建筑工程技术在固体地球物理学领域研究的应用

兰进胜 齐乃娟

（1.济南市人防建筑设计研究院有限责任公司，山东济南 250000；2.山东建科建筑设计有限责任公司，山东济南 250000）

0.引言

纵观浩瀚地史，全球陆壳分合不断：聚合（聚集和融合）和裂解。其间出现过三个超大陆：哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆、潘基亚超大陆[1]194。潘基亚超大陆形成于约2.5亿年前的二叠纪末期[1]194，是时间上距离我们最近的超大陆。

超大陆均形成于赤道附近[1]145-146,193,238（可能与地球自转以及万有引力有关）；只有超大陆或次超大陆裂会发生裂解（可能因温度应力）；超大陆或次超大陆裂解均伴随着全球生物大灭绝，尤其是大型动物的重创[1]251,252,269,297（可能是因“陆壳膨裂”）。

结合冈瓦纳古陆的形成和裂解过程，本文认为，冈瓦纳古陆由东、西、北冈瓦纳3部分组成。东冈瓦纳包括非洲、马达加斯加、阿拉伯半岛、澳大利亚、南极洲、印度；西冈瓦纳即古南美洲；北冈瓦纳即古北美洲，不包括格陵兰岛（一般认为，冈瓦纳古陆不包括北美洲）。东冈瓦纳最先形成，也最先膨裂(大西洋“自南向北”[1]297开启，澳大利亚与南极洲先分离，之后非洲与南北美洲快速分离，参考论文图形[2])。

晚奥陶世，全球大多数的陆壳开始聚集，东、西冈瓦纳发生碰撞（陆壳融合）[1]193，引发大规模海侵、全球性冰川事件[1]176和奥陶纪生物大灭绝，地球从此步入志留纪。

志留纪末“陆壳融合”（陆壳碰撞），冈瓦纳的雏形初现[1]238，引发“志留纪末灭绝事件”(图2-31，S-D事件[1]45)，地球从此步入泥盆纪。陆壳撞击产生巨大热量，引发大规模水汽调节，早泥盆世，刚发生碰撞挤压的陆壳(冈瓦纳的雏形)之上，冰川形成又消失[1]201。

泥盆纪末大规模的“陆壳融合”(全球陆壳大规模碰撞)[1]238，引发海平面大规模升降[1]203和泥盆纪生物大灭绝，地球从此步入石炭纪。产生巨大热量，更大规模的水汽调节引发了晚石炭世至早二叠世长达50Ma的大规模冰川活动[1]201-203。冰川消融后的“晚二叠世和早、中三叠世”，全球大陆干旱广布[1]203,244;[5]175。二叠纪末，潘基亚超大陆形成，发生二叠纪生物大灭绝事件。

三叠纪末，潘基亚超大陆“陆壳膨裂”[2]，引发老阿尔卑斯运动和三叠纪生物大灭绝，大型爬行类动物遭重创，产生巨大热量，引发大规模水汽调节，地球从此步入侏罗纪。白垩纪时期，潘基亚超大陆一分为二，南半部分即为冈瓦纳古陆。

白垩纪末，冈瓦纳次超大陆“陆壳膨裂”[2]，引发新阿尔卑斯运动和白垩纪生物大灭绝，产生巨大热量，引发大规模水汽调节，地球从此步入古近纪（新生代）。“身高高”或“体型大”的陆地动物几乎全部灭绝，非鸟类恐龙灭绝。澳大利亚与南极洲、非洲与南北美洲、欧洲与格陵兰岛快速分裂，先后形成南大西洋、北大西洋和北冰洋[1]297，印度与非洲向北东快速漂移，喜马拉雅山系和阿尔卑斯山系由海洋崛起。至今，喜马拉雅山系和阿尔卑斯山系之上仍有冰川覆盖。

1.地球构造与火山熔岩成因

地球从外向内由地壳、地幔和地核三部分构成，地壳又分陆壳和洋壳，陆壳厚，洋壳薄，均由固态岩石构成，地幔上部有一圈软流层，地壳浮于其上。地壳一旦破裂，高温地幔物质就可能涌出，形成熔岩或火山。洋壳俯冲会增大软流层的压力，因此，绝大多数的火山、火山弧与洋壳俯冲有关。

2.陆壳、宇宙与冰壶（地壳运动的动力机制）

宇宙中的天体、漂移的陆壳、运动的冰壶，它们运动的动力来自哪里？

根据古地磁分析，印度北漂开始于白垩纪末期，印度的漂移速度越来越慢，且逆时针旋转，像一只“逆旋的冰壶”[1]111。对运动的冰壶受力分析，可发现：冰壶上并没有“正在作用的驱动力”，冰壶运动是因为惯性。

