运动力学研究范例

运动力学研究

运动力学研究范文1

我国当下的体育运动项目教学正处于向实践性与理论化相结合的教学模式的重要转型期。本文简要介绍了体育运动项目教学理论与实践活动相结合的实施意义,对目前存在体育运动项目教学理论与实践方面的缺陷进行了分析探讨,并针对体育运动项目教学理论与实践方面缺陷的应对方式和策略提出一点个人的看法,力图为各位体育运动项目教育同仁们在该领域的工作提供一点有益的建议。

【关键词】

运动项目;教学理论;实践;研究

在当前我国国家经济实力获得持续提升的同时,我国的教育领域的各项相关改革也不断趋于深入,其中在体育运动教育方面也获得了许多进步[1]。我国当下的体育运动项目教学正处于向实践性与理论化相结合的教学模式的重要转型期[2],这对于体育运动项目教学体系也提出了更高的新标准,即要求该教学体系在传统体育运动项目已有的基础之上,向科学性和多元化发展,强调教学理论与教学实践结合的有效性。特别是当下学生在体质较弱的同时还面临着来自于方方面面的诸多压力,更有必要加强体育运动项目教学理论与实践的研究工作,以期通过二者的有效结合提高体育运动项目教学研究成果在实际工作中的可操作性,切实提高学生自体育运动项目教育中获益的可能性。

1实施体育运动项目教学理论与实践活动相结合的意义

传统的体育运动项目教学方法已成形成了一套固定的模式,当下有些体育运动项目的执教者常流于对教学形式的简单套用,而对运动项目教学内部所存在的逻辑性视而不见。事实上体育运动项目的正确实施是建立在一整套的训练学和生理学机制基础之上的,并且这些机制贯穿于包括准备活动时期以及正式实施时期在内的整个体育运动项目的实施过程之中。体育运动执教者应对于个体身体机能的状态及其在运动状态时的改变情况做深入了解,方能保障体育运动项目的有效实施和运动者运动的安全性。举例说明,准备活动的意义在于协调运动者运动系统与其内脏系统工作能力之间的平衡,体育运动执教者必须了解不同个体在这个协调时间上存在着差异性的现实,因而要安排足够的时间让运动者进行准备活动,用以将受教育者的情绪调整到适于进行体育运动项目的状态,促进运动者提升肌肉系统供氧能力与身体散热功能的加速。体育运动执教者将类似的教学理论准确地应用于实践教学中,有利于体育运动项目教学目标的最终实现,有利于促使受教育者安全有效地实施体育运动项目,从这个意义上说,将体育运动项目教学理论与实践活动相结合极为重要和必要。

2目前存在于体育运动项目教学理论与实践方面的缺陷

目前存在于体育运动项目教学理论与实践方面的缺陷是不容回避的,主要表现为:①执教者对于体育运动项目的教学主体认知不够清晰。基于体育教学论的高度,执教者在教学过程中是主导者角色而非主体角色。②体育运动项目的教学方式和内容均存在着一定的固化性,缺乏新意,难以适应时代的进步。③体育运动项目教学理论的科学化运用力度不够,体育运动项目执教者尚不能自如地将科学的教学理论运用于具体的教学实践过程之中。

3体育运动项目教学理论与实践方面缺陷的应对方式和策略

3.1重视体育运动项目教学过程中受教育者的主体角色

体育运动项目教学理论将受教育者置于教学实践的主体地位,这一点在现实的教学过程中常得不到切实的践行。体育运动项目执教者对教学主体的认识不够清晰,必将导致体育教学活动出现较大的偏差。这就要求我们的体育运动执教者们必须对学生是教学主体这一理念保持清醒的认识,在教学实践中注重自身引导功效的发挥,避免将学生置于执教者的附属地位。有效的体育运动项目的教学应是受教者与执教者均获得价值体现的双赢局面,而非执教者所实施的单向式的盲目传授。

