地球起源与地壳运动初探_二_
第 2卷 第 93期 第 2 8 第卷3 期 208 0年6 月
新 石疆油 质 (地二) 胡 道 , 等雄 : 球地源起地壳运动初探
XIN与IJAN GPTREOLEMU GOEOLG
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Vl. 2o, 9o.N3 Ju.n2 08
0
章文号编 1:01- 08733 (2 00 8 0)3- 3039 04
-球起源地与壳地运动初( 探二)胡
道雄 , 胡晓天( 1. 中
国油石西 钻部克拉玛依探井工录公程司 新疆 摘,克 拉玛依83 004 ;02 .南大济 理学院学 , 济 2南50220)
要 :论述地壳运的原动动—力 ——变体机制。体变机是以地制球热源环为境条 , 件固 态以物质变态为础 基, 物质
态
析分地的球成形程、 热过环源、 境物态变质、量 变和质排物为表现放形 ,式通过地球 自身体积的变化来现地壳实运。 态动增变、 地量球体变量、地壳 动运力 热、变应效地壳及体与变制的机关系 计算。出地了球物质体的系数胀、 态变量态 变增及量、地球 的变体及体变量速、 度洋壳扩的张与俯速度、冲地壳 动的挤压力运 。关词键 :球起源地; 热力 ; 变 ;态 变体; 运 动力中图分类号 : 6P 8; P45 1献文识码标:
A1
变体论
地概运壳动通过是球地身的体自变积化 (简 体 称)变 来现实的。在变过程中地体壳受张承或力压力 的挤用 ,作 进推而动壳地运动地。运壳动动力的机就 是体变制制机, 笔曾者文著其称胀为机制缩 体。变机是通过制地内部的球固态物在热源质 环境物下质态变物质或排来实放现的。固态物质就 是在地球形成 期 早( 壳较地薄的期时 )击撞进入地球部 的内星子 小、行 ,星后期 超为增生地前壳俯冲和壳 洋; 热 环源境是就球地内的撞部热击 能 早(期子星撞的动 击放热能射和压热力能 ; 物态变就是质球地 内能转化 ) 、部固的态质在物能的热作下用为变液物态质或液者 态质物变为态物质 (固地 壳长生 ) 物质排;放是就地 球部内液态物 (质岩浆和 水性物溶质) 出排地壳上之的空 。间地 球积变化与地体壳运 动(张 和裂压挤 存)以 在下因关果 系:地 球部的物质态内必变导然地球内致 部的积体大变, 球内部的体地积大变必导致然地壳张裂 , 地 张裂壳然导致必山火发和喷壳洋扩张 , 山火 喷和洋发扩张必壳然导致球地部内力减小压, 球内部 地压减力必然小致地球导体积变小 , 地球积体变小然 导致地壳挤压 必, 壳地挤压必然致导壳俯冲。洋地 壳运动以地是内部球的热源境环条为件, 以 态固行星小 、星和子俯冲洋壳物质基础为, 以 地球内部物质 变态( 固熔态
化为态)液和 物质放 ( 排洋扩张壳、 山火发和喷岩侵浆入) 为等现表形。结式果是地体 积变化球推地动运动壳 。地壳地球是层表的固物质 态, 厚度地为半径的
收稿球期 日:2 008-0 -13 1
[1
0].%5, 地壳 体积地为总体球的 积.15. 地%壳为陆壳
和洋分 , 陆壳主要由水平壳岩体 沉(积层 、入侵层、喷 ( 洋壳张裂发过 层和变质)层 成构 洋,主壳由要垂岩直体程中 壳之硬下的塑岩浆沿性裂张缝挤压 )构成。陆 和壳壳的洋成方长不同式, 运动方的式不同。也壳陆以 变分改布积面的式运动 ,方 壳洋以改分布变间的方空 式运动 。地壳地是球源热统热系效变的结应。果 变效应 是指热用于作地壳热的产能波动生 ,地球热系源以热统 能的式作用方于壳地, 地 壳以射的辐方向式宇宙散 热能。