Orígenes históricos, antecedentes científicos y proceso de desarrollo de la teoría geomecánica.
Figura 1-1 Sistema tectónico global y movimiento de la corteza terrestre. dirección
(Según Li Siguang, 1973)
Figura 1-1 Sistema tectónico global y la dirección del movimiento de la corteza terrestre
(Según J.S. Lee, 1973)
Hablando de geomecánica La formación y el desarrollo de la geología no pueden sino remontarse al desarrollo de la geología mundial, especialmente la geología estructural y la geotectónica, desde principios del siglo XX hasta la década de 1920. Es a partir de estas narrativas que podemos ver algunos de los antecedentes históricos de la formación de la teoría geomecánica.
En 1908, el geólogo estadounidense F.C. Taylor propuso la idea de que "los continentes gigantes se deslizaron hacia el ecuador a gran escala, formando así montañas plegadas" (discutida en 1910). Creía que la formación de las Montañas Terciarias del continente asiático se debía a la fuerza centrífuga generada por la rotación de la Tierra, que provocaba que los continentes del hemisferio norte se deslizaran hacia el sur y los continentes del hemisferio sur se deslizaran hacia el norte. Mientras se deslizaba, se encontró con un obstáculo que formó una cima abultada en la montaña. Describió la Lauea original como una capa continental de sílice-alúmina que se expandía desde el polo hasta el ecuador, formando un anillo que fluía hacia afuera, con anillos de montañas y arcos de islas formándose al frente. El período comprendido entre los años 1010 y 1920 fue la época en la que se propuso y se hizo popular la deriva continental. Wegener (1915) creía que los continentes estaban compuestos por una capa ligera y rígida de silicio y aluminio que flotaba sobre el pesado y viscoso fondo del océano de silicio y magnesio. La fuerza centrífuga generada por la rotación de la Tierra impulsó a los continentes a desplazarse desde latitudes altas a latitudes bajas. el ecuador. Al mismo tiempo, creía que la deriva hacia el oeste era causada por la fricción de las mareas causada por la atracción gravitacional del Sol y la Luna, que desaceleraba la velocidad de rotación de la Tierra en relación con la Tierra. Cuando el frente continental en movimiento encuentra la resistencia del fondo del océano, se comprime para formar montañas plegadas, que es como se forman las montañas costeras de los Estados Unidos [6].
La teoría de la deriva continental defiende la existencia de un movimiento horizontal a gran escala, mientras que la teoría de la fijación sólo reconoce un movimiento vertical relativamente fijo en un lugar determinado. Evidentemente, Li Siguang es un activista. Desde los primeros trabajos de Li Siguang y la formación y desarrollo del pensamiento científico de Li Siguang, podemos ver la importante influencia de la ciencia geológica mundial sobre él durante este período, y también podemos ver algunas ideas teóricas de la geotectónica durante este período, especialmente la teoría de deriva continental. , más tarde se convirtió en una importante fuente histórica de la teoría geomecánica.
La geología estructural (tectónica) ha estudiado históricamente las estructuras geológicas desde dos aspectos: la composición del material (es decir, la construcción) y la estructura (es decir, la deformación). Los resultados de investigaciones anteriores en estos dos aspectos se han convertido naturalmente en una fuente de fundamentos teóricos y métodos de investigación de la geomecánica. Sin embargo, cabe decir que la geomecánica hereda los resultados de la investigación y los métodos de deformación estructural en la geología estructural tradicional, pero abandona su teoría morfológica pura y fortalece el estudio de las relaciones genéticas y las propiedades mecánicas de las estructuras geológicas.
Cuando Li Siguang resumió la formación y el desarrollo de la geomecánica, creía que la geomecánica se desarrolló en dos etapas. Para expresar correctamente su comprensión, intentamos citar aquí su texto original [7]:
La primera etapa se inició en 1921 con el estudio de la sedimentación Carbonífero-Pérmico en el norte de China. Ha habido un largo debate sobre la edad de la Escuela Taiyuan. La investigación sobre paleontología estratigráfica realizada por Li Siguang y otros ha demostrado que el Carbonífero Tardío y parte de los estratos marinos de transición del Carbonífero al Pérmico en el sur de China son productos contemporáneos del Sistema Taiyuan en el norte de China. Son principalmente continentales y tienen varios marinos. estratos.
Después de obtener el resultado de esta investigación, la pregunta que me hice fue: ¿Por qué había tantas diferencias entre el norte y el sur en esa época? Esta cuestión involucra la ondulación local del continente y la ondulación general de la superficie del mar en ese momento, así como la posibilidad de diferentes movimientos de la superficie del mar en latitudes altas y bajas.
