本文關(guān)鍵詞：論巖石的地質(zhì)本質(zhì)性及其巖石力學(xué)演繹，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第２８卷第３期２００９年３月

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Ｃｈｉｎｅｓｅ

巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖ０１．２８

Ｎｏ．３

Ｍａｒｃｈ．２００９

論巖石的地質(zhì)本質(zhì)性及其巖石力學(xué)演繹

王思敬

（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京

１０００２９）

精要：簡(jiǎn)要論述巖石循環(huán)的地質(zhì)作用，提出并討論巖石地質(zhì)本質(zhì)性命題，側(cè)重闡述巖石的物質(zhì)性、結(jié)構(gòu)性和賦存性，及其同地質(zhì)演化的密切關(guān)系。作為巖石力學(xué)研究對(duì)象的巖石同其他工程建筑材料的不同之處就在于它的地質(zhì)演化及所形成的地質(zhì)本質(zhì)性。通過(guò)對(duì)巖石本質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，探討巖石物理本屬性，包括不均一性、不連續(xù)性的成因及其同地質(zhì)本質(zhì)性的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上討論巖石力學(xué)本構(gòu)性研究中對(duì)介質(zhì)力學(xué)屬性的考慮。試圖通過(guò)巖石地質(zhì)本質(zhì)性、物理本屬性到力學(xué)本構(gòu)性的討論建立起巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)相互認(rèn)識(shí)和深入結(jié)合的知識(shí)通道。關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；巖石演化循環(huán)；巖石地質(zhì)本質(zhì)性；巖石物理本屬性；巖石力學(xué)本構(gòu)性中圖分類(lèi)號(hào)：Ｔｕ４５

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

文章編號(hào)：１０００—６９１５（２００９）０３—０４３３—１８

ＧＥｏＬｏＧＩＣＡＬＮＡＴＵＲＥｏＦＲＯＣＫＡＮＤＩＴＳＤＥＤＵＣＴＩＯＮＦＯＲＲＯＣＫ

ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ

ＷＡＮＧＳｉｊｉｎｇ

（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅＤ廠(chǎng)ＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ．．Ａｆｔｅｒｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒｒｏｃｋｇｌｏｂａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｏｐｉｃｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｎａｔｕｒｅｏｆｒｏｃｋｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｚｉｎｇｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｏｃｋｓｕｂｓｔａｎｃｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＯｃｃｕｒｒｅｎｃｅｓｔａｔｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｉｔｓｃｌｏｓｅ

ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎ

ｒｏｃｋａｎｄｏｔｈｅｒａｒｔｉｆｉｃｉａｌｍａｔｅｒｉａｌｌｉｅｓｉｎｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｎａｔｕｒｅｏｆｒｏｃｋｆｏｒｍｅｄｉｎｔｈｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ．－ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｒｏｃｋｅｖｏｌｕｔｉｏｎｃｙｃｌｅｓ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｎａｔｕｒｅｏｆｒｏｃｋ；ｐｈｙｓｉｃａｌｉｎｈｅｒｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｒｏｃｋ；ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｙｉｎｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉＣＳ

巖石力學(xué)的研究對(duì)象是巖石。雖然研究目標(biāo)是

１

引

言

探討巖石的力學(xué)性能及其工程行為，而且主要應(yīng)用力學(xué)學(xué)科的原理和方法，但是巖石卻同其他工程材

從地球科學(xué)視野或是從工程地質(zhì)學(xué)觀(guān)點(diǎn)來(lái)討論巖石力學(xué)特性和問(wèn)題已有相當(dāng)多的文獻(xiàn)可供參考。作者…在早期的研究工作中就曾作這樣的嘗試；谷德振等［２－－４１也對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。在２０世紀(jì)初，巖石力學(xué)界和工程地質(zhì)學(xué)界所開(kāi)展的世紀(jì)學(xué)術(shù)進(jìn)展總結(jié)也含有這方面的討論ｆ５－１’７１。陳宗基‘８～刪在許多論著或講演中曾闡述過(guò)地質(zhì)因素的重要作用。

