構造物理學

構造物理學的發展可分為 3個階段。

第一階段(1920～1930)：為了理解構造變形現象，用泥巴、凡士林、蜂蠟等來進行形態模擬實驗。人們對力學和岩石力學性質瞭解很少。

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,把數學、力學理論運用到構造變形研究中去。②高温高壓實驗室的建立，使模擬地下深處的變形條件得以實現。

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於岩石性狀的力學理論，相當地下10公里温壓條件下岩石力學實驗和構造岩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。

李四光在20世紀20年代創立的地質力學就是構造物理學一個方面的早期開拓性工作。岩石圈是各向異性的地質體，其變形行為嚴格依賴於所處環境的温度、壓力組合；另一方面，構造變形在時間和空間尺度上相差極大，如從幾秒鐘的地震到上億年的造山帶演化等，所以對構造變形本質的瞭解是困難的。

構造物理學以地殼或岩石圈的構造變形的觀測研究為基礎，應用實驗岩石學、材料科學和岩石力學等領域的成果，通過對自然界構造變形現象的觀察、高温和高壓實驗、利用相似材料進行物理模擬和數值模擬等手段進行的研究，以期瞭解從礦物晶格到大陸、大洋岩石圈的岩石變形的真實過程，並揭示在不同介質、温度、壓力條件下，岩石變形的差異及變形規律等。

構造物理學的研究內容包括：

①構造變形體的類型、變形特徵、變形機制及變形條件；

②構造變形體的相互組合關係、成因聯繫及其在空間上時間上的分佈；

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變形的應力場特徵及驅動力。

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釐米至 108釐米。由於涉及地殼、上地幔不同變形層次,變形物理化學環境差別很大,壓力由1×105帕至2×109帕，温度由20～2000℃。由此，人們對構造變形的瞭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象進行觀測、綜合與檢驗；

②利用高温高壓實驗手段研究不同環境條件下岩石變形性狀、變形機制、成分變化和變形狀態方程。這些環境條件包括温度、壓力、孔隙壓力等物理環境，溶液成分、礦物相等物理化學環境、結構面、缺陷等結構條件以及應力狀態、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各種構造變形的數值模擬。這樣，通過對觀測到的各種現象進行綜合，提出變形理論模型；再從假設的模型出發，用數字模擬或物理模擬方法，去推測未知區,然後再回到觀測中去檢驗,較真實地反映岩石圈構造變形特徵。

與側重構造變形的幾何學和運動學研究的傳統的構造地質學不同，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，側重於構造變形的動力學和物理學研究。傳統的工程岩石力學注重於研究常温常壓下岩石或巖體變形的本質關係及破壞過程，而構造物理學則注意研究不同温度、壓力和水化學條件下岩石和巖體的變形破壞特徵。此外，構造物理學通過實驗研究和顯微觀測把岩石的宏觀變形性質和微觀變形機制聯繫起來，推動了構造岩石學發展，並將其與構造地質學緊密聯繫起來，使大、小、微不同尺度的構造變形研究融為一體。

構造物理學在全球和區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、礦山岩爆預測、油氣勘探開發、成礦構造研究、工程穩定性、核廢料儲存、地熱資源利用等研究和生產中也具有重要的實際意義。 ^[2]