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地心应力高估了4倍？ - 2020造山带岩浆岩高级研讨会: 热度 2 maoxp9 2020-9-27 11:10; 2020造山带岩浆岩高级研讨会会议上，我报告了地球内部的周向应力观点，认为目前地心应力估计过高，为360GPa，实际可能低于94GPa，高估了4倍！会议由南京大学主持（2020年9月26-27日），在南京仙林校区国际交流中心召开的学术会议上，我做了大会报告，提出了岩石圈的球壳效应，导致水平挤压应力大于垂直应力。在会上，从理论推导、模拟实验和实际野外观察综合分析后阐明了周向应力的观点。同时，还用浅显的背斜构造、石拱桥受力来阐述了岩石圈的球壳效应。如下图所示图1周向应力的作用方式提出了周向应力会在岩石圈薄弱处释放，如拱桥垮塌一样。这是静力学问题，因局部出现了失衡，地壳相对运动就产生了，核心是“局部事件”。最后，落到实处，认为汶川地震并不是印度板块的推挤造成的，而是地壳均衡作用，产生了青藏高原与四川盆地的差异升降作用，青藏高原高地形强烈剥蚀，欠均衡而抬升，4mm/yr；川西坳陷山前带沉积，轻微下沉1mm/yr，二者一升一降，导致了龙门山断裂带下的岩石圈破损，周向应力（压应力）释放所致，如下图所示为该地区的地形、地质剖面图，及地壳垂直运动平均数据。图2汶川地震同震破裂强度及地壳垂直位移从上图的汶川地震的同震破裂可以看出，很多构造现象，天然地震，先存断裂等并不是大规模的“构造运动事件”-如印度板块碰撞欧亚板块 - 所致，而是一个局部构造调整现象，或局部构造现象，如汶川地震、庐山地震、唐山地震等，其破裂强度最大为震中，向外距离越远，破裂程度越低。任何力学物理实验都能证明，应力作用点处破裂最强，远离作用点处弱（此处无法反驳，除非中华传统武术中的隔山打牛功夫）。如下图所示，此图来自于本次会议所拍：图3 推挤及破裂过程-作用点处破裂最大（吉林大学，周健波）同样，提出了郯庐断裂并不是一个完整的断裂带而延伸几千公里。这种先存断裂，从高精度三维地震勘探所解译的构造图中看出，郯庐断裂在渤东、渤南并不明显和连续；所“指认”的郯庐断裂在南东向剖面上只是一条很小的断裂，如下图顶部剖面图中部所示，剖面左面的多条大的、通天穿基底的断裂发育，它们若不是区域性断裂，那它们的“脸”往哪儿搁？这些大断裂方向却不完全是郯庐断裂的北东向，而东西向，北西向等，很多方向均存在，均为“毛毛虫”断裂，即无头，无尾，还是弯曲的，反映是一个局部事件所引起的破裂构造，更谈不上太平洋板块俯冲了。如下图所示，为郯庐断裂在渤中、渤东及渤南凹陷的高精度三维地震勘探构造图中的表现图4 郯庐断裂的存在性分析还有很多例子，无一例外的是这样的表现。如下图，为塔中发育了走滑断裂。再强调一遍，很多盆地的构造图也是这样，无一例外！图5塔里木盆地塔中地区某层反射层构造图由于在以前的博文中已详细阐述了周向应力的思路，在这里暂且不多表了。这里想强调一下本博文最重要的点是，现在地幔岩等其各种深部温、压条件的推测，是基于直角坐标系下的线性叠加分析或垂向积分而得到的。下图是被作为经典的地球内部应力随深度变化的曲线，地心应力为360GPa 图6地球内部应力随深度变化的曲线大致是这样一个计算，如1km水深是10Mpa，地球平均密度为5.8g/cm 3 ，按半径6370km计算，得到的地心应力为6370km*5.7g/cm 3 *10≈360GPa。事实上，分析其错误，如下图所示。