收藕日瓤：２００８—１２—１０；傣畫(huà)日期；２００９—０２—１３

料又有所不同，因而有其特殊性。巖石是－－；ｆｅｅ自然造物，是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中，經(jīng)歷了多種地球動(dòng)力作用才得以形成的，并由此獲得其本質(zhì)性。巖石演化循環(huán)，經(jīng)過(guò)成巖、構(gòu)造變形和次生蛻化才使其具有現(xiàn)今面貌，從而奠定巖石的物理本屬性，構(gòu)成力學(xué)評(píng)價(jià)之基礎(chǔ)。當(dāng)進(jìn)行巖石的力學(xué)本構(gòu)性研究及巖石工程評(píng)價(jià)時(shí)，物理本屬性的力學(xué)表現(xiàn)至為重要，

作者簡(jiǎn)介：王思敬ｎ９３４一），男，１９６３年于蘇聯(lián)莫斯科地質(zhì)學(xué)院獲副舊Ｌ學(xué)位，現(xiàn)任教授、博十ｍ導(dǎo)師、�！荆虺淘涸菏�，主要從粵水電、礦山、困防和環(huán)境工程等方面的教學(xué)與研究Ｔ作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｉｊｉｎｇ＠ｍａｉｌ

ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ

ｃｎ

萬(wàn)方數(shù)據(jù)　

巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)

２００９焦

如能與其形成根源聯(lián)系起來(lái)，必可得到新的理解，從而縮小不確定性。放眼到地球科學(xué)視野來(lái)深化和延拓巖石力學(xué)學(xué)科也許是更上一層樓的一個(gè)支承。

本文簡(jiǎn)要地論述了巖石循環(huán)的地質(zhì)作用，提出并討論了巖石地質(zhì)本質(zhì)性命題，側(cè)重闡述了巖石的物質(zhì)性、結(jié)構(gòu)性和賦存性，及其同地質(zhì)演化的密切關(guān)系。作為巖石力學(xué)研究對(duì)象的巖石，同其他工程建筑材料的不同之處就在于它的地質(zhì)演化及所形成的地質(zhì)本質(zhì)性。通過(guò)對(duì)巖石本質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，本文探討了巖石物理本屬性，包括不均一性、不連續(xù)性及時(shí)態(tài)性的成因及其同地質(zhì)本質(zhì)性的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，文中還討論了巖石力學(xué)本構(gòu)性研究中對(duì)介質(zhì)力學(xué)屬性的考慮。本文試圖通過(guò)巖石地質(zhì)本質(zhì)性、物理本屬性到力學(xué)本構(gòu)性的討論，建立巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)相互認(rèn)識(shí)和深入結(jié)合的知識(shí)通道。

２巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合

２．１巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的學(xué)科關(guān)系

巖石力學(xué)將力學(xué)理論作為學(xué)科發(fā)展的研究目標(biāo)，而巖石則是巖石力學(xué)研究的對(duì)象。巖石是一種地質(zhì)產(chǎn)物，也可稱(chēng)地質(zhì)體。廣義上講，巖石力學(xué)應(yīng)是力學(xué)與地質(zhì)學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，若更有針對(duì)性地來(lái)看，巖石力學(xué)側(cè)重于固體力學(xué)與巖石地質(zhì)學(xué)的結(jié)合。

巖石力學(xué)屬于應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，它的研究任務(wù)是以巖石工程建設(shè)為己任，也包括地質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)工程。更廣更深的力學(xué)、地質(zhì)學(xué)，與工程學(xué)科的結(jié)合勢(shì)在必行。因此，地質(zhì)學(xué)必然成為巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科的支柱性基礎(chǔ)學(xué)科之一。

