岩石圈构造应力场及其作用过程

问题年度:2018 问题类型:前沿科学问题 学科领域:能源环境 学科细分归类:地球科学

推荐机构:中国岩石力学与工程学会

构造应力 岩石圈 赋存规律 应力与地震关系

问题概述:

地球表面和内部发生的各种地质构造现象及其伴生的各种物理现象与化学现象,都与构造应力的作用密切相关,认识并阐明岩石圈应力分布及其分布规律,特别是深部应力状态,是解决地球动力学有关科学问题的基础,如板块驱动机制、地球的能量平衡、地震发生机制、构造运动与变形等,同时也是研究深部矿产资源的形成和赋存规律的基础。岩石圈应力是国际上关注的地球科学前沿问题之一,目前,定量刻画构造应力状态正在逐渐成为趋势,最新研究成果揭示了全球构造应力场的分布特征及其与板块构造运动之间的联系,有效地推动了大陆岩石圈演化的解释和板块构造理论的发展。

但是,由于岩石圈物理性质本身的复杂性和研究条件所限,针对岩石圈构造应力这一重要物理参量的研究和观测技术远远落后于其它地球物理、地球化学参量。目前,科学家对岩石圈构造应力的认知非常局限,只能获得有限区域一定深度上的构造应力的作用方向特征和浅部的应力大小,对岩石圈深部的构造应力状态以及深浅部应力对应关系等方面得的研究还处于初步探索阶段,这严重制约了人们对地壳变形及其灾害过程的动力学研究。因此,岩石圈构造应力场及其作用过程是面临的重要科学问题。其中包括:

(1)如何利用多种应力参数多角度定量刻画岩石圈构造应力的三维分布,科学地展现岩石圈构造应力的三维分布规律。

(2)如何获取岩石圈深部构造应力状态(包括主应力方向、量值、应力类型等)及其赋存规律,深浅部的构造应力有何差异和对应关系,其形成机理又是什么。

(3)岩石圈构造应力时空分布与地质灾害的孕育发生、深部矿产资源的形成和赋存有着怎样的物理关系,特别是如何科学地揭示并描述地震的孕育、地震活动与构造应力之间的物理关系。

重要意义:

深入研究岩石圈构造应力场及其作用过程,获取岩石圈构造应力状态及其赋存规律,明晰深浅部的构造应力差异,不仅可以通过揭示构造应力的力源,推动板块运动及其演化过程等地球动力学问题的研究向纵深发展,同时对相关领域的问题研究有着重大影响和引领作用。例如,当前科学家虽然认识到包括地震在内的地质灾害的发生与应力的积累变化直接相关,然而,对地质灾害机理的研究,特别是地震机理的研究,还处于探索阶段,其中,岩石圈构造应力场及其作用过程是制约地震孕育发生机理研究的一个瓶颈。科学准确地认识岩石圈构造应力的三维分布规律,必将有效地推动地震机理的研究。

在国民经济生产实践活动中,岩石圈应力状态研究对岩土工程、石油工业、矿业工程等领域具有重要的意义。随着浅部资源的日益枯竭,矿产资源探查和采掘向超深进军,地热资源开发、核废料的地下深埋、深埋隧道等的深度越来越大,深部岩体结构和构造更加复杂。伴随着深部矿业发展的一个负面效应就是深井开采事故亦越来越严重,导致深部开采中灾变事故出现多发性和突发性的根本原因在于深部岩体处于高应力、高温、高渗透压的恶劣环境中。因此,岩石圈构造应力时空分布研究,无论是在深部矿产资源的形成赋存规律研究探查方面,还是深部矿产资源的开采领域,都是必不可少的环节。