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李四光的山字型构造理论


□ 徐继山

  李四光( 1889—1971)是世界著名地质学家、教育家和社会活动家,中国现代地球科学和地质工作的奠基人之一。马克思曾说:“任何一门科学只有充分利用了数学才能够达到完美的境界。”如果把数学和力学看做是地质学的基石,那么李四光先生最伟大的贡献便在于把科学基石和理性精神带人中国的地质学研究中,把中国地质学界的探索者引向臻美的境界。

  山字型构造理论是李四光地质力学体系的一部分,是对长期实践和思考的总结,同时也是对传统理论的创新与突破。上世纪20年代,李四光在莫斯科参加地质学会议期间曾与苏联专家讨论乌拉尔山脉的成因。当时“地槽一地台说”盛行,苏方专家认为乌拉尔山脉是一个南北地槽在返回阶段中转变而成的;李四光则认为该山脉是上古时期一次巨大的构造运动形成的,并提出这次运动不可能只形成一个孤立的乌拉尔山脉。李四光仔细察看苏联地质图时发现,在乌拉尔山之南有一座东西延伸、向南突出的巨大弧形山系,与南北走向的乌拉尔山组成了一个巨大的“山”字。这引起了李四光的深思:是地球自转速度加快,引起了地壳的广泛运动,进而产生了这种内部有联系的构造体系吗?为了验证这一想法,回国之后,李四光便着手实地考察。长期的实践和不断的思考碰撞出了智慧的火花,最终形成了山字型构造理论。

  山字型构造理论简介

  地质工作者认识地质现象是从地质构造开始的,地质构造是地壳运动在岩层和地块中留下的变形和位移的形迹,反映了某种方式的运动和构造应力场,如褶皱、断层、节理、岩溶和古风化壳等。需要指出的是,地壳运动往往是长期的和大尺度的,产生的构造往往也不是孤立的,而是相互联系的。山字型构造理论就是源于这样一个联系的观点,把一个区域中的褶皱(地层弯曲)、断层(地层断裂)、节理(岩石的自然裂隙)和隆起(地壳凸起)等地质构造有机地组合起来。具体来说,山字型构造主要由前弧、反射弧、脊柱和马蹄形盾地组成。

  前弧或正面弧经常是由若干个相互平行的挤压带(由挤压力造成的地质现象,如褶皱、断层等)为主干构成的弧形构造。前弧的形状很像一只展翅的鹰,进一步可以划分成东西两翼。

   前弧在结束处开始翻转,两翼趋于向外张开,并逐渐弯向与前弧相反的方向,继续伸展到弧形的两个终端,从而形成反射弧。反射弧与前弧并没有明显的分界线,但并不意味着该构造带从反射弧的一端到另一端都是连续的。

  在前弧凹下去的区域,也就是被前弧半包围的中间地带,经常有强烈的直线状隆起挤压带存在,形成脊柱部分。脊柱可能在隆起前经历过沉降(沉降接受沉积物质,为隆起提供了基础)的过程。脊柱也是由挤压带组成的,通常发育褶皱、挤压破裂带、片理和叶理等构造。

  脊柱与前弧之间是一个马蹄形的平缓地区或褶皱极为微弱的地带,在山字型构造的前弧曲度不大的部位,往往形成辽阔而平坦的马蹄形盾地。马蹄形盾地可能是由古老褶皱、断裂或其他构造形迹僵化了的部分组成的,也可能存在新的构造形迹。它们都不属于山字型构造体系,并不会对盾地的稳定性造成影响。

  以上为山字型构造理论体系的轮廓。李四光根据这一理论在宁镇山脉(位于江苏南京和镇江之间)相当于弧顶位置的南面,找到了南北走向的茅山山脉(位于江苏句容),从而使这一理论得到印证,并得出结论:山字型构造是地壳表面运动产生的,只要发现有南北走向的脊柱,就可以在它的东西方向找到一个大致为弧形的山系;反过来,只要发现了东西走向的弧形构造山系,便可以在弧顶找到南北走向的山脉——山字型构造的脊柱。

  山字型构造理论的阐释

  山字型构造理论具有构造性、对称性和方向性等特点。

  构造性山字型构造除了上述介绍的各组成部分外,有时在反射弧凹的部位还发生一些次级构造形迹,如旋卷构造(状若盘形蚊香),也具有重要的地质学意义。在马蹄形盾地的范围内,尤其是在马蹄形盾地的中部和离前弧不太远的部分,也会出现旋卷构造。反射弧凹一般是比较稳定的区域,其两侧也时常形成小型的马蹄形盾地。在前弧弧顶的前面(外侧),由于张裂作用甚强,有时可见花岗体露出地表或埋伏于地下较浅处。在反射弧的弧顶也有类似现象。南北走向的脊柱有时出现在已经受过东西向挤压的地带,包括走向南北的地向斜(地层向下弯曲)和地背斜(地层向上弯曲),有时因山字型构造脊柱已经产生,后来的构造运动便乘势发动东西向挤压,进而形成山字型构造脊柱与不属于山字型构造体系的南北向构造带复合的现象。单纯的南北向构造带往往穿过构造体系的前弧,彼此平行,散布范围颇广;而属于脊柱的南北向构造带绝不会穿过前弧,均密集分布在前弧后面中间地带。

  对称性概括说来,山字型构造除个别情况(如部分地区受到干扰或破坏)外,一般都以脊柱为轴,两边近对称排列,两翼为犄角,形成一个“山”字型整体,褶皱和断裂等各构成要素也按一定规律排列或互相穿插。这些排列规律对矿产分布有一定的控制作用,特别是前弧和反射弧弯曲度最大的部位,其附近可能出现矿床的富集带。由此可见,该理论对矿产勘探具有指导作用。例如,邢邯煤田(位于河北邢台和邯郸交界)内就分布着一个山字型构造,其前弧向东南凸出,脊柱呈东南一西北走向,这一发现对该煤田的勘探工作具有重要的指导意义,同时也丰富了山字型构造理论。

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摘自:大自然 2012年第01期  
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