那么，巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科從地質(zhì)學(xué)中究竟能有何得益，地質(zhì)學(xué)在哪些領(lǐng)域?qū)r石力學(xué)與巖石工程學(xué)科的研究和發(fā)展可能做出貢獻(xiàn)，這就是本文所試圖回答的主要問(wèn)題。

地質(zhì)學(xué)（ｇｅｏｌｏｇｙ）是地球科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。地球科學(xué)（ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｓ）包括大氣、海洋、地理和固體地球科學(xué)等（見(jiàn)圖１）。固體地球科學(xué)（ｇｅｏ—ｓｃｉｅｎｃｅｓ）則包含地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)。從廣義和實(shí)用的角度看，地質(zhì)學(xué)同其他地球科學(xué)的分支有著密切的交叉，因而也含有與它們相關(guān)的研究?jī)?nèi)容。

地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象是地球，尤其是地殼，重點(diǎn)在于研究它的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，以及其形成、演化的地質(zhì)動(dòng)力作用和過(guò)程。地質(zhì)學(xué)的核心研究思路是地質(zhì)歷史的時(shí)空重建，在層序和構(gòu)造分析的基礎(chǔ)上，地質(zhì)學(xué)家采用了許多現(xiàn)代數(shù)理化科學(xué)和技術(shù)方法，從而使傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)科步入現(xiàn)代科學(xué)行列。

萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)圖１地球與地質(zhì)科學(xué)組成

Ｆｉｇ．１

Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅａｒｔｈａｎｄｇｅｏｌｏｇｙｓｃｉｅｎｃｅｓ

從巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科研究和發(fā)展的角度看，相關(guān)的地質(zhì)學(xué)研究主要涉及以下領(lǐng)域（見(jiàn)表１）：

表１

主要相關(guān)地質(zhì)學(xué)科和領(lǐng)域

Ｔａｂｌｅ１Ｍａｉｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｕｂｊｅｃｔｓａｎｄｆｉｅｌｄｓ

編號(hào)

學(xué)科

分支學(xué)科和領(lǐng)域

與巖石力學(xué)關(guān)系

，鬻鬻豢裟穢一一組

ｚ辮簍》荔飄一一…歷史

ｓ蒡霉翥獎(jiǎng)霎釜主掌：淼研究巖石失穩(wěn)及運(yùn)動(dòng)

。

力學(xué)科災(zāi)害地質(zhì)學(xué)、地貌動(dòng)力學(xué)等……�！�

。

ａ裟謄囂：勰一一…環(huán)境

ｓ鬻霧爹淼鬻然精陛

（１）巖石地質(zhì)學(xué)科，包括礦物學(xué)、巖漿巖石學(xué)、

沉積巖石學(xué)、變質(zhì)巖石學(xué)、地層學(xué)以及地球化學(xué)等，主要研究各類(lèi)巖石的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，及其成巖和

早期演化的地質(zhì)作用。

（２）地質(zhì)構(gòu)造學(xué)科，包括大地構(gòu)造學(xué)、構(gòu)造物理學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等，以及地球物理學(xué)，主要研究構(gòu)造形變、褶皺斷裂、巖石變形、構(gòu)造應(yīng)力等，從而論述地殼運(yùn)動(dòng)和區(qū)域構(gòu)造演化。

（３）地質(zhì)動(dòng)力學(xué)科，主要研究?jī)?nèi)生動(dòng)力作用和外生動(dòng)力作用。內(nèi)生動(dòng)力作用是由地球內(nèi)能驅(qū)動(dòng)的地質(zhì)作用，如地震、火山、地?zé)岬�。外生�?dòng)力作用的研究也可稱(chēng)地圈動(dòng)力學(xué)，主要研究地球淺表層巖石圈和大氣圈、水圈、生物圈的相互作用、動(dòng)力過(guò)

第２８卷第３期

王思敬．論巖石的地質(zhì)本質(zhì)性及其巖石力學(xué)演繹

?４３５?