Esto se debe a que, después de décadas de exploración, la geomecánica finalmente ha aclarado sus objetivos y tareas de investigación, y tiene sus propias ideas de investigación y métodos y pasos de resolución de problemas únicos. "Por ejemplo, al resolver problemas de deformación, la geomecánica ha propuesto una serie de principios metodológicos que son diferentes de la geología estructural y la geotectónica tradicionales. Los más importantes son la detección de diversas estructuras de deformación, el método de restauración estructural mediante el despegue de capas nuevas y viejas, Es diferente del método de análisis de la capa tectónica.
De la explicación anterior de Li Siguang sobre el proceso de formación de la geomecánica, podemos ver claramente cómo la geomecánica se desarrolló de acuerdo con las ideas y prácticas científicas de su fundador. No es suficiente discutir la geomecánica solo desde este aspecto, ni puede explicar científicamente por qué la geomecánica nació en la década de 1940 en China. El autor de este libro cree que la geomecánica nació en China en la década de 1940 con tres antecedentes sociales y científicos: ①. El proceso histórico de transformación de la geología internacional desde la geología tradicional a la geología moderna requirió geología (geología estructural) combinada con la mecánica para crear una nueva disciplina marginal (2) El debate internacional entre la teoría de la fijación y la teoría de la actividad, especialmente; la teoría de la deriva continental, abrió el preludio a la comprensión del movimiento horizontal a gran escala y requirió la solución del mecanismo mecánico del movimiento horizontal a gran escala (3) Dado que la geología estructural es una disciplina regional, tal como lo han sido América del Norte y Rusia; La ciudad natal de geosinclinales y plataformas debido a sus geosinclinales y plataformas bien desarrolladas, las estructuras regionales locales de China han desarrollado muchas mejoras. Los tipos estructurales y los sistemas estructurales son muy propicios para el establecimiento del sistema científico geomecánico. Es el contexto geográfico regional del. La era y la sociedad científica mencionadas anteriormente, junto con los profundos conocimientos científicos de Li Siguang en geología, mecánica, matemáticas, física, etc., hacen de China una ciudad natal de la geomecánica, Li Siguang se convirtió en el fundador de la geomecánica. >Este libro es un estudio comparativo de la geomecánica y la tectónica de placas. Además de comprender sus orígenes históricos, procesos de formación y antecedentes científicos y sociales, también necesitamos comprender sus respectivas ventajas y características. en las condiciones tecnológicas y el entorno social donde nacieron.
Desde la perspectiva del sistema teórico de la geomecánica, son únicos aunque el mecanismo por el cual la velocidad de rotación de la Tierra provoca el movimiento de la corteza terrestre a través de cambios en el momento angular. Es necesario demostrar más la transformación en la teoría de la válvula del automóvil continental de Li Siguang, aunque la fuerza centrífuga y la fuerza tangencial horizontal generadas por la rotación de la Tierra son suficientes para comprender los sistemas tectónicos zonales y meridionales. Se ha cuestionado la conexión entre la corteza terrestre. El movimiento y el movimiento general de la Tierra y sus cambios (antes se ha relacionado con la rotación de la Tierra, y el progreso innovador de Li Siguang radica en la conexión con los cambios históricos de la rotación de la Tierra) comenzó con Li Siguang
<. p>Así como Ma Zongjin señaló que el cambio de la rotación de la Tierra es uno de los factores principales y básicos de los factores dinámicos de la Tierra. Hasta ahora, nadie ha estudiado de manera integral y sistemática el efecto dinámico de la rotación de la Tierra sobre la corteza terrestre. movimiento y formó una teoría como Li Siguang [4]. Esta es la ventaja teórica de la teoría de Li Siguang. Para ilustrar este punto, tenemos que citar teorías más relevantes en el artículo original de Li Siguang. La dinámica de la rotación de la Tierra se basa en la direccionalidad del sistema tectónico gigante global, es decir, el sistema tectónico zonal, el sistema tectónico meridional y el sistema tectónico torsional (este último se considera una variación de los dos primeros debido al movimiento desequilibrado). . Li Siguang señaló: ... en muchos lugares de la corteza terrestre, en las capas superior e inferior de la corteza terrestre, aunque tienen características regionales y muestran diferentes modos de movimiento, en última instancia, sus direcciones generales son las mismas. . En otras palabras, a juzgar por la distribución y disposición de los sistemas tectónicos, la dirección del movimiento de la corteza regional es consistente con la dirección general del movimiento de la corteza general, es decir, dislocación horizontal meridional o dislocación horizontal latitudinal. Las dislocaciones horizontales meridionales tienden a empujar los materiales de la corteza superior desde latitudes altas a latitudes bajas; las dislocaciones horizontales latitudinales tienden a dividir el continente en direcciones este y oeste, provocando una torsión relativa de los continentes norte y sur y la extrusión del borde occidental del continente; . presión para formar áreas montañosas plegadas [5].