(a)为直角坐标系，从地表到地心，按平铺，地心的受到的应力为上覆岩层的重力应力之和（考虑了加速度的变化），垂向应力和水平应力老死不相往来，最后得到最底部地心的应力为上覆各层的叠加，为360GPa，而右侧(b)则使用了球坐标系，得到地心所受的应力不是上覆所有物体的重量之和产生的应力。按钱伟长教授的计算，大约为94GPa。二者相比，目前的认识，比94GPa高了足足4倍！钱伟长教授的理论地球模型虽未考虑流变性，但地核是固态，地层之间具有剪切约束，符合类似于拱桥的侧向支撑的原则，但钱先生未提到这种侧向支撑效应。94GPa和360GPa的偏差，其实就是一种周向应力的侧向向支撑效应，很多重量被侧向（水平”方向、或环向）所支撑，使其向下的压力/应力减小。 (a)直角坐标系 (b)球坐标系 (c) 图7地球内部受力分析示意图图(c)表达了传统认识地心的压力，将地壳、地幔、地核当成平板，一层一层叠起来，任一点的应力等于上覆地层压应力之和。其中，地壳+地幔为146GPa；地核205GPa，合计为351GPa，近似为360GPa 。下图为钱先生著作的原文(P336): 图8地心应力的理论计算结果（钱伟长，19956）式(11-45)中的结果9.4*10 11 g/cms 2 即是94GPa。加拿加嵇教授说其推导可能有错，但我不信。若考虑流变性，实际地心应力应比这个还小得多，甚至为0GPa。据此，我们的核幔边界、壳幔边界处的应力也该随之做修改，这是难以避免的。参加此次会议的有多位院士，专家，如郑永飞、许志琴院士、周院士、地科院王涛教授、中国地质大学郑建平教授等。下面是会场情况：图9 会场大屏图10 南京大学杰出青年王孝磊主持会议（岩石地球化学委员会新任主席）图11 郑永飞教授作报告图12 地科院地质所王涛教授做报告图13东北大学刘博教授做报告图14 郑建平教授主持会议图15 吉林大学周健波作报告图16 我的汇报现场图17 汇报近景图18 会议部分日程图19广州地化所刘涛教授做报告在此感谢南京大学曾罡教授，将我的汇报安排得如此靠前。 2020年9月27日于南京南-北京南的复兴号高铁上。补充：在此还感谢原成都理大学的陈津民教授，他于1993年计算了理论地球模型下的地应力物征。经与陈津民先生交流，他认为钱伟长教授的计算结果可能有问题。他用了他1993年的文章中的地球的应力，经向位移公式： w=Ar十B/r 2 十（1十u）（1-2u）fr 2 /4（1-u）E 其中f为体积力，u为波松比，当时是讨论地壳应力，所以体积力f为常量，密吝2.84克/cm 3 ，重力加建度9.8m/S 2 。現在讨论内部应力，最简单的办法体力仍为常数，密度5.8克/cm 3 ，重力加速度度7.3m/S 2 ，外压力和钱一样为零，地心外压力为有限值，今B=0，因为钱体力有r.所以我们的位移解比钱（r）低一次。得经向应力Tr=EA/(1-2u)十fr/2(1-u），r=6370Km，Tr-=0，得EA/(1-2u)=fb/2(1-u)，得Tr=-fb/2(1-u）十fr/2(1-u），地心压力Tr=fb/2(1-u)，若波松比取0.3~0.5，则地心压力为（193~270）GPa。并认为钱伟长有一些错误：钱伟长还有一个错误，(3-n)/(1-n)近似等于3~4，其中n为波松比，只有n=0，才能得3，所以94GPa是泊松比为零得到的，显然泊松比不能为零。如果n=0.33，(3-n)/(1-n)=4，94GPa将变成125GPa。再加上我们重力加速度均值7.3m/S 2 ，而钱伟长的重力加速度均值只4.9m/s 2 ，如果钱把均值提高到7.3m/S 2 ，地心压力就捉高到187GPa (我对陈先生计算的批注：沉积盆地平均泊松比为0.25，所以，陈先生取大了些，一般认为深部泊松比可以低至0.2，若取0.2，则实际为164GPa。