程及巖土運(yùn)動(dòng)和淺表層地質(zhì)演化，包括崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地面裂縫，以及地下水滲流、巖士潛蝕、土地浸沒(méi)、土地侵蝕、沉積、堆積作用、土地沙化、鹽堿化和巖溶化、巖石風(fēng)化、卸荷作用等。

（４）歷史地質(zhì)學(xué)科，是以某些地質(zhì)時(shí)代為主的

綜合地質(zhì)研究，如前寒武紀(jì)地質(zhì)學(xué)，中、新生代地

質(zhì)學(xué)，第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)等，尤其是第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)同巖石表生演化及工程地質(zhì)環(huán)境研究的關(guān)系最為密切。

（５）工程地質(zhì)學(xué)科，主要包括工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和環(huán)境地質(zhì)學(xué)等。它們的研究對(duì)象相同，應(yīng)用目的一致，但在研究手段上有所異同，在學(xué)科方向上各有側(cè)重。它們同巖石力學(xué)雖然學(xué)科屬性有所差異，但互補(bǔ)性強(qiáng)，其發(fā)展過(guò)程就是學(xué)科交叉、滲透和合作的歷程。

工程地質(zhì)學(xué)是一‘門(mén)應(yīng)用性強(qiáng)的地質(zhì)學(xué)科，主要研究工程建設(shè)的地質(zhì)條件和問(wèn)題及其治理。它重點(diǎn)研究工程地質(zhì)作用，即人類(lèi)工程活動(dòng)和地質(zhì)環(huán)境的相互作用和制約。工程地質(zhì)學(xué)的主要學(xué)科領(lǐng)域有工程巖土學(xué)（土質(zhì)學(xué)）、工程地質(zhì)力學(xué)、地質(zhì)動(dòng)力學(xué)、工程水文地質(zhì)學(xué)、工程環(huán)境地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)災(zāi)害學(xué)、資源工程地質(zhì)學(xué)、城市地質(zhì)學(xué)、專(zhuān)門(mén)工程地質(zhì)學(xué)、區(qū)域工程地質(zhì)學(xué)以及地質(zhì)工程學(xué)等。

工程地質(zhì)學(xué)由于廣闊的應(yīng)用性導(dǎo)致其學(xué)科的綜合性，幾乎得到地質(zhì)學(xué)中所有學(xué)科領(lǐng)域的支持，其中有一部分同時(shí)也是巖石力學(xué)的支持學(xué)科，或者是巖石力學(xué)工作中有時(shí)可能涉及到的領(lǐng)域。所以在本文寫(xiě)作中只能就巖石力學(xué)研究的若干關(guān)鍵性地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行探討，討論其巖石力學(xué)意義及研究方向，勢(shì)必與工程地質(zhì)學(xué)的覆蓋面有一定的重疊。

２．２巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)結(jié)合的知識(shí)通道

巖石力學(xué)家大多認(rèn)識(shí)到地質(zhì)學(xué)是巖石力學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在巖石力學(xué)的本構(gòu)建模及巖石工程分析計(jì)算中試圖盡可能地考慮巖石特性及地質(zhì)條件，但是地質(zhì)科學(xué)涵蓋著大量分支學(xué)科，從何入手仍是很大的問(wèn)題。地質(zhì)學(xué)家也很熱心于為巖石工程建設(shè)做出自己的貢獻(xiàn)，然而難于確定適當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)和深入的方向。顯然，構(gòu)建一條地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)問(wèn)相互溝通的知識(shí)通道是必要的。

事實(shí)上，巖石力學(xué)及土力學(xué)同地質(zhì)學(xué)的結(jié)合從一開(kāi)始就被認(rèn)為是學(xué)科發(fā)展的要點(diǎn)之一。Ｔｅｒｚａｇｈｉ和Ｍｕｌｌｅｒ教授皆為后人做出了楷模。

進(jìn)入２１世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)、土力學(xué)與巖土工程學(xué)會(huì)及工程地質(zhì)與環(huán)境學(xué)會(huì)合作構(gòu)建了國(guó)際地質(zhì)巖土工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ

ｏｆ

萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＧｅｏ—ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ，ＦＩＧＳ）。聯(lián)合

會(huì)約定的分工如下：工程地質(zhì)做出地質(zhì)建模，巖土力學(xué)進(jìn)行計(jì)算分析，巖土工程開(kāi)展設(shè)計(jì)和旖工（見(jiàn)圖２（ａ））。這一方案思路簡(jiǎn)潔可行，但要融合成為整體尚有很大空間，需做大量工作。作者在ＦＩＧＳ的三角關(guān)系圖上添加了一些合作的環(huán)節(jié)（見(jiàn)圖２（ｂ））。

圖２巖土力學(xué)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系

Ｆｉｇ．２

Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｓｃｉｅｎｃｅｓ

巖石工程分析計(jì)算所需參數(shù)的確定和選擇應(yīng)由地質(zhì)研究圈劃出相對(duì)均一單元體，而后根據(jù)巖石力學(xué)本構(gòu)關(guān)系的要求，通過(guò)試驗(yàn)和分析得出結(jié)果。巖

石工程的設(shè)計(jì)應(yīng)同地質(zhì)調(diào)查結(jié)合開(kāi)展勘探和測(cè)試工

作，并同巖土力學(xué)分析結(jié)合開(kāi)展試驗(yàn)和模擬研究，以提高巖石工程設(shè)計(jì)的可靠性。

工程地質(zhì)學(xué)家、巖石力學(xué)學(xué)家需同設(shè)計(jì)、施工工程師密切結(jié)合，通過(guò)多元知識(shí)的綜合集成方可設(shè)計(jì)和建成高質(zhì)量的巖石工程。

多學(xué)科的合作歸根到底是學(xué)科之間知識(shí)的交互和融合，因此必須建立一條知識(shí)通道。地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)之問(wèn)的通道應(yīng)從兩頭開(kāi)通。在通道中間應(yīng)有知識(shí)轉(zhuǎn)化的接口，將通道聯(lián)成整體。中問(wèn)接口的意義在于取得雙方的共識(shí)，以達(dá)到學(xué)科知識(shí)交融的目的。從地質(zhì)科學(xué)來(lái)看，最基本的問(wèn)題在于巖石力學(xué)研究中應(yīng)該如何看待巖石。作為巖石力學(xué)研究對(duì)象

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巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)

２００９焦

和巖石工程所處的介質(zhì)，巖石應(yīng)區(qū)別于其他人工材料，那么它的特殊性何在，這就需要追究巖石的本質(zhì)性，而從地質(zhì)學(xué)趨向巖石力學(xué)的知識(shí)通道也就從此處進(jìn)口。圖３是學(xué)科知識(shí)溝通的內(nèi)涵。

地質(zhì)

物理力學(xué)本質(zhì)性

本屬性

本構(gòu)性

物質(zhì)性不均一性變形特性結(jié)構(gòu)性各向異性強(qiáng)度特性賦存性不連續(xù)性滲透性演化性

時(shí)態(tài)性

流變性

圖３巖石力學(xué)研究中的三大屬性

Ｆｉｇ．３

Ｔｈｒｅｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｓｔｕｄｙｏｆｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ

所謂本質(zhì)性指物體的內(nèi)在的固有特性，它在本質(zhì)上制約著物體的其他有關(guān)表現(xiàn)和行為。巖石是～種地質(zhì)體，它的本質(zhì)性來(lái)源于其地質(zhì)成因和演化，同其他人工材料有著本質(zhì)的區(qū)別，可稱(chēng)為地質(zhì)本質(zhì)性。