3.2对体育运动项目的教学方式和内容要根据教学实境实施灵活机动的调整

当下相当一部分体育运动执教者一直延用着单一陈旧的传统教学方法和机械固化的教学内容,对于体育运动项目教学创新不甚积极,这导致教师的教学水平停滞不前,受教育者对体育运动项目的学习产生抵触厌倦情绪[3]。基于体育运动执教者们个体教学能力的不同,导致其所组织的体育运动相关教学活动呈现出差异性,换句话说,体育教学方式和内容的缺乏新意一定程度上是因体育运动执教者实际操作时的相对性僵化和呆板造成的。因而有必要在体育运动执教者的创新能力培养方面下大力气,提高其对体育运动项目课程的内在理解能力,重点培育其对体育运动项目个体化的依据教学实境实施灵活机动调整的能力,使他们有能力利用对教学实践中的恒定因素与变量因素的有效结合,实现对教学内容和教学方式的科学掌控。

3.3在具体的微观体育运动项目教学过程中切实运用科学化的运动项目教学理论

体育运动项目教学理论的科学化必须运用于具体微观的体育运动项目教学实践中方能得以落实。举例来说,以心率的准确测定来确定运动者的体能运动的强度和心脏功能,对参与体育项目训练的学生测量其最大摄氧量和乳酸阈值以便确定学生的有氧工作能力,用以衡量运动者体质的健康程度;要使受教育者对运动项目的学习和分析能力获得提高,执教者可于教学实践中利用姿势反射、翻正反射、直线加速反射、旋转反射等实施系列化的讲解等,这种将运动教学理论有效运用于教学实践中的方式有利于更好地实施体育运动项目知识和技能的传授。

4结语

实践活动需要来自于理论所提供的指导,而理论的价值体现也是于对实践活动的指导过程中方能获得实现的,这一点在体育运动项目教育领域同样适用。学校体育运动项目教学理论研究工作应当适应时代的要求和特点,扎根于体育运动项目的教育实践之中,通过教学的实践过程来丰富和检验理论的价值。体育运动项目的执教者必须正视当下体育运动项目教学理论和实践研究中的缺陷,采取各种适宜的应对方式和策略,紧密结合具体的教学实践来学习和运用先进的理论和实践研究所获得的成果,为我国体育运动项目教学理论与实践运用的发展助以一已之力。

作者:方放 单位:长春中医药大学

参考文献:

[1]刘洪.创新教育理念下体育教学方法理论与实践探析[J].科技风,2014.

运动力学研究范文2

关键词:运动力学;机械结构设计;应用

机械结构设计是一项复杂的工作。运动力学对机械结构设计具有理论指导作用。在机械结构设计不断创新的背景下,研究人员也在深入研究运动力学理论,以此希望优化机械结构设计,提升机械结构设计质量。

1机械结构设计特点及设计要素

1.1机械结构设计特点

机械结构设计具有以下特点:(1)一体化设计。机械结构设计思考、绘图、计算等工作是统一的、紧密相连的。这就意味着机械结构设计的工作量比较大,出现的问题比较多,设计人员若想保证机械结构设计的质量,就要深入探讨整个机械结构设计过程,尽可能地保证每一个设计环节都能准确、完善。(2)涉及的问题比较多,且具有复杂、多解的特征。比如,对于同一个设计,可以制定多个设计方案。作为设计人员,应充分发挥自身的主导作用,从中选择最佳的设计方案,保证机械结构设计的质量。(3)活跃性最强。在机械设计中,需要对方案不断地修改、优化、完善,以满足设计要求。这一过程是非常繁琐、复杂的。