白垩纪末期，全球生物大灭绝，“身高高”或“体型大”的陆地动物几乎全部灭绝，非鸟类恐龙全部灭绝，但一些蚂蚁、蜘蛛、小型蜻蜓、蛇类、龟鳖类、鸭嘴兽、小型蜥蜴类、小型鳄类、鸟类、哺乳类(当时哺乳类普遍都很矮小)等侥幸逃过了大灭绝[1]252；新阿尔卑斯运动开始[1]194，澳大利亚与南极洲、非洲与南北美洲、欧洲与格陵兰岛快速分裂，先后形成南大西洋、北大西洋和北冰洋[1]297，印度与非洲向北东快速漂移，喜马拉雅山系和阿尔卑斯山系由海洋崛起。

从上述事件推测，陆壳很可能是膨裂的，即“陆壳膨裂”，可能是因温度应力；“陆壳聚集”是持续缓慢加速的，可能与地球自转以及万有引力有关。

地球自转产生指向赤道的离极力，万有引力引发潮汐力，二力（“聚合力”）对全球陆壳产生聚合（聚集和融合）作用，使全球陆壳在“赤道附近”聚合成超大陆（“陆壳聚合”，“陆壳聚集”和“陆壳融合”的统称）；温度应力会引发超大陆或次超大陆膨裂（“陆壳膨裂”）；造成“陆壳膨裂”的温度应力（“膨裂力”）是瞬间作用于陆壳的内力，“聚合力”是持续作用于陆壳的外力，“膨裂力”远大于“聚合力”。

“聚合力”很小，是一直存在的；“膨裂力”极大，是瞬间的。“膨裂力”可引发撕裂作用（例如大西洋的北段，戴维斯海峡、巴芬湾等[2]）。

“陆壳膨裂”，不含洋壳，不可以理解为地壳或地球的膨裂。

“现阶段的陆壳”没有“正在作用的驱动力”，“现阶段的陆壳”仍处于膨裂期（本文第6部分作解释），故“现阶段的陆壳”、宇宙中的天体、运动的冰壶并不存在“正在作用的驱动力”，动力都是在运动前就早已施加。它们在运动都是因为惯性，质量越大，惯性越大。陆壳的“膨裂力”、宇宙的“爆炸力”[3]、冰壶的“投掷力”均远大于它们运动的阻力，力不是维持物体运动的原因。现阶段的地壳运动主要是因冈瓦纳膨裂的惯性，与地幔对流无关。

3.陆壳的膨裂、聚集和融合

陆壳裂解是因膨裂(“陆壳膨裂”)，陆壳融合成超大陆，是因碰撞挤压(“陆壳融合”)。“陆壳膨裂”与“陆壳融合”时，陆壳漂移速度的峰值估计可达50m/s～100m/s，“陆壳膨裂”与“陆壳融合”均可在短时间内产生巨大热量。

“陆壳聚合”(聚集和融合)期间，并不是所有陆壳都一同“聚集”、一同“融合”，“陆壳聚合”是陆续的、不同步的。

在“陆壳融合”过程中，有洋壳不断被挤压成陆壳，因此，“陆壳融合”过程也是生物被迫由水生向陆生演化的过程。早古生代，海生无脊椎动物繁盛，奥陶纪末“陆壳聚合”开始，志留纪晚期，裸蕨类陆生植物出现；泥盆纪，鱼类繁盛，泥盆纪末，大规模“陆壳融合”开始；石炭纪与二叠纪，两栖类繁盛。二叠纪末“陆壳融合”结束；中生代，爬行类繁盛。

“陆壳聚合”引发海西运动，贯穿晚古生代的泥盆纪、石炭纪和二叠纪。“泥盆纪末期，海平面大规模升降，发生泥盆纪生物大灭绝事件；早石炭世，全球巨大海侵，晚石炭世，海洋的波动依旧频繁”；晚石炭世至早二叠世，全球气温显著降低，冰川形成；二叠纪末期，全球性持续海退，干旱气候带扩展，发生了地质史上最严重、规模最大、影响最深远的二叠纪生物大灭绝事件，潘基亚超大陆形成[1]202-208,237。

泥盆纪末期究竟发生了什么？结合“海西阶段全球古大陆的形成与演化图示”[1]238，基本可以确定：泥盆纪末期正是全球大规模“陆壳融合”（大规模碰撞）的开始。力（碰撞挤压）改变了物体（陆壳）的运动状态。