¿Por qué el material de los continentes tiende a desplazarse hacia latitudes más bajas? ¿Por qué el sur de Asia se mueve horizontalmente hacia el Océano Índico? ¿Por qué el continente africano se mueve horizontalmente hacia el oeste en relación con Eurasia? ¿Por qué los continentes de América del Sur y del Norte están desplazados horizontalmente en el Océano Pacífico, y el continente de América del Norte está más desplazado que el continente de América del Sur? ¿Por qué la parte occidental del fondo del Océano Pacífico, especialmente su parte norte, está encajada profundamente en el continente asiático? ¿Por qué las fallas planas se desarrollan especialmente en latitudes bajas, especialmente en la corteza inferior y en el fondo del Océano Pacífico? ¿Por qué la estructura de la corteza superior es más compleja que la de la corteza inferior en muchas áreas? Muchos de estos problemas están relacionados con las propiedades de las capas superior e inferior de la corteza terrestre y las condiciones en las que existen (principalmente presión y temperatura). El factor decisivo más importante es la fuerza impulsora que impulsa el movimiento de la corteza terrestre. .
¿Qué fuerza impulsa el movimiento de la corteza terrestre de la manera anterior? El requisito adecuado para el modelo de movimiento de la corteza terrestre antes mencionado parece ser sólo una fuerza, es decir, la fuerza centrífuga de la rotación de la Tierra bajo el control de la gravedad [5]. Pero para encontrar la raíz de las leyes básicas antes mencionadas, debemos tener en cuenta que una cosa es determinar el movimiento de la corteza terrestre y otra cosa es hacer posible que todas las partes de la corteza terrestre inicien movimientos horizontales periódicos. movimientos y movimientos verticales que los acompañan. Estos dos aspectos deben considerarse simultáneamente, para no caer en una búsqueda unilateral de respuestas a las preguntas. Si los movimientos tectónicos este-oeste y norte-sur antes mencionados simplemente se originan por la rotación de la Tierra, entonces, durante los miles de millones de años de rotación de la Tierra, para cumplir con los requisitos del campo de fuerza resultante fijo de la gravedad y la fuerza centrífuga, su La forma y la estructura interna de la superficie deberían. Habiendo alcanzado un estado de equilibrio, los movimientos de la corteza terrestre a gran escala no comenzarán ni se detendrán, ni se moverán en las dos direcciones anteriores después del Terciario o incluso del Cuaternario. De este modo, cuando hablamos de los factores que determinan la dirección del movimiento de la corteza terrestre, lo que tenemos que considerar no es la rotación de la Tierra, sino el cambio en la velocidad de rotación de la Tierra [5].
Li Siguang escribió entonces: Cuando la velocidad angular de la Tierra aumenta hasta cierta intensidad, la corteza terrestre, especialmente su capa superior, sufrirá estructuras a gran escala a lo largo de ciertas latitudes y longitudes bajo la condición de superficie isotérmica. Levantarse. Ejercicio, principalmente apretando o estirando. Al mismo tiempo, se produce una distorsión horizontal en áreas individuales. La principal tendencia general de estos movimientos es aumentar ligeramente la planitud de la corteza terrestre y adaptar la forma de la Tierra a su mayor velocidad de rotación. Una vez que estos movimientos tectónicos a gran escala no puedan seguir el ritmo de la porción continental que se acelera hacia el este con el basamento, es inevitable un ligero tambaleo general hacia el oeste. Por ejemplo, América del Sur y del Norte podrían ser masas continentales de este tipo. Pueden ocurrir pliegues o depresiones a gran escala en los bordes occidentales de América del Norte y del Sur cuando el fondo oceánico relativamente duro y plano compuesto de rocas máficas les impide deslizarse hacia el oeste. Es probable que los sinclinales cordilleranos y andinos y las montañas plegadas que pasan por estos dos sinclinales se hayan formado por esta acción. Debido a que este movimiento se ve obstaculizado y rozado frente a algunos basamentos continentales que tienden a tambalearse hacia el oeste, y debido al impacto de intrusiones o salidas a gran escala de magma pesado hacia la superficie de la Tierra y al metamorfismo regional a gran escala, y porque los teóricos de las mareas creen que este impacto es grande Las partes son "elásticas", por lo que la velocidad angular de la Tierra disminuye ligeramente. Debido a la desaceleración de la velocidad angular, pueden ocurrir movimientos tectónicos similares a los descritos anteriormente pero en la dirección opuesta. De esta manera, podemos hacer una inferencia simple: antes del movimiento tectónico global a gran escala, la velocidad angular de la Tierra debería aumentar gradualmente durante un período de tiempo, durante y después del movimiento tectónico a gran escala, su velocidad angular aumentará significativamente. disminuye y continúa disminuyendo hasta que su velocidad angular aumenta nuevamente. Algunos creen que la electricidad producida de esta manera no sería suficiente para elevar cadenas montañosas como el Himalaya, las Montañas Rocosas y los Andes a las alturas que han alcanzado. Esto confunde dos tipos de orogenia. El empuje horizontal simplemente arruga o pliega la corteza. En cuanto al fenómeno de los cinturones plegados que se elevan hacia las zonas montañosas, es un resultado inevitable del efecto de equilibrio relacionado con la gravedad. .....Basado en el punto de vista anterior, podemos decir que el movimiento tectónico de la corteza terrestre es un mecanismo automático que controla la velocidad de rotación de la tierra...[5].