1.2设计要素

在机械结构设计中,必须要考虑各种设计要素,保证机械结构设计符合要求。但是,设计人员也应当充分认识到,在机械结构设计中,涉及的理论、技术要素非常复杂,需综合考虑各种影响因素,保证机械结构设计方案的合理性。首先,在机械结构设计中要考虑几何要素。相对来说,机械结构设计是一项非常精密的工作,各部分之间的咬合、位置、距离都需要经过精心设计。在这一过程中,必须要考虑几何要素、科学设计机械零部件的面,并充分考量各零部件的接触设计。其次,在机械结构设计中要充分考虑联结要素。设计人员不仅要对单个零件的设计进行分析,更要充分考虑不同零件之间的联接问题,尤其要科学地设计不同零部件之间的功能面联接方法。另外,在机械结构设计中,不同零部件之间的联接包括直接联接、间接联接两种。在直接联接的设计中要充分考虑其功能面之间的缝隙问题,确保功能面之间的摩擦力最小,在间接联接中则要充分考虑联动轴设计。最后,材料要素。材料选择对机械结构设计的影响非常大,尤其是在一些易磨损的部位,必须要选择耐磨损、质量好的零件,保证机械设备的运行效率。

2运动力学在机械结构设计中的应用准则

2.1满足力学设计要求

满足力学设计要求,具体来说,是在机械结构设计中充分考虑弹性力学、疲劳力学等力学准则,以便提升机械结构设计的科学性。其中,疲劳力学与轴承、齿轮、轴的使用寿命有着密切的联系。在具体设计中,设计人员需要充分考虑机械零部件的荷载变化,并灵活处理力学计算结果,优化产品结构,延长机械产品的使用寿命。同时,在这一过程中,设计人员还需充分考虑零部件截面尺寸的变化,保证其内应力能灵活变化、各截面强度能相等。这样就可保证材料能得到充分利用。如在阶梯轴、悬臂支架的结构设计中,其截面强度都是相等的。阶梯轴。

2.2不断创新设计理念

就目前来看,大部分机械结构设计多应用机械结构设计变元法,即对机械结构设计的相关要素进行优化、筛选,保证能将最新的设计理念、方法应用到机械结构设计中。所以,在现代化背景下,要继续加大机械结构设计理念的创新,不断优化机械设计方法。

2.3积极引入新材料

随着我国科学技术的发展,新材料、新工艺不断出现。在这一背景下,设计人员更要尝试引入新材料,并依据新材料特性优化机械结构设计,从而保证能充分发挥新材料的优势,提升机械结构质量,延长机械结构的使用寿命。尤其是充分考虑新材料的力学性质,深入优化机械结构设计的每一个环节[1]。

3运动力学在机械结构设计中的具体应用

3.1应用步骤

运动力学应用是一个系统性的工程,涉及的要素、环节非常多,需要机械结构设计人员充分掌握运动力学基本理论,并在此基础上进行机械结构设计的论证、实验,从而选出最优的机械结构设计方案。其具体应用步骤包括:首先,整体分析运动力学设计策略。在应用运动力学时应当从整体入手,确定设计策略,而后再进行分支应用模型的构建。这样可以规范、有效地应用运动力学。在形成整体策略时,设计人员应先充分考虑运用整体策略想要达到的目的,并形成一个比较模糊的设计概念。需要注意的是,对于精密度要求比较高的机械结构设计,还需充分应用微积分计算、模糊计算等运算方法,将运动力学灵活应用到机械结构设计中。这样,设计人员就可以基本确定机械结构尺寸、占用空间。随后,就可以科学地选择应用材料,并分析机械结构在运动中发生的参数变化情况。其次,确定机床结构。对于重要零部件的设计应当在图纸上给出理论阐述,在实际组装中保证其能顺畅对接。实现这一目标的前提是科学设计机床结构,因为机床是制作各种关键零件的主要工具,科学设计其结构可以保证重要零部件的设计、制作质量,还可以在冲压过程中对重要零部件进行力学分析,并通过适当地改变机床结构,进行重要零部件结构力学的试验。在这一过程中,设计人员还应当保证设计图纸与实物对应,避免实物存在偏差,无法完成预期设计目标的现象。再者,应当合理设计机械结构各部件及总体结构形式功能。对机械总体结构、形成、机器功能进行设计,充分彰显出运动力学在机械结构设计中的应用优势,并保证机械结构部件功能、性质等在较小物理碰撞下仍能正常运行。比如机械结构设计空间较小,可通过设计使部件更换变得更加简单、方便。以齿轮、皮带等损耗性部件为例,应当在保证其机构合理的前提下,用小齿轮代替皮带,这样可延长机械结构的使用寿命。另外,在这一过程中还应充分考虑运动力学理论,合理设计机械运动方式。最后,应结合运动力学理论,进行机械结构设计结算,对其结械结构进行优化。设计人员一定要充分掌握相应的计算方法,如可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)、数控系统、运动控制对应的逻辑算法。以N轴联动机械手算法为例,设计人员应当充分计算臂关节、轴关节等所遵循的运动方程,并结合弹性力学、流体力学等,考虑各关节所承担的任务,并以此为基础确定其设计形状,然后结合热变形、受力情况等因素确定形状、位置、尺寸。