失当用的作能大热于失热散能 , 时地表层球于 处熔状态融; 当作用的 能热于小散热失能 时,地 球表 处层结于晶态 ,状 地开始形壳 ;成当 用作热能的到受其 它因素响影 撞胀(晚期大量的期子撞星进壳地之耗 下费能热进行质态物变 )时 作用,于地的热壳能小 变,地 开始快壳速长生 当地。之下的固态物质大部分被壳熔化时 , 球热源地统系作于地壳的用能热恢复到应有 又的趋水平势 上 ,开熔蚀始超生前长地的壳。有当地 只球热系源统递到减对水平应 上 ,地才壳始开新的生长。 地球源系统的热热能平水在球地化演过程中呈递减 势趋, 与 热变效相应对应的是地壳来越厚。越在体变 机制中, 热系源、 统质物变和物态质放排 者之三间相作互。热用系源统的能量定物决态质变 量 ;物质变态量决物质定排量放 ; 质排物放量定热决能 散量失 ;热 散能量又失制约物质着变态量和质物排 放量 ;物 态质变和物量质排放又决量定地球体积的 化变量地壳从形成之。开始一日直运动在, 是三者正之 相间互作用的果结。 在变机制中 体 ,热源处在种相一稳定对状态的 ,
作者介 : 胡简道雄 1(95-7 ) , 男, 湖北安人 , 公高工程师级, 油石地 ,质 (eT) 099l-0 680440 2(E- mil) hadaouixogn@ncp.com.ccn
3.4 9・・
新
疆
石
地油
质
20
0 8年
物
质态中变物的质充受补变态增量影的呈递减状 态。早响的期物补质充以撞星击子为 ; 中主期的质补 充物以前超生增地壳为的主; 晚的期质补充物以冲洋 壳为主。只俯有态变要质物的充补 就会,态有增量的变产 生 ,同 也时等量有物质排的 ,放地壳 会就续运连动。 于态变由质物补的
充
呈递减趋势, 与此相关的 变态增量物和质排量放呈均递减趋。 势在地球演化过 的程 中 地,运壳动频的和幅率度呈也现递出趋势减, 直 到 最消失后。所在以体变机中制 ,态变质物的补充 地是壳连运续的动定决因素
。
曲用示意如下线 图( )1 :3
2亿年 050聚 合
阶段 溶 解 阶段 晶结阶
段( 撞 击
量 ) km3 ,
V
撞阶段
成胀型段阶
50亿 年 5
0
010
20
30
t( 时间) , 08a1
4
0
图1 撞击速示意
地球度成过程形的中击速度撞撞和高击的峰时间, 对 于究地壳研动运已没经多大的意义有 ,重的是撞 击要的结果后 无。那种撞论击模式, 在壳较地薄时期 的 ,都有一定 数量的星撞子了进壳之地的下液层 态 ,态固子星 在地内部的存球是在地运动壳决的因定 , 素才这是究 聚研集式的目模。的
聚2集模式太阳
形系之成初, 旋 的转气团呈同心云园模分式布 , 在离力心作的下用, 密将较大的物质度( %)5分 离至 心地中带外以[2] 。分被出来离物的是形成太质系阳 行的基础物星。质根据 太阳各行星的形系成果来看结, 地的物球质 密度为最 大 5(51.6g/ mc3 。 形)成种结果这有两种可能 : 一太阳是气系云团期的早旋速转差造成度; 二 是球 地公带就转原始是阳系太边的 ,界地外 行由外星物来质形成 。形地成球的质 物 聚,集前布分在转公道轨的上宽度为 8 20×010 k4, 长m为 度9.4 1×0 8mk .转轨公道上的 物质向心力在方向上引力于离心等力, 物质 之的作 用间为零力 轨道方向上。物质之的的间力根据万引有 引定律 力, 可用下表式达:
3热源分析
地的热源有球 4种 太:阳热、能压力热能 、击热撞 能放和性热能。太射热阳和压能力热影能较小 响,可 以忽略计不。在地内球部作的热用能主是后要两种 地。内球部总热源的能可量表达为
Q=ZQ+F,Q式
——中; Q— 地总热能球—— ; QZ撞击热能— — QF——射放性能热。