3.1 “陆壳膨裂”

“陆壳膨裂”，陆壳巨大内能转化为巨大动能，动能迅速达到峰值并快速减小，之后开始缓慢减小（速度越大阻力越大）。

“膨裂力”远大于“聚合力”，也远大于其他的漂移阻力。因此，在巨大惯性和漂移阻力（惯性力[4]258）的作用下，“陆壳膨裂”后的上亿年，陆壳将做减速运动（F膨阻=ma，即惯性力），例如印度[1]111。膨裂后的陆壳上并没有“正在作用的”驱动力，力不是维持物体运动的原因。

根据动量定理，冲量等于物体动量的增量，即Ft=Δmv，“巨大作用力”在“极短作用时间”引发“巨大的动量增量”。

“陆壳膨裂”将依次引发大灭绝、海侵、海退，全球气候以温暖潮湿为主。例如侏罗纪和新生代早期[1]244，[5]175。

3.2 “陆壳聚集”

陆壳聚集阶段[3]，“聚合力”成为陆壳运动的动力源，陆壳大致保持缓慢的加速运动（F聚=ma）。陆壳动能逐渐变大，例如志留纪和泥盆纪。

根据动量定理Ft=Δmv，“微小作用力”持续“数亿年”引发“巨大的动量增量”。

3.3 “陆壳融合”

陆壳融合阶段[3]，陆壳碰撞挤压（惯性力[4]258），漂移速度快速下降，之后开始缓慢下降（F融阻=ma，即惯性力），陆壳巨大动能转化为巨大内能和热能。力改变物体的运动状态，力可使物体发生形变。“陆壳融合”时陆壳间碰撞挤压，伴有熔岩喷溢，高温胶结使其熔合。

根据动量定理Ft=Δmv，“较短时间内”“动量大量减小”产生“巨大挤压力”；陆壳碰撞产生变形和摩擦，内能和内热增加，高温高压使陆壳熔合。（“较短时间内”：“陆壳融合”时，速度先快速减小，之后缓慢减小）

大规模的 “陆壳融合”将依次引发大灭绝和海侵（泥盆纪末期）、气温骤降（晚石炭世至早二叠世的大规模冰川活动）、海退、干旱气候带扩展、全球性的炎热干旱、严重的大灭绝、持久的大规模降雨、海侵、海退。例如泥盆纪末期至中三叠世[1]201-203,244；[5]167,175。

3.4 陆壳分合的“转折点”与大灭绝

陆壳运动遵循如下时序步骤：超大陆或次超大陆→A→陆壳离散→B→“陆壳聚合”→C→大规模“陆壳融合”→D→超大陆或次超大陆→A→陆壳离散→……[1]193,238,268,297

A、B、C、D为“大多数陆壳”的运动状态出现转变的“转折点”。“转折点”总是伴随着超大事件的发生，如地壳剧烈运动、海陆变迁、大规模地震、火山熔岩喷发、气候变迁、生物大灭绝等。

节点A，即是陆壳因温度应力出现的“陆壳膨裂”现象，如三叠纪末期、白垩纪末期。

节点B，“大多数陆壳”开始聚集，有“陆壳融合”现象出现，如奥陶纪末期。

节点C，是“大多数陆壳”运动出现减速的“转折点”，是大规模“陆壳融合”的开始，海洋开始出现大规模的波动,如泥盆纪末期。

节点D，是“陆壳融合”的结束，预示着超大陆的形成和更大灭绝事件的发生，如二叠纪末期。

即奥陶纪生物大灭绝（发生于约4.4亿年前，“陆壳聚集”“陆壳融合”，节点B）。

泥盆纪生物大灭绝（发生于约3.6亿年前，大规模“陆壳融合”的开始，节点C）。

二叠纪生物大灭绝（发生于约2.5亿年前，“陆壳融合”结束，节点D）。

三叠纪生物大灭绝（发生于约2.08亿年前，超大陆突发“陆壳膨裂”，节点A）。

白垩纪生物大灭绝（发生于约6600万年前，次超大陆突发“陆壳膨裂”，节点A）。

4.冈瓦纳的形成与膨裂

北美洲有明显向西北漂移的迹象（加勒比海、墨西哥湾、阿留申弧等），应该是“膨裂力”的作用。再结合冈瓦纳古陆的形成和裂解过程，本文认为，冈瓦纳古陆由东、西、北冈瓦纳三部分组成。东冈瓦纳包括非洲、马达加斯加、阿拉伯半岛、澳大利亚、南极洲、印度；西冈瓦纳即古南美洲；北冈瓦纳即古北美洲，不包括格陵兰岛（一般认为，冈瓦纳古陆不包括北美洲）。