3.2运动力学在零部件链接中的应用

机械结构包含的零部件非常多,且不同零部件之间的链接方式并不相同。不同链接方式的作用、效果也是不相同的。所以,设计人员应当充分依据运动力学理论,科学确定不同零部件之间的链接方式,以免零部件的链接方式不正确,导致机械结构整体功能无法发挥。如在机械结构设计中,需要考虑观测力矩变化,计算不同联接点之间的摩擦力、压力,从而选择零部件的链接方式。一般来说,每个零部件至少有两个与其相连的零部件。在考虑其链接方式时,需认真分析其材料热处理方式、尺寸、精度、表面质量等。同时,还需计算其联结精度、尺寸等。需要注意的是,随着其关联零部件个数的增多,其结构就越复杂,精度就越高。设计人员应从大局出发,考虑各种影响因素。

3.3在零部件损耗中的应用

机械结构的零部件非常多,且所有零部件都能顺畅对接。在机械结构的运动中,各零部件也会运动。并且,在相互运动中,零部件会发生摩擦,出现损耗。最重要的是这种损耗是无法杜绝的。所以,设计人员只能结合运动力学理论,尽量减缓零部件之间的损耗,延长机械结构的使用寿命。具体来说,要结合零部件的运动情况、运动力学理论,精确计算零部件结构的损耗情况,并确定其损耗系数,然后从零部件材料、保养等方面入手,降低零部件结构的损耗。这种方法在精密度比较高的机械结构中应用最为广泛。以往复式活塞隔膜泵的曲柄滑块机构为例,若其零部件出现磨损,可建立含间隙隔膜泵磨损故障时的动力学分析模型,并结合力学特性,对其磨损故障进行非线性分析,然后再通过计算其动力学方程,得到其磨损部件运动的结论。接下来,在此基础上制定针对性的故障处理、保养措施。总之,运动力学在机械结构零部件的损耗中也有着非常广泛的应用[2-3]。

4结语

运动力学理论知识对机械结构设计有着非常重要的指导作用,设计人员应当充分了解运动力学理论知识,并依据相应的准则开展机械结构设计。同时,还应按照一定的步骤进行机械设计,最重要的是要在零部件链接、零部件损耗中应用运动力学理论知识,指导其设计工作。

[参考文献]

[1]陈冲.运动力学在机械结构设计中的应用[J].赤峰学院学报:自然科学版,2017,33(19):62-64.

[2]乔栋.解析运动力学在机械结构设计中的应用[J].绿色环保建材,2016(8):59.

