Question

动力地质作用的基本概念及控制因素

Answer 1

3.1.1 动力地质作用的基本概念

在人类生存和进行各种经济、工程活动的地壳表层，永无停息地进行着多种动力地质作用。这些作用或作用所形成的地质过程，对人类生存或工程经济活动造成重大影响，因此它是工程地质条件的主要构成因素，也是地质灾害学研究的重要对象。工程地质学中将这些动力地质作用通称为工程地质作用，包括自然产生的但可影响或危及工程活动的物理地质作用和人类工程活动引起的工程地质作用(张咸恭等，2000;图3.1.1)。

图3.1.1 动力地质作用分类(据张咸恭等，2000)

(1)物理地质作用

物理地质作用按其成因可分为内动力地质作用和外动力地质作用(张倬元，2004)。

内动力地质作用是由地球转动能、重力能和发射性元素蜕变的热能而产生的地质动力所引起的地质作用，它们主要在地球内部进行并波及地表，其表现方式包括构造运动、岩浆作用、变质作用等，其中以构造运动为主体，其他动力作用方式伴随地壳运动而产生。内动力地质作用造成地表起伏，构成大型地貌单元包括褶皱山系、隆起高原、陷落裂谷和海洋盆地等，向着增强地势差异的趋向发展。

与内动力地质作用相伴生的外动力地质作用则起源于以太阳辐射能为主的地球外部能，表现为岩石圈表层与大气圈、水圈、生物圈之间的相互作用，其作用方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩作用。这些作用都产生在地壳表层，既是塑造地表形态的主要营力，也是影响人类工程活动的主要动力地质作用，并往往发展为地质灾害，如泥石流暴发、崩塌滑坡的发生等。外动力地质作用不断改造地形地貌，构成小型次级地貌单元并趋向于削平内动力地质作用造成的地表起伏，向着减弱地势的趋向发展。水和风的作用是外动力作用下地表物质运动的重要驱动力。

(2)人类工程活动引起的工程地质作用

人类工程活动已成为地质灾害的主要诱发动力之一，它对地壳表层产生扰动，引起自然动态平衡的破坏，从而造成物质的运移和转化、结构松弛、物理参数改变、边界及赋存条件的变化，进而促使地质环境变化和地质灾害的发生。如边坡开挖引起边坡崩滑，超量开采地下水引起地面沉降和地面塌陷，不适当耕作和开挖引起水土流失和泥石流，修筑水库引起水库地震，大规模的城市建设引起城市直下型地震等等。人类工程活动是在人地界面上进行的，从地质作用的外延含义来讲，本书将人类工程活动引起的工程地质作用归为广义外动力地质作用的范畴。

3.1.2 动力地质作用的控制因素

(1)大地构造环境控制了内动力地质作用性质和强度

大陆上大地构造环境可分为:陆核或古老地盾、地台或地块、褶皱山系、大陆裂谷和大陆边缘。不同的大陆构造环境对应不同的内动力地质作用性质和强度。内动力地质作用最强的是大陆边缘，特别是活动大陆边缘和大陆裂谷，在活动大陆边缘由于洋壳向陆壳的俯冲，挤压褶皱、逆冲断裂、岩浆作用和地震作用都最为强烈;其次是不同时代的褶皱山系，其形成于古生代至新生代初期，褶皱造山时代愈新，固化愈弱，其内动力地质作用愈强;地台或地块因固化于前寒武纪，刚性较强，内动力地质作用较微弱;内动力地质作用最微弱的是固化最早的刚性陆核或地盾(刘国昌，1965;谷德振，1979)。

(2)自然地理环境控制外动力地质作用特性和强度

外动力地质作用形成于特定的自然地理环境中，又不断改造它，显然，其作用特性和强度也必然受自然地理环境所制约，并通过不同地带或区域性分异表现出来(刘国昌，1979;张咸恭，1979)。

a.气候分带对外动力地质作用的控制

太阳能在地表分布的不均造成了气温、气压、风向、湿度、降水等气候要素的地带性差异，形成了热带、亚热带、温带到寒带的气候纬度分异，进而产生了各带岩石风化作用的差异。在湿润热带，化学风化极强，到寒带则以物理风化为主。外营力也随气候分带而变化，在热带以至温带，营力是流水或海潮等水体，在极地营力则是冰雪。

b.干湿度地带分异对外动力地质作用的控制

在大气环流和水循环中，海洋是提供湿度的源泉，所以由大陆边缘向内陆中心，海洋提供的湿度逐渐减少，降水量因而随之减少，蒸化量则逐渐增大，于是气候也就由湿润、半湿润、半干旱转变为干旱，植被和岩石风化作用也有相应的变化，同时还引起外营力的变化。在海岸带主要营力是波浪和潮汐，在湿润半湿润带主要营力是地表流水，而在半干旱、干旱带重要营力则是风。

c.地貌的区域性变化对外动力地质作用的控制

区域性分布的高原、山地、丘陵、盆地、平原等地貌为地表综合体提供了基本格局，控制着水圈和大气圈对地表的作用，主要有两个方面:

1)气温随山体或高原的高度增加而迅速降低，垂直温度梯度可达5～6℃/km。气温的垂直变化造成外营力的变化，即由流水转变为冰雪，地貌形态、岩石风化作用、成壤作用、植被以及表层沉积物和物理地质现象也随之发生相应的变化。

2)地面形态对大气环流产生显著影响，加剧地面水热分布的不均一性，使气候类型更加多样化;同时，也必然对地表水循环起着重要的控制作用，对地表水系的形成和分布，河流水系的流向和长短，水系的侵蚀区、搬运区、沉积区分布有决定性的影响。源区及上游为强烈侵蚀区，多成高山峡谷地貌并伴有粗碎屑沉积物;中游区多为低山、丘陵宽谷地形，且多发育多级河流阶地，并发育有具二元结构的冲积物;河流下游或出口处进入平原，往往形成河口冲积扇平原及冲积平原。可见地面状态控制水的地质作用是非常显著的。

(3)内、外动力地质作用之间的相互影响

从内、外动力地质作用的空间组合关系来看，它们相互依存且相互制约，表现在:①从自然演化的过程来看，地壳内动力作用控制外动力作用，且内动力作用具有主导和先导性。如山地、平原的加速隆升，必然使得这一地带以强烈剥蚀作用为主，隆起愈强剥蚀愈强，如有地表水系，河流必然深切侵蚀。在裂谷或断陷盆地地带，外动力地质作用必然以堆积作用为主，下陷愈深堆积作用愈强。地壳隆升还促使了气候变化幅度的进一步加大，从而导致风化作用的进一步加强。②外动力地质作用在一定程度上影响内动力地质作用，如修筑水库引起水库地震，大规模的城市建设引起城市直下型地震等;新构造旋回的研究表明，气候变化是调整新构造运动速率的一个因素(彭建兵等，2001)，也反映了外动力地质作用对内动力作用的影响。随着人类在地壳表层的工程活动规模越来越大，由人类工程活动产生的外动力地质作用正逐渐对内动力地质作用产生越来越大的影响。

内、外动力地质作用旋回贯穿在整个岩石圈表层演化过程中(图3.1.2)，作为地壳表层岩(土)体演变方式的斜坡变形破坏体即是内、外动力综合作用的结果。