浅谈岩石的地质特性及其演化

■张波

（新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队新疆乌鲁木齐830009）

浅谈岩石的地质特性及其演化

■张波

（新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队新疆乌鲁木齐830009）

简要论述岩石循环的地质作用，提出并讨论岩石地质本质性命题，侧重阐述岩石的物质性、结构性和赋存性，及其同地质演化的密切关系。通过对岩石本质性的认识，探讨岩石物理本属性，包括不均匀性、不连续性的成因及其同地质本质性的关系。在此基础上讨论岩石力学本构性研究中对介质力学属性的考虑。试图通过岩石地质本质性、物理本属性到力学本构性的讨论建立起岩石力学与地质学相互认识和深入结合的知识通道。

岩石力学 地质本质性 物理本属性 力学本构性

1　引言

岩石力学的研究对象是岩石。虽然研究目标是探讨岩石的力学性能及其工程行为，而且主要应用力学学科的原理和方法，但是岩石却同其他工程材料又有所不同，因而有其特殊性。岩石是自然造物，是在漫长的地质历史中，经历了多种地球动力作用才得以形成的，并由此获得其本质性。本文简要地论述了岩石循环的地质作用，提出并讨论了岩石地质本质性命题，侧重阐述了岩石的物质性、结构性和赋存性，及其同地质演化的密切关系。作为岩石力学研究对象的岩石，同其他工程建筑材料的不同之处就在于它的地质演化及所形成的地质本质性。

2　岩石力学与地质学的结合

2.1岩石力学与地质学的学科关系

岩石力学将力学理论作为学科发展的研究目标，而岩石则是岩石力学研究的对象。岩石是一种地质产物，也可称地质体。岩石力学属于应用基础学科，它的研究任务是以岩石工程建设为己任，也包括地质资源的开发工程。更广更深的力学、地质学，与工程学科的结合势在必行。因此，地质学必然成为岩石力学与岩石工程学科的支柱性基础学科之一。那么，岩石力学与岩石工程学科从地质学中究竟能有何得益，地质学在哪些领域对岩石力学与岩石工程学科的研究和发展可能做出贡献，这就是本文所试图回答的主要问题。从广义和实用的角度看，地质学同其他地球科学的分支有着密切的交叉，因而也含有与它们相关的研究内容。地质学的研究对象是地球，尤其是地壳，重点在于研究它的物质组成和结构，以及其形成、演化的地质动力作用和过程。地质学的核心研究思路是地质历史的时空重建，在层序和构造分析的基础上，地质学家采用了许多现代数理化科学和技术方法，从而使传统的地质学科步入现代科学行列。

2.2岩石力学与地质学结合的知识通道

岩石力学家大多认识到地质学是岩石力学的重要基础学科，在岩石力学的本构建模及岩石工程分析计算中试图尽可能地考虑岩石特性及地质条件，但是地质科学涵盖着大量分支学科，从何入手仍是很大的问题。地质学家也很热心于为岩石工程建设做出自己的贡献，然而难于确定适当的切入点和深入的方向。显然，构建一条地质学和岩石力学相互沟通的知识通道是必要的。事实上，岩石力学及土力学同地质学的结合从一开始就被认为是学科发展的要点之一。从地质科学来看，最基本的问题在于岩石力学研究中应该如何看待岩石。作为岩石力学研究对象和岩石工程所处的介质，岩石应区别于其他人工材料，那么它的特殊性何在，这就需要追究岩石的本质性，而从地质学趋向岩石力学的知识通道也就从此处进口。

3　岩石成因演化的地质作用

3.1岩石的全球旋回

地球上岩土是地壳物质，是地球演化的产物。某阶段的岩土物质可成为下阶段物质演化的起点。一阶段的稳态演变可经历漫长的地质时代，矿物组分逐渐变化。由一阶段物质转化为另种组分也常有很长的过渡期，形成过渡型矿物组分和不同的物态。对岩石的考察地质学家可追溯它的由来，然而更重要的是推测它的未来。岩浆岩和沉积岩在进入高温、高压条件下形成变质岩类，也属次生岩类。而已经形成的各类岩石在强烈的地壳运动中可能进入地壳深部，与岩浆产生混熔，形成新的岩浆源。岩石旋回的驱动力为地壳运动同地表物质运动的耦合作用，它表现为地壳隆升或仰冲，使岩浆上涌，产生岩浆岩，同时造成表层岩石剥蚀和运移的条件，形成沉积岩：而地壳的下沉或俯冲则可使地球表层被岩石卷入地壳深部，产生变质岩，甚至进入上地幔岩浆源区，进入浆源中。如此旋回不已，通过各类地质作用形成复杂而多样的岩石，造成岩石的多样性。

3.2成岩地质作用

岩石成岩作用和早期演化决定着岩石的物质组成和结构，也是奠定地壳物质基础的主要地质作用它包含了多种地质作用，并构成地壳演化的基本过程。成岩地质作用可分为三大类：岩浆活动、沉积作用和变质作用。岩浆从浆源流进地壳岩层后逐渐冷凝的过程为岩浆侵入活动，结果形成侵入岩浆岩。岩浆从浆源流经地壳岩层后达到地面，便出现火山活动，产生溢流或喷发，并相应形成火山岩系。溢流岩的成分主要取决于相应的岩浆，如酸性流纹岩、基性玄武岩等。喷发岩则常同地表沉积物混杂，形成火山沉积岩系。地球表层在陆地高处受大气、水和生物圈的作用，发生岩石的剥蚀，包括各类侵蚀作用，如风蚀、浪蚀、喀斯特化、潜蚀等。从母岩剥离出来的岩石在重力、水力、风力作用下搬运到异地堆积或水域中沉积下来，完成成土过程后，通过漫长的固结和胶结作用才形成沉积岩类，包括碎屑和化学沉积岩等。

3.3岩石演化的地质作用

岩石在形成后又经过长期的地质演化才构成现今在地壳表层所见的岩石岩石后期演化的地质作用主要可归纳为构造形变、蚀变和风化三大类，其作用主要是造成岩石结构和组成的改变，或称改造。在构造应力场中岩石产生构造形变，主要是结构的变化，同时也有矿物组成的改变，包括生成构造应力矿物，形成构造岩，包括断层岩等。岩石蚀变作用是岩石形成后在地壳一定深处受到深部流体，尤其是水热作用而产生的矿物组成的改变。

4　结论

岩石的地质本质性、物理本属性和力学本构性应该是岩石力学与工程研究的三大属性。这三者的知识贯通和共识必将导致岩石力学与工程研究的深化和总体水平的提升。岩石力学是一门多学科的交叉学科，各学科既有分工，也有合作。地质学家在岩石的地质本质性上要多下些功夫自是理所当然的，但是也需要对岩石的物理和力学属性上作些研究，以期更深入地理解岩石的力学侧面。

[1]王思敬.论岩石的地质本质性及其岩石力学演绎 [J].岩石力学与工程学报，2009，28（3）：433～450.

[2]王思敬.从工程地质观点探讨岩体力学属性 [J].地质科学，1966，1(1)：64～78.

[3]谷德振.岩体工程地质力学的基础 [M].北京：科学出版社；1979：1～290.

[4]王思敬,傅冰俊,杨志法.中国岩石力学与工程的世纪成就 [M].南京：河海大学出版社，2004：1 966.

F407.1[文献码]B

1000～405X（2016）～4～357～1