运动力学研究范文3

近年来,非线性动力学特别是分形几何和混沌科学的理论被广泛地应用于许多领域,包括经济学、生物学、医学和社会学等方面的研究。在生物医学中的应用主要是对生物医学信号的非线性动力学参数的计算,进而通过比较这些参数分析结果以得到可靠的医学信息。常用的非线性动力学参数主要包括:维数、熵及李亚普诺夫指数。

1.维数

维数是用来描述物体的空间几何形状,如1维、2维等日常所说的整数维及如1.5维、3.5维等分数维的几何空间形状。为了分析信号的分形特征,测量的信号在不同时刻之值生成重构坐标矢量,从而构成相空间(即重构相空间)。分形维数分析了信号在不同尺度下相同程度的复杂特性,信号最基本的分形特征就是它的分数维数。关联维是分数维的一种,常被用来分析生物医学信号,按照GP法(GrassbergerandProcaccia,1983)计算出来的,它是一个相空间中轨迹的几何度量,描述轨迹中两点的关联性。关联维数值的大小表示相空间中轨迹的复杂或不规则程度,所以能够定量描述嗓音信号的复杂程度。例如,恒定信号(吸引子是一个不动点)的维数是0,周期信号(如正弦波)的维数是1,随信号的复杂程度而逐渐增加,这样就可以定量测量声带振动的信号,评估其复杂性。

2.熵

熵是描述信号系统的可预测性,是系统混乱无序程度的量度。在非线性动力学中,用熵来估算产生新信息的速率,如熵趋近于0,则系统在作规则运动(如周期运动),相反,如熵值趋近于无穷,则系统处于完全随机的过程。对于一个混沌系统,可以用熵来测量信号的复杂程度,借此可根据信息的丢失和产生的速率对系统进行分类,判断系统的复杂程度。周期运动的熵为0,随机运动的熵为无限大,混沌运动的熵是一个有限的值,可表示信号的不规则程度,这样也可以量化声带振动的信号,评估其复杂程度。

3.李亚普诺夫指数

李亚普诺夫指数描述了混沌系统对初值的敏感程度。该指数可以衡量系统相空间相邻轨道的平均指数型发散或收敛的速率,为对系统初值敏感性的一个动态度量。李亚普诺夫指数可以是负值、正值或0,对于n维相空间就有n个李亚普诺夫指数,构成李亚普诺夫指数谱,它们分别表示轨道在相空间不同方向的发散性(表示发散快慢的度量)。对于稳定不变的定态或周期过程这类规则运动,所有李亚普诺夫指数都是负值或0,混沌状态常有个正值李亚普诺夫指数,即如果信号的最大李亚普诺夫指数小于或等于0,便是周期或稳态,如果信号的李亚普诺夫指数大于0,则是混沌运动。如系统为确定性,正的李亚普诺夫指数为确定混沌运动重要依据之一,这样可以判断某种声带振动的信号是否为混沌运动。

混沌系统具有非整数的分数维数、正有限值的熵以及至少一个以上的正李亚普诺夫指数,并且熵的数值以及最大李亚普诺夫指数越大,系统的混沌性越强,系统的动力学程度越复杂。维数则确定了需要系统的自由度数,维数越高,系统需要的自由度数即状态变量越高。故可以通过计算这些参数值的大小来量化信号的复杂程度,从而量化疾病的轻重程度,为临床疾病的诊断、预后评估提供参考。

二、非线性动力学方法在嗓音医学中的研究现状

声带的振动和发声是一个复杂的非线性过程,主要表现在空气动力能转换为声能的过程。声带的非线性本质使得非线性动力学方法在揭示病态嗓音的发声机制上有重要的研究意义;非线性动力学方法可用于声带振动的有限元模型以及声带振动的高速摄影,能够在一定程度上定量测量声带黏膜波;临床嗓音声学信号的分析能够提供非侵入的客观方法评价病态嗓音及其治疗效应,非线性动力学方法为分析病态嗓音声学信号提供了一种新的分析方法,且更能反映产生病态嗓音声学信号的病理生理[5~9]。