作為巖石力學(xué)研究對(duì)象而言，巖石地質(zhì)本質(zhì)性包含其物質(zhì)性、結(jié)構(gòu)性、賦存性以及演化時(shí)態(tài)性。工程地質(zhì)學(xué)家重點(diǎn)研究工程巖體長(zhǎng)期地質(zhì)演化所形成的物質(zhì)組成，即其物質(zhì)性；長(zhǎng)期應(yīng)力歷史中形成的結(jié)構(gòu)特性，即其結(jié)構(gòu)性；長(zhǎng)期同周?chē)刭|(zhì)環(huán)境的有機(jī)聯(lián)系，即賦存性。在這些研究中，貫穿始終的是地質(zhì)作用和演化過(guò)程，而且從其演化趨勢(shì)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的工程地質(zhì)作用和巖體的工程行為。

巖石地質(zhì)本質(zhì)性的研究必將導(dǎo)致巖石物理本屬性的揭示，以及其成因和展布規(guī)律。巖石物理本屬性指物理特性的整體展布和格局，如不均一性、各向異性、不連續(xù)性及其時(shí)態(tài)性。這些本屬性也必然具有很強(qiáng)的時(shí)態(tài)性，隨著時(shí)間和條件的變化而改變。

地質(zhì)學(xué)家對(duì)巖石地質(zhì)本質(zhì)性有了深入掌握后，方可認(rèn)識(shí)其物理本屬性。在此基礎(chǔ)上，地質(zhì)學(xué)家將可進(jìn)一步理解巖石的變形破壞機(jī)制及其力學(xué)本構(gòu)性。巖石力學(xué)家只有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這些實(shí)質(zhì)性因素，才可考慮它們的作用，建立更加符合實(shí)際的巖石力學(xué)模型和科學(xué)合理的本構(gòu)關(guān)系。而地質(zhì)學(xué)家在理解巖石本構(gòu)性的基礎(chǔ)上又可返回到巖石本質(zhì)性的深入研究中，以期同巖石力學(xué)進(jìn)一步結(jié)合。

萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)３巖石成因演化的地質(zhì)作用

３．１巖石的全球旋回

地球上巖土是地殼物質(zhì)，是地球演化的產(chǎn)物。某階段的巖土物質(zhì)可成為下階段物質(zhì)演化的起點(diǎn)。

一階段的穩(wěn)態(tài)演變可經(jīng)歷漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)代，礦物組分逐漸變化。由一階段物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另種組分也常有很長(zhǎng)的過(guò)渡期，形成過(guò)渡型礦物組分和不同的物態(tài)。

對(duì)巖石的考察地質(zhì)學(xué)家可追溯它的由來(lái)，然而更重要的是推測(cè)它的未來(lái)。以今推古到以古及今，再去以今推后，這是地質(zhì)分析的重要原理之一。

從三大類(lèi)巖石的全球旋回來(lái)看，巖漿巖是由幔源物質(zhì)構(gòu)成的，屬原生巖類(lèi)。而沉積巖則是已有巖石經(jīng)破碎后再度堆積和膠結(jié)而成的，是典型的次生巖類(lèi)。巖漿巖和沉積巖在進(jìn)入高溫、高壓條件下形成變質(zhì)巖類(lèi)，也屬次生巖類(lèi)。但值得注意的足，作為次生巖類(lèi)的沉積巖類(lèi)又成為變質(zhì)巖類(lèi)的源巖。已形成的沉積巖類(lèi)和變質(zhì)巖類(lèi)可再次以源巖組分進(jìn)入新的沉積巖中。而已經(jīng)形成的各類(lèi)巖石在強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)中可能進(jìn)入地殼深部，與巖漿產(chǎn)生混熔，形成新的巖漿源。

巖石旋回的驅(qū)動(dòng)力為地殼運(yùn)動(dòng)同地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的耦合作用，它表現(xiàn)為地殼隆升或仰沖，使巖漿上涌，產(chǎn)生巖漿巖，同時(shí)造成表層巖石剝蝕和運(yùn)移的條件，形成沉積巖：而地殼的下沉或俯沖則可使地球表層被巖石卷入地殼深部，產(chǎn)生變質(zhì)巖，甚至進(jìn)入上地幔巖漿源區(qū)，進(jìn)入漿源中。如此旋回不已，通過(guò)各類(lèi)地質(zhì)作用形成復(fù)雜而多樣的巖石，造成巖石的多樣性。