(3
撞击热能与)击物撞的量质和度速相关 ,地球形 成的早期 ( 在融期熔结晶期和) , 部分大子星撞击动的能 转化热为能进入地球部。其内达表为
2 式, ZQ 1 =ZmvZ2
FG=0mZmr/,2
式 中——; F 引力—— — ;—G力常数引—— ; m—0原始地球质量—— ;Zm—击物撞质体 —— r—量初始距离。
( 1
) ()4
式
中
——; mZ —撞击物的质 量— —Zv撞—击物速度。的 射放热能性地球放射与物质性的质量时间相和
当引力
于离心力时等, 星子的
产生( 滚球雪) 能只 是沿着公轨转方向道行。星子进生产 后 ,在公轨道 转分布上多串着链珠式的子。星星子首先是沿 着转轨 公方向进行碰撞道 , 当星的子质足够量大 时 ,星间的子 力引于太大阳引和力旋的转心离时力, 在垂直公轨转道方向 开始撞碰撞击。时可间用下式算 计: 当r= ,0
关时 放,射性素在一元时定间内产所的生热能是个定 一量。其表式达为
FQE=Δ=mc 2,Δ m =Fm- 0m1F,m 1F=F0
m式中
(5)
1 , "
2#
/T
tt= !rπ/ G8m ,
030
(2)
中
式— ; ——t撞击时 间—— ;r 0两—体初物距始离m >0mZ,> Z m以忽略可不计 上式的计算。决取于两体初物距离始质及量 ,不同
值计算结取果异差较大。笔曾提者了出5 个阶 段( 聚 合、熔 融、结晶、 撞 和胀成型) 期的击量撞和形成模式[]2,
—— ;E 能量 ———; m—损耗Δ的量质 ——; —光速c — ;—mF1—地 球射性物放质现质的量 ——; Fm—0地球射性放物的质原始质量—— ;t —间时— —T —周期。 球内地部总的热能大地于球内部体物固熔质化
第2 8卷
3第
期道胡 , 等雄 :地球 起源地与运动初壳探 二)
3(59 ・
所需・的能热, 剩余能辐热到宇射之中 ,宙地 才能壳 成。形球内部固体物地质化熔需所热能可的表为达( rmΔQ b= t)+Qs ,式中 —— ;—地球内部固b体质物比热的容— —; m—熔r固化体质的质物 量— ;—Δ t温—度的增 ——量( 地 的球射热辐)能 。 sQ剩—热能 在地球余化演过的中 程,体 热比最的大期是熔时融 期。随着 球表面积增大 , 热辐地射散失量增 , 大热体比下降 ,地壳开形始成。地壳 是球热地变效应产物的。即地球 能的作用热 与壳地的长生呈对应系。关 在撞胀受期击星子的影撞 响, 热主能熔要化击星子撞, 热能对 地壳作的用( 热变 应效)及 地壳的生长度都速偏了正离的趋常势 线 ( (图 )
6基是相本等的 ,可认以为: 态 变的总量增等于质物总的 排放。量成型期物 总的排放质就量是陆、 壳壳洋 部、分 和水大之和气 , 其中于大三分二之洋的已壳俯经 冲( V) p用可式表 下至壳陆之下, 成 型期质总的物排放 达量
:P=VL+VV+VY+Wa,
V中式
(
)
—8— ;V—P球排地放物总质体积 — — V;L陆—壳体积—— ;V—洋壳Y积体—— ( 分) 部 VW;—的体水 —积 ( 部—) 。分V a—大气的缩压体积上 式中陆壳厚取 3度5 m, k壳厚度洋 取12
km,加
上水
和大气的体积 , 算推地球物的排质放量大总约
为2)
。
温度
60 ×11 08k m.3当 排放 物 质 总 ( 量VP)等 于 态 变增 量 Δ V) ( , 成型时地期球态的变量增约为大 61×01 8 k0m. 3根据上 式 ,型期成地球内固体星子的体积 ( V部g 可用
)下式计算:
地生壳曲线长 击星子撞响区影
V=gΔV/B.