4.1 冈瓦纳古陆的形成

奥陶世末，东、西冈瓦纳发生碰撞（陆壳融合）[1]193；志留纪末“陆壳融合”（陆壳碰撞），冈瓦纳的雏形初现[1]238；二叠纪末，潘基亚超大陆形成，此时称之为冈瓦纳是不准确的；三叠纪末，潘基亚超大陆“陆壳膨裂”，古地中海“自东向西”开启[2]，白垩纪时期，潘基亚超大陆分裂成南北两部分，南半部分即冈瓦纳古陆（参考论文图形[2]）。

4.2 冈瓦纳古陆的膨裂

东冈瓦纳最先形成，也最先膨裂。白垩纪末期，冈瓦纳古陆“陆壳膨裂”，大西洋“自南向北”快速开启[1]297，澳大利亚与南极洲先分离，之后非洲与南北美洲快速分离。可看出，陆壳在膨裂过程中，膨裂裂缝始终位于陆壳的中部区域，这与温度应力引发“陆壳膨裂”的猜想非常吻合。（参考论文图形[2]）

5.建筑工程技术的相关应用简述

建筑构造中涉及的温度应力、伸缩缝原理，可用于分析和研究陆壳裂解的原因；建筑抗震原理可分析和研究恐龙等物种灭绝的原因；陆壳运动可产生拉、压、弯、剪、扭等各种受力形式，可以用建筑工程技术中的结构力学、材料力学、理论力学来分析和研究地壳的受力状态、运动状态、应力分布、热量变化及形变等。

5.1 超大陆与露天建筑（“陆壳膨裂”）

温度应力，亦称“热应力”，由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，当伸缩受到限制时，结构或构件内部便会产生应力。结构或构件的体量（长、宽、厚）越大、刚度越大，伸缩越受限制，越容易产生较大的温度应力。

伸缩缝又称温度缝，建筑温度变化（热胀冷缩）会产生温度应力，可导致建筑结构产生裂缝或破坏，为防止这一现象发生在适当部位设置的构造缝。因建筑埋在地下的部分受温度的变化较小、温度应力较小，故伸缩缝通常仅在建筑的地上部分设置即可。无伸缩缝的露天建筑的体量（长、宽、厚）越大、刚度越大，越容易在温度应力作用下开裂。

洋壳如同地下的建筑，温度变化相对较小，且厚度较薄（体量小），不易因温度应力开裂。超大陆或次超大陆如同巨大的、未设置伸缩缝的露天建筑，易因温度应力膨裂；超大陆或次超大陆膨裂解体，相当于建筑设置了伸缩缝。

陆壳相比洋壳，体量更大（更厚）、刚度更大（更不易形变）、温度变化更明显（暴露在空气中）、温度的分层现象更明显（更厚）、伸缩受限制更明显（更厚），更容易产生较大温度应力。

三叠纪末期的“陆壳膨裂”，即三叠系/侏罗系事件[1]44，白垩纪末期的“陆壳膨裂”，即白垩系/古近系事件[1]44。中生代的这两次“陆壳膨裂”的裂缝均出现于陆壳的中部[2]（中部伸缩受限制更明显，更易产生较大温度应力），这与温度应力引发“陆壳膨裂”的猜测非常吻合。

5.2 陆壳与刚片（陆壳的“转动”）

陆壳主要为“水平运动”，故可将陆壳可看作一个个的刚片（平面刚体）。

一个刚片在平面内有3个自由度：上下移动、左右移动和“转动”。[6]18,19

刚片所受的合力和合力矩均为零，刚片将静止或做匀速直线运动；刚片所受的合力不为零，合力矩为零，刚片将做变速直线运动；刚片所受的合力与合力矩均不为零，刚片将做带旋转的移动；刚片所受的合力为零，合力矩不为零，刚片将原地转动。即，一旦陆壳所受合力矩不为零，陆壳就会转动。结论：在力矩或力偶矩的作用下，陆壳会发生“转动”。

5.3 约束与定轴转动（南美洲的定轴转动）

大体量陆壳的约束[6]19很强，约束部位可看作“铰支座”[6]5，陆壳可围绕“铰支座”转动；岛屿陆壳或洋壳的约束很弱。例如，在“膨裂力”作用下，南美洲（平面刚体）大致以其西北角（“铰支座”，受北美洲陆壳约束）为转轴，定轴转动[4]131。

