾斯坎迪亞地區相對海平面的抬升，可通過上世紀以來驗潮站的記錄和地質學上的考察，得出此地區幾千年來抬升幅度的分佈情況。又如從長城發現的錯動量，可探討這裏的地震歷史和推算其平均變形速率。20世紀70年代末為了直接驗證板塊構造學説，人們還開始利用人造衞星和天體進行超甚長基線的測量，以確定各大板塊之間的相對運動速率（見地殼運動）。

作用在地球上的力可分為週期性的和非週期性的。日、月引潮力，極軸擺動引起的力，以及自轉速率的年變化等屬於前者。由於它們作週期性變化，變形不會積累,不足以形成構造運動。關於構造運動的動力,早期提出的理論是冷縮學説,即認為地球一直在冷卻,半徑縮小,引起地表的水平擠壓,從而造成皺紋、一般山系和島弧等。後來由於發現放射性元素衰變放熱，認識到地球未必在冷縮,而且它又不能解釋大洋中脊的產生,這一理論受到了懷疑。在地殼上經常作用着的力是重力，它和地幔的浮力平衡而成均衡作用，然而從重力異常的分佈可以看到某些地方並未達到均衡。此外風化作用、沉積物的遷移、冰川的融化,也在不斷地破壞均衡,使得地殼變形。不過這些不平衡的力將只能引起局部的構造運動。另外，狄拉克(P.A.M.Dirac)於1937年提出,引力常數可能會緩慢減小，這能引起地球的膨脹。於是有人試圖用地球膨脹的理論解釋大地構造物理現象。關於地球自轉速率和極軸位置的長期變化的影響，荷蘭的韋寧·邁內茲(F.A.Vening Meinesz)在1947年曾計算，若極軸位置變化10°，或由於自轉速率的長期變化（經過16億年）使地球扁率從1/210變到1/297，均可引起30多兆帕的水平正應力，足以解釋全球性的剪切破裂網絡分佈。關於自轉速率及極移的長期變化能否積累足夠大的構造應力問題，還須考慮更接近實際的地球模型，並和其他力源的作用聯合起來進行探討。板塊構造學説則主要用地幔熱對流，洋脊的擴張力，俯衝帶的重力等解釋洋脊分離和海溝俯衝，此外還用對流環的遷移等解釋山系在地表上的分佈（見地幔對流）。

要把變形和推動力聯繫起來，關鍵的因素是地球介質的力學性質。從固體潮和地震波測量知道，地球在快速運動下是一個剛性很大的彈性體，從聳立了成百萬年的高山懸崖來看，地殼上部的岩石能長時間的保持應力。另一方面，從均衡作用看，地球介質又是一個流變體，在長時間應力作用下將緩慢地不斷變形。總起來可以説，地球介質對短時間的應力作用是彈性的，對長時間的作用則是可以流動的；接近地表的岩石是脆性的，只要經受很小的變形即可破裂，這個變形過程可用彈性模型模擬。而隨深度的增加，地球介質逐漸增加其流動性而成為延性的，可以不斷地變形，應力也將隨時間而鬆弛，這個變形過程需要用流變模型來模擬。對岩石層（圈）而言,一般認為在1億年內可看成主要是彈性的，應力的鬆弛較少（見地球介質的流變性）。

大地構造物理學另一主要內容是求構造應力場。一種辦法是通過地應力測量，天然地震的震源機制分析，宏觀地質和地貌考察等求得。另一種辦法是根據對變形、力、介質3個因素的認識,運用連續介質力學理論進行反演計算，將算得的應力場和位移場同實測資料對比，並據此修改前述假設，使計算結果更接近實際。應力場的計算在70年代以後由於計算技術的進步已有很大進展。

大地造物理學從構造變形場和應力場的角度探討礦產、油、氣等資源的分佈規律，並提供尋找盲礦體的途徑；同時也為巖體工程建築的分析提供構造應力的依據。另外，它又從地質體的流變性、破裂規律和現今應力場方面分析地震的危險性，探索中長期地震預測的方法，對國民經濟有直接作用。在理論方面，大地構造物理學的研究對整個地球科學的發展也有重要意義。

大地構造物理學存在的主要問題是，需要建立更切實際的橫向不均勻地球模型和更好地代表介質變形及破裂規律的力學模型，以及從岩石變形形跡尋求殘餘應力的方法中，吸取更多信息等。