( 9
上)式算计明 , 进表入成期型球地内固体部星体子
超生长前地壳 热效变应线
曲
(g)V 总 量 还有 6105× 积 01 8k3, m占地 球总 积体 1%5. 正是 这 156× 1080 k3m的 体星子通过固态使变球体地变。
35
-(现 ) 今 0 t (时 间) , 0 a1
8图
2 壳热变地效应示意
热
变应的效波 动 造,成壳超前生地长, 超前生长 的地又壳成为后期壳地运的态变动物质。
5体变析
地分球积体增的长减和少为称地球积体变。化 地球体积的增长( 膨胀) 两种方有式 : 集增聚长 和态变长增 聚。集增经历了长 5个时期 ( 聚集 、 熔融 结晶、、撞 胀 成和期) 型聚。集增长对壳运地的动响主要是影 结在晶和撞胀期期的期 , 早量大的子星小行和星撞地 进球内部, 地体球积速迅增。 长变增长经态了历 4 个时期( 熔、融 结、 晶胀和撞成 型期 )态变增。对地长壳运的动影响前在 3 个期时 地球的快被成长所速盖 ,掩 到成型期才了分表充现出 来 。球地体的减少 ( 收缩)积 有一种只方 : 式内物体 排放质。 体内物质排经放了历3 个期 时( 晶、 结撞胀和成 型)期。 地在球的快速长成被期盖 , 成掩期型才下痕留 。体迹内质排物放溢流、有火 喷山、 洋发扩张、壳 岩浆 侵入、地壳增 、 生热液发和喷气等排 前 6 种。以态变是方式 少减地体球积, 排气 为离分方。式 根据球地型成期内固部体子总星量态变和量 ,增可以推 算出地在球型成期体积的增长量和减少。 量 地对球而言, 变态量在地增壳之下地球体就积长 ,增 态变 增量地在之壳上球地积体减就。少 地体积球的增加
4态变析
分态是指物质存变在态形的变改 。一般固态物质 变( 水外)除 ,液 变态态体 固为态液物其质积体都增会 积会减加少。 体增积加部分为量增, 减 少部分为减。量 体积加增少多为称体系胀。 数地内部球体星固熔子化液成态, 态变其增与量体 系胀数关相 。根构据地成球物质的分成、比 、例分 量 子和线系胀进行数算 计 ,球物地在质1 5 0 0时综℃合 体系数胀为约 0.079. 变增态的计量算用可式下表 达
:
VΔV=gB
,式 —中 ; —
ΔV—变态量增— — (态变 量 ;) g—V体星固的体子 积— B——球地物的质综合体系数。胀
(
7
)式中上无知法进入道球内部固体星地子的体积( g) V, 有先只出求态变增量( Δ V 才)求出态变能 量(Vg ) 。型成以期的前变态被量 撞胀 期 的 流 熔 蚀溢掩 盖 , 球总的态地变已经量无分析法。 型成期的态量变可以据根变态量来计增算 ,态变 量是增地球体变大的决积因素定, 而 质物排量是地 放体积变小球的定决素 ,因地球 积体大变或小变总量的
936 ・ ・
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疆石
油
地
质
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年或
减只少态变是增量变改了分布的间空 地。体球积增长 量于等态变增量, 球体积减地量少于大变增量态。随 着壳地厚增 ,球总地积变小体 地。球的体变现表在垂和直平水两方个。 向垂直方向 地球是径半变化的 ,平方水是洋向壳扩张的与 俯冲。根据成型 态期变增量 (1 0× 61 0k )m 可以推算出在
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b 的
系式关 :
a r = b. - hr
根据
式上可算某一计部构造局在地球收体时缩 支撑力为(零 的最大)压力挤及强。
&压 .当定 设a 和 h值后 ,根据 (1 0) 式可算P 计& F=, P S S=ah
,式中 (11)( 2)1