5.4 转动与扭力

陆壳漂移或转动，通常是带动周边的洋壳一起漂移、转动。水平转动可产生水平扭力，转动阻力越大扭力越大。水平扭力可产生水平拉应力、水平压应力、弯力（可产生弯矩）、“受拉剪切应力”（可产生正断层）、“斜向下剪切应力”（可产生逆断层和俯冲）和水平剪切应力（可产生走滑断层）。

现如今，全球多数的地震与陆壳（南美洲、印度、澳大利亚）的扭转有关。

5.5 剪切破坏

水平拉力和水平压力均可产生斜截面剪切应力[7]16，形成正断层或逆断层；水平剪力可形成走滑断层（见图1）；洋壳在压力或扭力作用下会形成拱结构和俯冲（“斜向下剪切应力”）；水平扭力可产生3种剪切应力。

图1 地壳在水平压力、拉力、剪力下的形变

运用上述原理，通过地壳的形态来反推其受力，对构造地质领域的研究意义重大。

5.5.1 深地震、洋脊、海沟与洋壳拱

陆壳运动，洋壳可在压力或扭力作用下弯曲，形成洋壳拱。

拱的侧推力F=M/f，拱高越高，侧推力越小；拱高越矮，侧推力越大[6]111。

应变能只适用于弹性形变[7]23，不适用于塑性形变。因此，严重挤压形成的拱，侧推力较小甚至没有侧推力，例如，在印度挤压下形成的洋壳拱。

拱的拱顶区域有弯矩[7]95的最大值，这是洋脊（海岭、海丘）的成因之一，例如东太平洋海丘，受弯洋壳的中性层[7]115上部拉应力集中，下部压应力集中[7]95。此外，洋壳持续产生受拉破坏也可形成洋脊，例如大西洋洋脊、智利海岭。洋脊是因拉力、压力或扭力，洋壳中部区域出现破裂，地幔物质涌出新的洋壳。

俯冲是洋壳在压力或扭力作用下形成的“斜向下剪切应力”破坏，洋壳俯冲是所有深源地震的成因，也是绝大多数海沟的成因，个别海沟（罗曼什海沟）是由水平剪切形成[2]，即，现如今的深源地震均与俯冲有关；海沟均是由剪切破坏形成（俯冲或水平剪切）。

印度向北东漂移，且逆时针扭转，因此其对欧亚大陆的挤压程度东侧（横断山一侧）高于西侧（帕米尔高原一侧），故受挤压程度相对较轻的西侧，俯冲力度相对较大，发生深源地震的概率相对较高[2]（严重挤压的东侧形成的拱，侧推力较小甚至没有侧推力；拱的侧推力只适用于弹性形变范围[7]23）。

5.5.2 剪切破坏的形状[2]

剪切破坏的形状通常与施加剪切的物体形状相似（建筑工程经验）。

洋壳如同巨大的结构板，因此，俯冲（“斜向下的剪切”）或俯冲主导的复合剪切形成的海沟的形状，通常与俯冲洋壳的横截面形状相似，如阿留申海沟、琉球海沟。

因水平剪切或水平剪切主导的复合剪切形成的海沟的形状，通常与施加剪切的陆壳外形相似。例如，与非洲西海岸线相似的罗曼什海沟（水平剪切），与南美洲西海岸线相似的日本海沟、马里亚纳海沟、汤加海沟、克马德克海沟等（水平剪切主导的复合剪切）；与印度东海岸线形状相似的安达曼群岛和尼科巴群岛（水平剪切主导的复合剪切）。

5.6 气候变化与冰川消长的力学猜想

地球热量变化影响全球气候变化，地球热量主要来自地热和太阳辐射热。水对气候有调节作用，水吸收热量使气温不至过高、释放热量使气温不至过低。

地壳碰撞、摩擦或变形会产生热量。陆壳碰撞、摩擦和形变的程度越严重，作用部位体量越大，作用力也越大，作用时间越久，产生的热量越多。非极地冰川通常是因“陆壳膨裂”或“陆壳融合”引发的水汽调节形成（海退、降水蒸发）。

地壳应力集中的区域通常也是热量集中的区域，易引发地震、地热和极端天气。现如今的非极地冰川，均位于地壳应力集中的部位(因冈瓦纳“陆壳膨裂”产生的应力)。南美洲西海岸多火山、地震频发、气候复杂多样，以及厄尔尼诺与拉尼娜现象的发生，均与南美洲顺时针定轴转动有关。冰川消融，通常伴随着干旱气候带的扩展，全球气候趋向炎热干旱（如晚二叠世和早、中三叠世）。