也就是说，无论取什么参数，这种球壳效应是存在的。关于泊松比，这里查到内核泊松比为0.44，剪切波速度为3km/s- Belonoshko，2007；地壳为0.2,地幔为0.27- Sheorey，1994 ) 参考文献钱伟长，叶开沅.弹性力学，科学出版社，1956, pp336. 陈津民. 地球的应力:球壳型重力应力的理论公式 . 成都地质学院学报, 1993, 20(1):109-117. Belonoshko A B，Skorodumova N V，Davis S et al. Science，2007，316：1603 Sheorey P R . A Theory for in-Situ Stresses in Isotropic and Transversely Isotropic Rock . International Journal of Rock Mechanics Mining ences Geomechanics Abstracts, 1994, 31(1):23-34.; 3956 次阅读|2 个评论

同学：地质学不能这样搞！: 热度 81 Hongbolu 2016-9-3 11:16; 2016 年 6 月，收到国内某地学核心期刊审稿请求，评审一篇某高校本科生的新作。这是一篇关于灵山岛节理发育和古应力场分析的研究论文，第一作者为本科生。尽管有教师为通讯作者，但本科生能尝试解决古应力场问题已经不简单了 … 根据我近年来的研究，灵山岛最老的地层是 1.2 亿年前早白垩世早期的海相浊积岩；该层碎屑岩褶皱上升后遭受剥蚀，而不整合面上覆盖着一层早白垩世晚期的流纹岩；流纹岩之上还有更晚的陆相碎屑岩及更上部的火山岩；此外还有多条辉绿岩脉穿插于多种地层中。这些岩层经受了一系列的应力作用而产生很多断裂，其中多套节理叠加在一起，需要有非常扎实的构造地质学基本功和丰富的野外地质工作经验才能将不同时期形成的节理分离、配套后进而恢复各个阶段的古应力场。我想看看这位本科生到底做了什么具体的工作。于是我详细地阅读了论文稿，但这个稿件却让我困惑不解：尽管作者在野外现场进行了一些节理产状的测量并给出几张照片，然而作者提供的证据与结论之间却缺乏逻辑推理关系。给人的感觉是：作者既没有理解构造节理发育的基本原理也没掌握相应的研究方法。作者认为有几组节理测量的产状数据就可以随意分析古应力场了，所获得的结论与地质事实矛盾，而且充满着主观臆断。如果是硕士生或以上资历的人士投稿，指出其关键问题后直接拒稿就行了。然而，本文作者为地质学专业三年级末的本科生，而且是“ … 计划...基金资助 ...” 的研究成果。为了鼓励该同学重新学习构造地质学及其相关研究方法，我对论文进行了详细批注（见下图）：这是第一稿的审稿意见：八月上旬的一个晚上，我接到一个年轻人的电话，原来是论文作者某同学打来的。他希望专门到我办公室讨论并获得指导，我则坚持电话解答了一个小时。我详尽地回答了他的问题，如：如何判别早期平面X型剪节理、为何要进行赤平投影。因为他缺的知识太多，我建议他去读书或上课，然后重新到野外工作并写论文提交再审。几天后我就收到编辑部发来的第二稿。然而第二稿并无本质进步，作者并不明白我给他的第二次机会到底是为了啥。显然作者目前的知识结构和能力无法完成必要的工作，于是我回复评审意见，建议暂不发表论文，而是重新学习构造地质学相关知识并到野外重新做工作，然后再撰写论文。这是第二稿的审稿意见：几天后的晚上我在内蒙古野外驻地收到该同学打来的电话。