El segundo La ventaja del pensamiento académico de Li Siguang es que capturó la esencia de la formación geológica, su naturaleza mecánica.
Por ejemplo, el análisis estructural de Ma Xingyuan y Suo Shutian, los minerales de estrés de Wang Jiayin y Liu Ruixun, la investigación de Tan Zhongfu, Xiong Chengyun y Tang Jifang sobre sistemas estructurales compuestos y estructuras de control de minerales, el campo de estrés tectónico y la estructura regional de Shen Shumin y Ning Chongzhi. investigación experimental de simulación, la división de zonas estructurales de fallas y geoquímica estructural de Sun Yan, la diagénesis y mineralización dinámica de Yang Kaiqing y Dong Shuwen y el ajuste de materiales de la corteza, etc. Los sistemas estructurales y las secuencias estructurales de Wu y Qin Mutao controlan los depósitos y cuerpos minerales de los cinturones de mineralización de uranio de tipo granito, las paleoestructuras de Cui y la paleomagnética de Ma Xinghua, la microestructura de Wang Xiaofeng y Liu Ruixun, las formaciones rocosas de rayos X de Jiang Guangxi y la estructura y Dinámica de la Tierra. , Chen Qingxuan, Sun Ye, estudian los sistemas tectónicos activos, el campo de tensión tectónica actual de las islas de seguridad, la evaluación de la estabilidad regional y la predicción estructural, la predicción de desastres geológicos, Wang, Qian, Qian estudian los efectos dinámicos de la rotación de la Tierra, etc. (Estos resultados de investigación han sido publicados en forma de monografías o artículos académicos en revistas como "Geomechanics", "Geomechanics Research", "Geology Mechanics Collected Works", "Journal of Geology Mechanics".
Allí También se presta especial atención a las ventajas de la geomecánica en campos prácticos estrechamente relacionados con la vida de las personas, como la construcción económica nacional, la protección del medio ambiente y la prevención de desastres geológicos. La geomecánica se centra en el estudio de deformaciones estructurales específicas, tipos estructurales y distribución de estructuras. sistemas, y sus leyes de formación y desarrollo. La distribución espacial y temporal de los minerales, la estabilidad de los cimientos de ingeniería, la distribución de las aguas subterráneas, los peligros geológicos, etc., son de importancia fundamental. Por lo tanto, un estudio sistemático de los sistemas estructurales y los tipos estructurales no. Solo tiene una importancia teórica importante para el estudio del movimiento de la corteza terrestre, pero también guía la práctica de producción. También tiene una importancia práctica importante. Más importante aún, es altamente operable en el trabajo práctico y muchos informes de estudios geológicos aún registran una gran cantidad de resultados de trabajo. por la geomecánica. Esta es una prueba de la fuerte vitalidad de la mecánica. Por lo tanto, los trabajadores de la geomecánica no deben desanimarse porque no hay mucha gente que crea en la teoría de la geomecánica clásica, en última instancia, depende de si una ciencia puede mantenerse firme. y continuar desarrollándose. ¿Qué problemas científicos puede resolver el tema en teoría y qué beneficios puede aportar a la construcción económica nacional, la protección del medio ambiente y la seguridad de la vida y la propiedad en la práctica? Datos sobre el desarrollo de la geomecánica clásica en China Hasta ahora, la geomecánica se ha convertido en geomecánica general o en un nuevo concepto de geomecánica, que tiene perspectivas extremadamente amplias tanto en el campo teórico como en el práctico, pero este no es el alcance de este libro.