5.6.1 应力集中易引发地震和极端天气

南美洲顺时针定轴转动，南美洲西海岸承受巨大扭力(压应力与剪切应力集中)、东太平洋海丘产生巨大弯矩(洋壳拱中性层[7]115的上部压应力集中，下部压应力集中)，这是厄尔尼诺现象和拉尼娜现象发生的根本原因（厄尔尼诺+水汽调节=拉尼娜）；南美洲西海岸承受巨大扭力(压应力与剪切应力集中)，因此，南美洲西海岸多火山，地震频发，且气候复杂多样。例如，智利北部极度干旱(阿塔卡马沙漠，全球最干旱的地区)、智利南部降水充沛(火地岛西部)、南美洲南部有冰川覆盖(智利灰冰川、阿根廷莫雷诺冰川)。

南美洲顺时针扭转，水平扭力产生线性分布的水平剪切应力[7]267，日本存在于南美洲扭转的“危险截面”[7]65，即为“危险点”[7]65。5.21智利大地震引发的巨大海啸，以每小时600km～700km的速度扫过太平洋，22h后传到日本东海岸，造成日本约800人死亡，15万人无家可归。

印度的“乞拉朋齐”被称为“世界雨极”。“乞拉朋齐”位于印度东北部，且是印度陆壳的“截面最窄处”[1]111。6000多万年以来，印度一直向北东漂且逆时针旋转[1]111，可推断：处于印度“截面最窄处”的“乞拉朋齐”压应力集中。应力集中，热量集中，引发水汽调节。

5.6.2 非极地冰川均位于地壳应力集中的部位

地壳应力集中的部位，通常也是热量集中的部位。热量集中可引发水汽调节，水汽的大量蒸发可形成冰川。

地壳受压时，尤其是全球大规模“陆壳融合”（大规模碰撞），大范围的地壳出现严重碰撞、摩擦和形变，地壳生热现象最为明显，将引发气候巨变：泥盆纪末至晚石炭世，全球巨大海侵；晚石炭世至早二叠世，全球大规模冰川活动；晚二叠世炎热干旱不断加剧；早、中三叠世，全球干旱广布。“陆壳融合”通常都会引发冰川活动，例如奥陶纪晚期、早泥盆世、晚石炭世至早二叠世。

“陆壳膨裂”，地壳(主要是洋壳)发生猛烈挤压；“陆壳融合”，地壳(洋壳和陆壳)发生猛烈碰撞，这两种情形都会使地壳产生巨大应力、应变，甚至破坏，并产生巨大热量。

现如今的非极地冰川，均位于地壳应力集中的部位(因冈瓦纳“陆壳膨裂”产生的应力)。例如，因印度挤压和扭转形成的喜马拉雅山系冰川；因非洲挤压形成的阿尔卑斯山系冰川；在南美洲和澳大利亚扭转挤压的交界，形成的新西兰岛上的冰川。

可以看出，任何时期的非极地冰川，均形成于地壳产生巨大应力和应变的部位。冰川消融，通常伴随着干旱气候带的扩展，如晚二叠世[1]203；待冰川完全消融，全球气候通常以炎热干旱为主。例如早、中三叠世[1]203,244;[5]175。“陆壳膨裂”或“陆壳融合”，均会伴有海侵，例如早侏罗世[1]244、古新世[1]272、早石炭世[1]203。

地壳碰撞、摩擦或变形会产生热量；冰川消融，通常伴随着干旱气候带的扩展，全球气候趋向炎热干旱，现如今全球变暖或与之有关。

5.7 地理现象的力学猜想

冈瓦纳古陆“陆壳膨裂”后，南美洲北端受北美洲约束，南端受南极洲向西南的拉力，西侧受太平洋洋壳的阻力[2]。

南美洲北端受北美洲约束（如图2的B点），南端受南极洲向西南的拉力（如图2的A点），西侧受太平洋洋壳的阻力（如图2均布荷载q），南美洲的弯矩图如图2所示。

图2 南美洲弯矩图（南美洲整体受弯，中部弯矩最大）

因此，南美洲西海岸中部“凹陷”(中部弯矩最大)，并形成海沟(洋壳受扭、受压俯冲形成秘鲁海沟、智利海沟)，南美洲整体产生弯曲形变(弯矩)。

南美洲顺时针定轴转动，秘鲁海沟和智利海沟位于“剪切刀”的中部，承受巨大扭力，与之受力相对应的洋壳在复合剪切作用下形成马里亚纳海沟，在马里亚纳海沟的形成过程中，产生巨大撕裂力（水平拉应力和水平剪切应力），引发日本海、鞑靼海峡、黄海、渤海和鄂霍次克海开启[2]。

