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出版者:石油工业出版社

作者:康永尚

出品人:

页数:181

译者:

出版时间:2005-6

价格:16.80元

装帧:

isbn号码:9787502150976

丛书系列:

图书标签:

• 数学地质，统计学
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《地球深部流变学与岩石圈动力学》 书籍简介 本书聚焦于地球深部物质的流变学行为及其在塑造全球构造和地貌过程中的核心作用。我们深入探讨了地幔和下部地壳岩石在不同温度、压力和应力条件下的本构关系、变形机制及时间依赖性响应。本书旨在为地质学家、地球物理学家以及岩石圈动力学研究人员提供一个全面、深入的理论框架和实验观测的综合性视角。 第一部分：流变学基础与本构模型 本书首先从连续介质力学的基本原理出发，系统梳理了描述物质变形和应力状态的数学工具。我们将重点阐述粘性、粘弹性、塑性及粘塑性流变模型，这些模型是理解岩石圈长期演化的基础。 1.1 粘性流变学：扩散蠕变与位错蠕变 我们详细分析了扩散蠕变（如Nabarro-Herring蠕变和Coble蠕变）的微观机制，强调了晶体结构、晶界扩散在低温高压环境下对宏观粘度控制的重要性。随后，引入了位错蠕变理论，特别是基于幂律关系描述的高温塑性流动。通过对不同矿物相（橄榄石、辉石、石榴石）在特定晶带上的剪切应力-应变率关系进行定量分析，构建了适用于地幔环境的流变参数集。书中包含了大量实验流变学数据，用于校准和验证理论模型。 1.2 粘弹性与粘塑性行为 地球岩石圈的响应往往表现出对加载速率的敏感性，即粘弹性行为。我们引入了广义Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型，并扩展到更复杂的Prony级数表示，用以模拟地震循环中的瞬态和稳态响应。在讨论粘塑性方面，重点阐述了屈服准则（如Tresca和von Mises）在描述岩石从弹性到塑性转变中的应用，并结合断裂力学初步探讨了岩石在强非均匀应力场下的破坏模式。 1.3 复杂流变学：流体活化与双尺度变形 本书超越了单一变形机制的限制，探讨了在实际地壳和地幔中普遍存在的多机制耦合现象。特别关注了富含流体（如水）条件下岩石强度的大幅降低（流体活化效应），并通过实验数据展示了孔隙流体压力与有效正应力对蠕变率的非线性影响。此外，引入了双尺度流变模型，该模型考虑了微米尺度晶粒的粘性流动与宏观尺度构造单元（如剪切带、岩浆房周围区域）的非牛顿流动之间的相互作用。 第二部分：岩石圈的温度-压力-应力环境 流变学参数与具体的地球物理环境紧密相关。本部分致力于构建精确的温度和应力场模型，以指导流变学模型的应用。 2.1 热结构与热场建模 我们建立了描述大洋岩石圈和大陆岩石圈热演化的二维和三维热传导模型。通过耦合放射性生热率、地幔对流引起的底部热流变化以及岩石圈的构造拉伸和增厚过程，计算了岩石圈不同深度的温度剖面。特别关注了岩石圈地幔的冷却历史及其对岩石圈厚度和密度的影响。 2.2 构造应力场与应力平衡 运用板块运动学约束和岩石圈的弹性或粘塑性力学响应，重建了区域构造构造的应力状态。我们采用了有限元方法（FEM）来模拟大型构造带（如俯冲带、裂谷带）的应力传递和应变集中。书中详述了如何利用GPS形变速率、地震矩张量反演结果来约束当前地壳的应力场，并将其与深部流变结构相结合，分析应力在岩石圈不同层序间的耦合或解耦。 第三部分：流变学在构造动力学中的应用 流变结构决定了板块运动的驱动力和地形的长期演化。本部分将理论模型应用于实际的构造地质问题。 3.1 岩石圈物质的有效粘度与板块驱动力 我们将前面建立的流变参数代入到地幔对流模型中，计算出岩石圈的有效粘度图谱。重点讨论了岩石圈底部（转换带附近）低粘度层对地幔对流模式的抑制作用，以及大陆岩石圈“刚性盖层”对深部对流的影响。通过耦合重力驱动力与流变阻力，定量评估了俯冲带拖曳力、拖曳力（Slab Pull and Trench Suction）在驱动板块运动中的相对贡献。 3.2 剪切带的形成与演化 剪切带是构造应变集中的主要载体。本书采用粘塑性本构律，模拟了在恒定剪切速率下剪切带的形成过程，包括颈缩阶段（Neck-in）、稳态流动和材料软化机制（如动态恢复和颗粒破碎导致的粘度降低）。我们展示了如何通过流变学参数的差异来解释不同区域（如转换断层、走滑带）剪切带的宽度、强度和变形模式。 3.3 大陆伸展与裂谷形成 在大陆裂谷和洋中脊的形成过程中，岩石圈的流变结构控制着岩浆侵入和构造破裂的几何形态。我们利用有限元方法，模拟了受到拉伸载荷作用下的岩石圈，比较了高粘度岩石圈与低粘度岩石圈在形成正断层、岩桥和岩浆通道时的差异响应。特别关注了地幔楔的流变学特性如何影响岩石圈的垂向剥离和地幔物质的上涌速率。 第四部分：实验岩石学与地球物理观测的桥梁 本书强调了实验数据对理论模型验证的重要性，并探索了如何将流变学参数反演到地球物理观测中。 4.1 实验流变学方法的局限性与外推 系统回顾了高温高压变形实验（如旋转角转臂、轴加载）获取的流变数据。讨论了实验尺度（毫米到厘米）与构造尺度（公里到千公里）之间的尺度效应（Scale Effects），以及如何通过引入微观结构演化参数（如晶粒尺寸、织构演化）来修正外推模型。 4.2 从地震波速反演到流变结构 阐述了如何利用地震波剪切波速的各向异性来推断地壳和地幔中岩石的织构演化，进而反演出局部的流变应力状态。探讨了在地球深部存在慢波速异常区域时，如何通过结合流变模型来解释热异常和流变弱化之间的耦合关系。 结论与展望 本书总结了当前地球深部流变学研究的成就，并指出了未来研究的关键挑战，包括对含水矿物在高应力下的复杂流变行为的精确描述、以及将流变学与岩浆动力学更紧密地结合起来，以期更全面地理解地球的长期构造演化和地貌响应。本书为深度理解岩石圈物质的“刚性”与“塑性”之辩，提供了坚实的理论与数据基础。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深沉的墨绿色调，配上烫金的字体，散发着一种古典而又现代的气息。拿到手里，纸张的质感也相当考究，不是那种廉价的纸张，翻阅起来手感很舒适，让人忍不住想要多翻几页。内页的排版也做得非常用心，字体大小适中，行距也处理得恰到好处，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到很疲劳。我尤其喜欢它在图表和插图的运用上，那些复杂的概念通过精美的图示变得直观易懂，这对于理解那些抽象的理论来说，简直是太友好了。那种用心雕琢细节的感觉，让人觉得这本书不仅仅是一本书，更像是一件艺术品。我本来还担心内容会太过晦涩难懂，但光是这份对阅读体验的重视，就已经让我对它充满了期待。每次把它摆在书架上，那种低调的奢华感都能提升整个书房的格调。