成型期地球半的径均增长速度平为2 mm1/0a0, 球地半 的平径减均速小为 2.1度mm/ 10a;0洋壳 的扩张 度速约 为23× 01 m24/a 洋壳的,俯冲速度与洋壳扩张的 度相近 速,消 失洋壳的积面大为 约.58× 180k m. 3球正 地是这在个均体变速平下度动着驱地壳动运 。球体地的变积化不对称周呈性波期动, 长期大 于减小增期, 地 球体积的变化度速表现为缓快减 增 地; 球积变体化表还现球面的出变形特征 ,变的主要受体 力 带(扩 张带俯与带) 均为冲形构弧带造之辅剪以切带。倍
。& 平均—压强— —; P —— —侧S面积 & 。8.=3 (× 8.× 3算计得: P104Pa M10 6/Nm2)
c强压 850为00 0 gkc/m, 2是花岗岩破裂压的力 40 0如在强大此的压力 , 下任岩石都何被会压得粉
碎 , 地运动的壳驱力是如此动大 , 地壳运动的一切巨结 都果是正现象常 。述计算上果是结在指整完地的前提下 壳 但,地 是壳地球体变的过程在已经中形成力了的释格局。放 底海扩带和洋壳俯冲带是张地体变的球要主力带 受,大 部分的 挤压力洋在壳俯冲带放 ,释 陆壳上构造的现 象只地球体变过程是派中生力的果。结地壳 运动是地就体球变 ,原动就力是球在体积 地变化过中程加施地壳的给张力和挤
压
力。
运动力6析
地分球积增大引体发力 , 张结果是生洋产壳、大 陆张裂和 正层等断 ;地体积球减少发挤压力引, 结是 产生洋壳俯冲果 、逆断、 层地沉盆降造山运动和。等 地的壳张力与地内球的部压、 态变力量和地的 壳份成相 关 因为,有壳洋扩的 张, 壳的张地力难计算较 地壳的挤压力。可下用式表 :
达2 ag b = Frρ 2 2 -)] 2- - 2 [ b( -rh )cos θ6 a a ( rcso θ2 式中 r2—地球平均半 径— — —;地壳均平密 —— ;度ρ — —; g 重力—速加 度—— ; a地表边长 ———; h —厚度
$#
!"
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1(0)! "%
2
参文献考: [ 1
][ 2 胡]道 雄 地. 球 起 源与地 壳 动运 初探( )[ 一] . 新J 石疆 地 质 ,油 2070, 28 ( 5 ): 65-0 536 . [ ]M 沈. 良照 黄, 润 , 乾.译 uRolfdKipp nhean.h千 亿 个太 阳 长沙 : 湖 科学南术出版技社, 9916.
的关系
: θ
式
inθ =as ;2
crsθ = o4r - a# r
2
22
rPe imilnra yppAr ach ootthe ar th Or Eginiand Cr u tsMo vemnte( aPr tI)
IH DaU-oxing,o UH iaoX-tin
(1aK.ramaay oggLin gEgineenirg Cnmoanyp,P ertCohian, aKamry, aXiniangj834 000,C ihna;2 I.sntiutt eof Tchenology, inaJ nniverUsit, yinJna ,Sahndno g500222 ,hCna)i bAsrt ca:tT h erotp-oinekticme hancsmi fo rusctmov eemtn,a c usrtla obyd efdroatmin,o is dicusssd.e Iti sch racaertzied y bhe terth tahemra elnvironemn tasa ocdiniotn so,ld itase mtaerita ldfoemrtiaona s afuodnatoi ni nte fhorm fomass de ormftion aadn msa stansroptr a,dnf iallny rseulet indcrust m oemvnt ehroutgh he tovluem hcagnseo fhet eatr.h Tis hpape rdsciusse shtesh
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