1.非线性动力学方法在声带振动特征研究中的应用

在病态嗓音的发声机制中,线性理论(扰动方法)很难解释为什么小的声带质量和劲度的改变以及声带的不对称能够使发声质量产生定性的改变(从规则到不规则),这是因为发声是一个复杂的非线性生物力学和空气动力能转换为声能的过程。声带的非线性特性表现在组织应力和应变的非线性关系、声带振动的非线性及声门气压和气流的非线性关系。首先,声带组织是有粘弹性的,其形变并不完全满足弹性体的线性胡克定律,在大的组织形变下,应力和应变明显的表现为非线性时变关系。拉长组织产生的劲度不稳定,而是随着时间而逐渐松驰,这样的粘弹性也表现在两侧声带的碰撞中。其次,声门内的气压和气流满足非线性纳维斯托克司(NavierStokes)方程,在声门下压的作用下,空气以高速冲出于声门处,产生不稳定的声门气流或湍流,声带黏膜形成波动,声带组织性质发生变化时,黏膜的波动情况将发生改变。

临床上,帕金森病、声带疤痕可能导致声带组织硬度异常高,声带麻痹可能导致声带劲度不对称;声带息肉、小结、囊肿等可能导致声带质量和劲度的异常。这些声带疾病所导致的生物机械参数的异常改变产生不规则的声带振动和非周期的嗓音。通过对两侧声带施加不对称的质量、硬度和劲度致声带非对称来模拟声带麻痹下的不规则振动[6~8]表明,当声带的生物机械参数(如硬度、质量、劲度等)超出正常范围时,声带的振动变得不规则。Jiang[9,10]研究声带的模型和离体喉时认为声带的振动是不规则的,非线性动力学方法可有效地描述和定量测量声带不规则的振动。非线性动力学方法在研究声带振动的机制上有重要作用,Tao等[11]应用非线性有限元流固耦合模型,考虑到气流、气压的非线性以及声带组织的非线性,模拟气流动力能与声带组织耦合从而引起声带组织产生振动的情况,并分析声带表面的压力分布情况,非线性有限元模型可以设置复杂的边界条件和查看空间的受力信息,很好的应用于分析嗓音滥用、声带小结或其他病变时声带的振动方式。然而,声带组织的生物力学指标(用于设置非线性有限元模型的边界条件),比如弹性、阻尼、有效质量等,直接与声带的生理特性有关。这些指标通常不能非侵入地在人类活体内测量,目前所得到的指标主要来自于离体人喉或狗喉的指标,而这些与人类活体可能存在一些差别。非线性有限元模型主要还是控制声带不同的初始状态去研究声带振动的机制,是建立在声带起始振动时的声门状态,不但可以影响到声带组织是否能够同时相地开始振动,而且决定了声门区由气流动力学能量向声能转换过程中的能量损失程度,声带振动的起始状态对声带的整个振动具有重要作用。

2.非线性动力学方法在声带黏膜波研究中的应用

声带黏膜的运动是指当声门下气流冲击声带,声带黏膜及黏膜下组织相对于相对固定的声带肌发生周期性的位移,沿着声带内侧面由下至上依次交替地做向内(关闭)或向外(打开)运动的过程,这种类似液体波浪的运动,称为声带黏膜波动[1],是一个三维的运动,不是单纯的直线运动,本身就存在着非线性特性。

Jiang等[12]采用最小二乘法定量提取VKG图像中声带左、右、上、下四个缘的参数,适合近似于周期的信号,但受声门下压和扫描部位的影响,不能定量分析非对称性的振动。Zhang等[13]应用高速摄影研究病变声带振动,通过分析声门区域信息显示病变声带振动具有非线性特性,声带黏膜的运动幅度、周期和相位差也可应用非线性动力学方法分析。Mergell等[14]应用高速摄影获得黏膜波动的参数信号导入生物力学模型模拟声带麻痹患者声带不规则振动的动力学,认为麻痹的声带振动动力学为低维吸引子的振动,具有混沌的特性。Tao等[11,15]使用同步理论测量发声时声带所受的压力情况,发现同步连续体模型与实际的声带表面有相同的压力分布,在研究非线性有限元模型时,其可用于研究声带黏膜波幅度的测量和分析。Zhang等[16]利用高速摄影揭示了声带不规则振动的时空混沌的动力学机理。