俯冲是洋壳在压力或扭力作用下，形成的“斜向下的剪切”破坏(洋壳参与的受压逆断)。深源地震、地幔楔的形成，绝大多数的海沟、火山、火山弧的形成，都与洋壳的俯冲有关。

地壳一旦破裂，火山熔岩就有可能喷发，洋壳俯冲会增大软流层压力，因此，绝大多数的火山、火山弧与俯冲有关。

绝大多数的火山、火山弧都是因洋壳的俯冲形成。例如，因南美洲扭转产生的火山弧有：阿留申弧、千岛弧和日本弧（北美洲向西北挤压+南美洲扭转）、马里亚纳弧(水平剪切+俯冲)、汤加弧(南美洲顺时针扭转与澳大利亚逆时针扭转的交界，水平剪切+俯冲)、安的列斯弧(水平剪切+俯冲)、南桑德威奇弧等；因印度扭转产生的火山弧有：安达曼弧(水平剪切+俯冲)；因澳大利亚扭转产生的火山弧有：巽他弧。

另外，从力学角度分析，日本海、鞑靼海峡、黄海、渤海和鄂霍次克海、华北岩石圈减薄、泰山地垒成因，可能与南美洲顺时针扭转有关(水平拉应力和水平剪切应力)；塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、四川盆地、刚果盆地、东非大裂谷地堑、卡尔斯伯格海岭的成因，可能与印度逆时针扭转有关(水平拉应力和水平剪切应力)。

6.现如今陆壳仍处于膨裂期的证据

6.1 潘基亚超大陆的裂解时序

潘基亚超大陆的形状可参考图形[1]268和论文[2]；中生代两次膨裂的裂缝都恰好处于陆壳的中部，与温度应力引发“陆壳膨裂”的假设非常吻合。

白垩纪时期，潘基亚超大陆分裂成南北两部分，南半部分即冈瓦纳古陆（论文图形[2]）。

6.2 预测陆壳的运动（“七个结论”）

冈瓦纳“陆壳膨裂”瞬间，陆壳所受“膨裂力”垂直于“膨裂裂缝”。将陆壳看作刚片，依据“膨裂力”垂直于“膨裂裂缝”[2]的原则，对各陆壳受力分析，可推导出“七个结论”：①南美洲向西偏南漂移，且顺时针转动；②印度向北东漂移，且逆时针转动；③澳大利亚向东漂移，且逆时针转动；④南极洲向西南漂移；⑤非洲向北东漂移；⑥北美洲向西北漂移；⑦格陵兰岛与欧亚大陆分离。

南美洲、印度、澳大利亚转动原因简述：

（1）南美洲北端受北美洲约束，南端受南极洲向西南的拉力，使南美洲产生顺时针的定轴转动。

（2）如图3所示，印度逆时针转动是因受到来自澳大利亚的偏心力[2]（与F1大小相等、方向相反），可用“力的平移定理”[4]38-39来解释：澳大利亚作用在印度上的偏心力可以从原作用位置平行移至印度的质点，欲不改变该力对于印度的作用效应，则必须在该水平面内附加一力偶，其力偶矩等于原力对印度的质点之矩。

（3）如图3所示，澳大利亚同时受印度向西南的作用力F1（与印度所受偏心力大小相等、方向相反）和南极洲向东北的作用力F2（膨裂力），F2更大，依据“力的平行四边形法则”[4]5，将F2沿着与F1平行的反方向分解，可得出，澳大利亚等同于受一个向东的力和一个逆时针的力偶。

图3 澳大利亚、印度因“膨裂力”产生转动原理示意图[2]

6.3 陆壳运动与“七个结论”吻合

南美洲发生了顺时针扭转，且至今仍在发生顺时针扭转的证据：环太平洋地震频发、弧线形的小安的列斯群岛、东太平洋海丘的形状、渤海湾的形成和华北岩石圈减薄(水平拉应力和水平剪切应力，地壳受拉减薄参考图1)、东亚大地幔楔（洋壳因扭转形成俯冲）等。