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说实话，我对这类跨学科的书籍一向抱有十二分的警惕，因为很多时候，跨界的作品往往是两边都浅尝辄止，最终落得个“样样通，样样松”的尴尬局面。但这本书完全打破了我的固有印象。作者在阐述数学原理时，那种严谨和精确，丝毫不输于任何一本纯粹的数学教材；而在将这些原理映射到地球科学的宏大背景下时，那种洞察力和解释力又显得如此自然流畅。我特别留意了其中关于张量分析在构造地质学中的应用那一章，它把原本抽象到令人头疼的应力应变关系，用一种非常直观的几何语言重新构建了出来，让人豁然开朗。它不是简单地把公式搬过来套用，而是深入探讨了数学结构与地质物理本质之间的内在联系，这种深度的融合，是很多一般性读物难以企及的。读完这一部分，我感觉自己对板块构造的理解提升到了一个新的层次。

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这本书的作者群似乎真的下足了功夫，里面的参考文献列表长得令人惊叹，横跨了数学、物理、计算科学和地球科学的多个前沿领域。这绝不是一本闭门造车、只参考了几个经典教材的作品。我注意到一些非常新近的、在国际顶级期刊上发表的成果也被巧妙地整合进了论述体系中，这让整本书保持了极强的时效性和前瞻性。对于我这样的研究人员来说，一本好的参考书，其价值很大程度上体现在它能否成为通往更深层次研究的阶梯，而这本书无疑就是这样一座坚实的桥梁。它不仅解答了我目前遇到的问题，更重要的是，它指明了未来几年这个交叉领域可能的发展方向。我甚至觉得，这本书本身就可以作为一份非常全面的研究综述来看待，每一个章节都像是打开了一个新的研究领域的大门。

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这本书的语言风格，有一种沉静而有力的美感，读起来让人感到心绪平和，仿佛置身于一个宁静的、逻辑清晰的知识殿堂之中。作者的叙述节奏把握得极好，不会因为想塞进太多内容而显得拥挤杂乱，也不会因为过于简化而显得单薄空洞。它采用了一种类似于哲学思辨的方式来引入新的数学概念，先探讨其在地球系统建模中的必要性，然后再给出精确的定义和推导。这种“先为什么，后是什么”的叙述逻辑，非常符合人类的学习习惯。我尤其喜欢它在每章末尾设置的“思考题与拓展”，这些问题不是简单的计算回顾，而是引导读者去思考模型假设的局限性以及未来改进的方向，极大地激发了读者的主动探索精神。总而言之，这是一本既能让人扎实地打好基础，又能引领人走向学术前沿的宝典，阅读过程本身就是一种享受和提升。

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我最近在研究一些关于非线性动力学在地球系统中的应用，找了好几本相关的专著，但很多都流于理论的堆砌，缺乏实际操作的指导性。这本书的结构安排得非常巧妙，它并没有直接跳入那些让人望而却步的复杂方程组，而是从基础的数学工具入手，循序渐进地搭建起理解地球过程的逻辑框架。特别是它在介绍概率论和统计学在数据分析中的应用那一部分，举的例子非常贴近地质学的实际问题，比如地壳形变数据的误差分析，或者沉积物颗粒大小的分布模型。这让我感觉作者不仅是数学家，更是深刻理解地质学家思维的同道中人。这种理论与实践紧密结合的叙事方式，极大地增强了阅读的代入感和实用价值。我甚至已经开始尝试用它提供的思路来处理我手头上正在进行的一个小项目的数据了，感觉思路一下子开阔了许多，确实是本难得的工具书。

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