他认为已经依照要求进行了修订（见前面我展示的两张重要图件），认为不应该拒稿。我问他为何将不同时期的节理都放到一起统计时，他争辩说他认为都是后来一起形成的。我告诉他：你不能认为如何形成的，你应该提供证据啊！如果我们不管地质事实而仅靠自己“认为”就下结论，那还做啥地质学？我问他：为何不进行赤平投影以求地层水平状态下的节理面产状？他说看了别人的文章也都没做如我说的“赤平投影”。说明该同学根本不会赤平投影。我建议他重新学习构造地质学及赤平投影方法，希望两次审稿和电话交流对他的学习有所帮助，但他情绪上显然并不服气。他强调别人已经发表的文章“也是这样做的”，似乎我的审稿太过严厉了。我问他另一个评审专家的意见如何？他说另一个专家没有过多的意见，而是建议他再拔高一下最终的结论认识...。我告诉他：你现在认识就是空中楼阁，还要拔高？你可真胆大啊！地质学的真谛不是“自圆其说”，而是尊重事实！如果我们不顾地质事实而想怎么认识就怎么认识，那就不是地质学而是巫术和忽悠了！我建议他仔细看第二稿我作的批注，他说编辑部没有提供我的第二稿批注。我让他给我发信索取，他答应后礼貌地挂断了电话。然而至今他也没向我索要批注稿... 这次审稿让我感想很多：是谁弄出这么多所谓的“创新”、“计划”、“基金”等让尚未掌握基本功的学生还没学会工作就急于发表论文？是什么让中国高校的地学教育如此浮躁？拍拍屁股也能想到：让不会走路的幼儿去与博尔特比赛跑，除了搞笑献丑外还有啥？需要说明的是：我这次遇到的本科生本人是不错的学生，谦虚好学，特别表示要我当面指导他。然而，我无法答应他的请求，因为他缺的不是一点方法或经验，他缺的是很多应该学的地质学基础课程。希望该同学看到我的博文后重新回去读书，学习地质学基本原理和相应的工作方法，然后再到野外做系统的工作。基本功没有，如何创新？地质事实都没看清楚，如何写论文？同学：地质学不能这样搞！请先学习站起来，再学习走路，然后再尝试跑步！; 个人分类: 地学探讨|25635 次阅读|190 个评论

新疆地区相对应力场: qsqhopeiggcas 2012-1-24 21:25; 【博主按】：中国新疆地区及邻国，构造活动强烈，强震频发，是俺重点关注的地区之一。今天我看到了一篇研究新疆地区相对应力场的文章，觉得有参考价值，可供研究地壳应力和地震预测的有关人士参考。为此，予以转载，与感兴趣的人士分享。基于钻孔应力、应变连续实测资料研究新疆相对应力场蒋靖祥 1 ， 2 ，尹光华 1 ， 2 ，吴国栋 2 (1. 防灾科技学院地震科学系，河北燕郊 065201 ； 2. 新疆维吾尔自治区地震局，新疆乌鲁木齐 830011) 摘要：利用 1985 年以来新疆地区钻孔应力、应变连续观测资料研究相对应力场，研究结果表明，新疆地区相对应力场的主压应力方向近 NS ，呈现区域性分布特征。西昆仑中、西段近 NS 向，西昆仑东段、北天山、塔里木盆地西北缘为 NNE 向；南天山西部为 NW 向，南天山东部为 NE 向。新疆的压应力作用极强，剪应力作用较大，张应力作用较弱。应力量值有西大东小、南强北弱的特点；帕米尔弧与天山交汇的喀什地区主压应力值、剪应力值最大，北天山中部的石河子的主张应力值最大，乌鲁木齐的应力值最小；应力变化量值差别大，且在空间上呈现不均匀性。相对应力场的主压应力方向与区域构造线走向、山脉延展方向交角较大，表明新疆的山脉及构造主要受挤压应力的作用。原文链接：基于钻孔应力、应变连续实测资料研究新疆相对应力场.pdf; 个人分类: 科普|3437 次阅读|0 个评论

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