声带黏膜是由声带上皮层和固有层浅层组成的,当病变引起声带解剖结构发生改变时,声带黏膜波动将发生改变。临床上,绝大部分嗓音疾病是由声带解剖结构改变而引起的,对声带黏膜波幅度、时相和相位差的改变情况进行定性或定量测量在嗓音疾病的诊断、治疗和评估预后中具有重要作用。非线性动力学方法可用于声带振动的有限元模型以及声带振动的高速摄影,能够在一定程度上定量测量声带黏膜波。

3.非线性动力学方法在分析嗓音声学信号中的应用

Titze(1995年)从非线性的角度,把嗓音声学信号定性地分成三类:第1类信号是周期或者似周期的,含有强烈的基本频率(f0);第2类信号含有强烈的周期调制或次谐波(f0的分倍数);第3类信号是非周期的混沌信号和噪声。目前,这三类嗓音声学信号在临床上的分析多是采用传统的扰动分析方法(如短期幅度和频率扰动方法),其具有对基频的依赖性及对非周期信号的不稳定性[17],第二类和第三类嗓音声学信号常常很不规则而难于提取稳定基频,不适合传统的扰动方法分析。嗓音疾病患者的嗓音声学信号多是第二类和第三类信号,特别是疾病较严重的时候,声学信号已属于不规则且无周期性的第三类信号,已不适合应用传统的扰动方法分析,扰动方法并不合适于分析声带疾病中的嘶哑声和气息声。

Zhang等[19]利用非线性动力学方法表明帕金森、声带小结、声带麻痹患者[20]的嗓音声学信号的关联维数显著高于正常嗓音,这表明描述病态嗓音需要更多的自由度或系统变量。Hertrich等[21]应用分形维分析帕金森患者的嗓音声学信号,Giovan-ni等[22]应用最大Lyapunov指数区分了正常嗓音和声带麻痹患的病态嗓音,于萍等[23]也研究出Lya-punov指数可以很好的进行嗓音声学信号分析。Jiang[24]应用非线性动力学方法分析正常人和声带息肉患者嗓音声学信号,得出嗓音声学信号具有低维的特征,可将其应用于临床病态嗓音的分析和评估嗓音疾病。这些研究表明非线性动力学方法的各种指标对区别正常和病态嗓音是有价值的。另外,在分析声带息肉患者手术前后的嗓音声学信号时,发现非线性动力学方法可以很好的预估声带息肉切除术后的治疗效果[25];Chai等[26]研究发现男性吸烟者嗓音声学信号的D2比正常人更高,在评估病态嗓音方面比传统的扰动方法有更好的敏感性。

多个研究显示,非线性动力学方法不需要取代但可补充和完善传统的扰动分析方法在嗓音声学信号分析中的应用[27,28]。Jiang等[29]研究发现声带小结与声带息肉两种嗓音疾病之间的关联维D2有明显差异。非线性动力学方法与传统的扰动分析相比,可以区分不同嗓音疾病,需要更短的嗓音声学信号,更容易适用于强噪声环境,允许更低的采样率[29]。这些优点适合于临床工作中患者配合不好、节奏快、录音条件差等条件下的应用。目前,非线性动力学方法各种指标的计算需要较好的电脑配制、需要新的软件,在临床上应用研究较少,但随着对不规则嗓音声学信号机理的研究不断深入,反映更多的病态嗓音声学信号的特性、非线性动力学方法将会更加实用。

三、展望

嗓音医学是一门研究发声的基本原理、探讨发声障碍的病因、发病机制、治疗及预防的科学。非线性动力学方法为嗓音医学的基础研究提供了一个新的方法,在一定程度上能够定量研究和分析嗓音疾病的特征,为疾病的诊断和预后评估提供参考,在声带发声机制及其影响因素的研究方面有很大的应用前景。