３．２成巖地質(zhì)作用

巖石成巖作用和早期演化決定著巖石的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，也是奠定地殼物質(zhì)基礎(chǔ)的主要地質(zhì)作用（見(jiàn)表２）。它包含了多種地質(zhì)作用，并構(gòu)成地殼演化的基本過(guò)程。成巖地質(zhì)作用可分為三大類(lèi)：巖漿活動(dòng)、沉積作用和變質(zhì)作用，相應(yīng)形成三大巖類(lèi)（見(jiàn)表２）。

巖漿活動(dòng)是地殼巖石的初始物質(zhì)源泉，所形成的巖漿巖為原始巖類(lèi)。巖漿從漿源流進(jìn)地殼巖層后逐漸冷凝的過(guò)程為巖漿侵入活動(dòng)，結(jié)果形成侵入巖漿巖。它的礦物組成取決于巖漿的主成分，如酸性巖、基性巖、堿性巖等，但通過(guò)巖漿分異及巖漿與圍巖相互作用可形成多種巖性的巖石。后期巖漿活動(dòng)退化過(guò)程中可能再做小規(guī)模的侵入活動(dòng)，形成小

第２８卷第３期王思敬．論巖石的地質(zhì)本質(zhì)性及其巖石力學(xué)演繹

?４３７?

表２巖石建造環(huán)境與巖石組成

Ｔａｂｌｅ２

Ｔｅｃｔｏｎｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｆｒｏｃｋｓａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ

羹纂

沉積環(huán)境巖石組成Ｔ－∞ｔｚ“－ｔ寸性

堂璧苧旦委綴系登躉蓊喜案漂奄巖溶發(fā)育，形專(zhuān)芋暮：。堂冀娑積，陸亳茹輕爰喜：’言。罷ｉ化蓑

成孔洞結(jié)構(gòu)

造相淡水沉積

善：…蕃舞箍裝善“…”‘

多是軟弱相

間組合，含軟弱夾層層狀不均一炷

攀篇∥耋薰蒸辮募譬

薄層組合，層狀不均～一陛，

各向異性

多層組合，層

狀不均一眭，

含軟弱夾層多層組合，層

含鹽陸相，濱海相，濱黏土巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖及

建造湖相

鈣質(zhì)頁(yè)巖等，含鉀鹽、鈉鹽、

狀４ｊ均。“勝，石膏、芒硝等

含可溶夾層

深成及淺成巖漿巖、如橄欖

巖漿深成、淺成各個(gè)地巖、輝綠巖、閃長(zhǎng)巖、花崗均塊體組

巖建質(zhì)時(shí)代巖漿結(jié)晶分

巖、偉晶巖、細(xì)晶巖等，呈造

異相

基巖、巖株、巖脈等形式產(chǎn)

出

套豈鬻≯流形茲茲笳‰羨譬凳衾

攀戮黧搿淼≯霎，Ｐ４－茹ｉ豢ｆ

：竺的巖石，有接觸變各種片巖、片麻巖、石英巖、…’≥。：。：。�！��！鲑|(zhì)，動(dòng)力變質(zhì)，區(qū)大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖等＝』……一

形變的各巖體

竺羹攬票撕形成囂霧搿震曩鋈ｇ警…卒結(jié)翼至二用咻石、堆詳石寺’

構(gòu)

霎嘉掣余漿液及水熱作蝕變巖、高嶺石及蒙脫石化羹器破碎機(jī)