澳大利亚发生了逆时针扭转，且至今仍在发生逆时针扭转的证据：爪洼海沟、克马德克海沟和汤加海沟的形成，豪勋爵海丘的形状，其周边大地震频发等。

印度发生了逆时针扭转，且至今仍在发生逆时针扭转的证据：印度的漂移轨迹[1]111，卡尔斯伯格海岭和东非大裂谷的形状，其东部海域大地震频发，其周边如海原、巴基斯坦、汶川等大地震的发生等。

此外，南极洲至今仍有向西南的膨裂动能：大西洋-印度洋海岭、太平洋-南极海岭、智利海岭是因南极洲向西南漂移形成的（主要为受拉破坏）；非洲至今仍有向北东的膨裂动能：大西洋中脊及其中脊裂隙、罗曼什海沟（洋脊及裂隙是因持续受拉破坏形成，罗曼什海沟为水平剪切破坏[2]）；北美洲至今仍有向西北的膨裂动能：阿留申弧地震和火山频发。上述区域均属地震活跃带（陆壳仍保持膨裂的运动状态）。

由此可见，“七个结论”与现实情况吻合。“现阶段的陆壳”仍处于膨裂期，现如今绝大多数的构造地震为白垩纪末期“陆壳膨裂”地震的余震。

这“七个结论”可用于分析全球岩石圈的受力情况。现如今几乎全球所有构造地震的成因，宏观上都可用这“七个结论”解释。例如，①南美洲向西偏南漂移，且顺时针转动；②印度向北东漂移，且逆时针转动；⑥北美洲向西北漂移；是我国构造地震发生的主要原因。

7.地震震源与“四个强度理论”

构造地震是地壳(岩石)因受力产生破坏。地壳出现破坏的部位，即为构造地震震源。岩石圈破坏的规律（地震成因）微观上都可用“四个强度理论”（最大拉应力理论、最大伸长线应变理论、最大切应力理论、形状改变能密度理论）[7]229-238来解释。举个例子：

因南美洲顺时针扭转，水平拉应力和水平剪切应力在郯庐断裂带以东陆壳的最窄处（郯城、临沭、莒县一带）应力集中[2]，存在最大拉应力和最大水平剪切应力，最窄处陆壳的横截面为“危险截面”[7]13，即郯城大地震的成因。此震的震源是“线”形，而非常见的“点”形。

最大扭矩所在横截面（“危险截面”）周边的任一点处，存在最大水平剪切应力，即“危险点”[7]65。水平扭力产生线性分布的水平剪切应力[7]267，因此最大扭矩所在截面(“危险截面”)和最大水平剪切应力的分布(“危险点”[7]65)通常“远离转轴”。例如，主要因南美洲顺时针扭转和澳大利亚逆时针扭转（此外还包括北美洲向西北漂移），环太平洋地震和火山频发；12·16海原地震、9·24巴基斯坦地震、5·12汶川地震等，主要是因印度逆时针扭转产生的水平拉应力与水平剪切应力破坏。

构造地震的震源(地壳出现破坏的部位)均位于拉伸、挤压、弯曲、剪切或扭转作用下的“危险截面”“危险点”（拉、压、切应力集中的部位，而非“板块边界”）。

分布在岩石圈内的应力，通常岩石圈截面越大，则应力越小，即应力分布通常，洋壳、小体量陆壳、大体量陆壳边缘＞大体量陆壳。因此洋壳、岛屿或大体量陆壳的边缘更易发生地震（青藏高原、阿尔卑斯山系等实际为洋壳）。

8.应对自然灾害需长期准备

根据建筑抗震原理，建筑越矮小、越轻质、刚度越小，抗震越有利[8],这与白垩纪大灭绝的幸存原理是一致的（“身高高”或“体型大”的陆地动物几乎全部灭绝），规划与建筑设计应从“恐龙灭绝和鳄类幸存”中得到启示。此外，对抗台风、冰雹、洪水或海啸、漫长严寒或炎热干旱等自然灾害，对建筑的特性要求也各不相同。抵御和应对各类自然灾害，应做好顶层设计，需建筑业、工业、食品业等诸多行业做好长期准备。

9.结语

本文是运用建筑工程技术对地理、地质和地史进行解读，从而形成的观点。冈瓦纳的“陆壳膨裂”猜想可较完美解释地震、火山、洋脊、海沟等的形成原因。倘若对冈瓦纳古陆进行膨裂模拟，将有助于对本文更直观的理解。望能引起业内专家学者对“陆壳膨裂”“陆壳融合”“陆壳扭转”等问题的关注。也希望本文能在海陆变迁、地震成因、冰川消长、气候变迁、生物大灭绝等固体地球物理学领域的研究上起到抛砖引玉的作用。