婪嘉糕擴(kuò)變化糯糍翥譬艫辮黧曩

巖組而形成的

不同風(fēng)化系數(shù)的巖（土）

ｉ一……一

巖體或巖脈。

巖漿從漿源流經(jīng)地殼巖層后達(dá)到地面，便出現(xiàn)火山活動(dòng)，產(chǎn)生溢流或噴發(fā)，并相應(yīng)形成火山巖系。溢流巖同噴發(fā)巖有時(shí)相互交替，形成復(fù)雜的巖組。溢流巖的成分主要取決于相應(yīng)的巖漿，如酸性流紋巖、基性玄武巖等。噴發(fā)巖則常同地表沉積物混雜，，形成火山沉積巖系。

地球表層在陸地高處受大氣、水和生物圈的作用，發(fā)生巖石的剝蝕，包括各類(lèi)侵蝕作用，如風(fēng)蝕、浪蝕、喀斯特化、潛蝕等。從母巖剝離出來(lái)的巖石在重力、水力、風(fēng)力作用下搬運(yùn)到異地堆積或水域中沉積下來(lái)，完成成土過(guò)程后，通過(guò)漫長(zhǎng)的固結(jié)和膠

萬(wàn)　

方數(shù)據(jù)結(jié)作用才形成沉積巖類(lèi)，包括碎屑和化學(xué)沉積巖等。

在地殼深處具有一定的高溫、高壓條件下，已形成的巖石受到巖石變質(zhì)作用，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和礦物組成的根本改變，形成不同變質(zhì)程度的變質(zhì)巖類(lèi)。３．３巖石演化的地質(zhì)作用

巖石在形成后又經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)演化才構(gòu)成現(xiàn)今在地殼表層所見(jiàn)的巖石（見(jiàn)表２）。巖石后期演化

的地質(zhì)作用主要可歸納為構(gòu)造形變、蝕變和風(fēng)化三大類(lèi)，其作用主要是造成巖石結(jié)構(gòu)和組成的改變，或稱(chēng)改造。

在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中巖石產(chǎn)生構(gòu)造形變，主要是結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)也有礦物組成的改變，包括生成構(gòu)造應(yīng)力礦物，形成構(gòu)造巖，包括斷層巖等。

巖石蝕變作用是巖石形成后在地殼一定深處受到深部流體，尤其是水熱作用而產(chǎn)生的礦物組成的改變。

巖石風(fēng)化作用是巖石在地表?xiàng)l件下產(chǎn)生變異的

一系列地質(zhì)作用，包括應(yīng)力卸荷、物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化等作用。化學(xué)風(fēng)化作用，如水解作用、淋濾作用等，強(qiáng)烈地改變巖石的礦物組成。３．４小結(jié)

巖石的全球旋回和漫長(zhǎng)的成巖和演化歷史表明，巖石是地質(zhì)歷史產(chǎn)物，它具有多樣性，種類(lèi)繁

多，并形成不均一眭。巖石的非穩(wěn)定時(shí)態(tài)性非常突

出，大多處于演化的某種階段，演化進(jìn)展程度不一，屬于過(guò)渡性產(chǎn)物。即使是同一種巖石，其所具有的組成、結(jié)構(gòu)和物性也不盡相同，所包含的各種物理參數(shù)和力學(xué)性能差異很大。因此，要想對(duì)巖石的力學(xué)特性及其在工程條件下的表現(xiàn)有比較深入的認(rèn)識(shí)和理解，光靠少數(shù)力學(xué)參數(shù)是不夠的，而需要掌握

其全息信息，尤其是礦物組成和結(jié)構(gòu)。巖石全息性能參數(shù)及對(duì)巖石成巖和演化程度信息的掌握是巖石工程和力學(xué)研究以及評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

４巖石的地質(zhì)本質(zhì)性

物體的本質(zhì)性指其自身物性和結(jié)構(gòu)所生成的內(nèi)在本性。巖石力學(xué)家常說(shuō)巖石是一種特殊材料。地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為巖石與其他材料相比，其特殊性可歸結(jié)于其地質(zhì)本質(zhì)性。

由于其賦存性及長(zhǎng)期的演化過(guò)程，巖石也具有演化性。

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