非线性动力学方法在分析嗓音声学信号中已取得了重要的进展,但在各种嗓音疾病研究中进一步的定量分析,特别是对嗓音疾病的鉴别能力有待于进一步研究;声带组织的生物力学参数需要进一步测量,以供声带组织与气流在非线性有限元流固耦合模型中声带振动机制的研究并验证模型的正确性;另外,非线性动力学软件还有待于进一步开发以适合于快节奏的临床工作。目前对于声带黏膜波的测量多局限于定性测量,由于牵涉到三维空间和黏膜波的叠加,黏膜波的定量测量还有待于进一步研究。把高速摄影的数字信号处理运用到声带振动的有限元模型中,应用非线性动力学方法和声带振动的有限元模型定量分析声带黏膜波幅度成为一种可能。

运动力学研究范文4

关键词:柔性臂;结构设计;动力学;控制策略

随着我国工业改革的不断深入,航空、航天、汽车、重工等工业领域广泛采用了机械臂进行相关的生产活动。然而,由于现代科技的不断发展,新技术的不断突破,传统刚性机械臂无法实现高精度、高负载、高速的现代化工业生产。因此,柔性臂作为一种能耗低、重量轻的新型自动化操作装置,受到国内外的广泛关注,特别是电子仪器的精加工、自动化微装配生产线、精密仪器生产等领域都广泛采用柔性臂结构。柔性臂结构工业机器人是一种多输入、多输出、非线性的机械臂系统且具有一定的固有振动特性,因而在超高速、高负载等复杂多变的工况下柔性臂结构的动力学运动轨迹极其复杂,长时间作业时机械臂会发生定位误差、精度下降。因此,需要综合考虑柔性臂工业机器人的动力学特性和控制策略,进而设计出合理、稳定的机械臂结构。

1柔性臂及其原理

柔性臂工业机器人是通过杆件柔性和关节柔性两种柔性表现形式来进行工业生产的,这两种柔性表现形式为工业机器人提供了更多的自由度,并可以将刚性机械臂转换成具有高自由度的柔性臂。杆件柔性是指在柔性臂运动过程中柔性杆在接触区产生杆件的弹塑性变形、弯曲、拉伸时,通过波传递到杆中对机械臂的承受载荷产生较大影响的一种柔性表现形式。关节柔性是在减速器运转、转轴转动时产生的一种柔性表现形式,柔性臂杆件原理结构如图1所示:

2柔性臂结构设计要点

柔性臂工业机器人基于结构特性分为柔性杆件臂、柔性关节臂、混合柔性臂等类别。柔性臂由于其特殊的结构特点,在工业生产中会发生柔性形变,柔性臂末端将出现抖动现象使得生产精度无法得到保证,因此设计柔性臂工业机器人的控制系统是极其重要的,需要在保证柔性臂定位精度的同时确保柔性臂系统的稳定性。此外,工业机器人在生产时需要由动力系统驱动机械臂,传统刚性臂工业机器人大多基于电磁电机构建驱动系统,齿轮、丝杠容易出现传动误差以及惯性干扰。现代超声电机则具有良好的驱动性能、高精度的控制效果能够构建响应时间短、结构紧凑的驱动系统,因此现代超声电机组成的驱动系统被广泛应用在柔性臂工业机器人系统中。

3柔性臂的动力学及其控制

柔性臂具有特殊的力学结构和非线性、强耦合的复杂动力学系统,因而在研究柔性臂时,需要对其进行整体建模进而研究动力学特性,构建完善的动力学系统。目前,大多数柔性臂工业机器人是包含刚性和柔性机械臂的耦合非线性系统,同时也包含动力系统和控制系统耦合的非线性系统。因此,针对柔性臂进行动力学建模不仅能研究柔性臂的精确性和稳定性等特征,也能为设计控制系统提供相应的参数。柔性臂的动力学建模主要是基于拉格朗日方程以及欧拉方程构建,根据变分原理、虚位移原理进行分析。由于柔性臂是集中参数和分布参数构成的混合系统,因此在机械臂生产过程中,由于运动产生的科氏力使得该非线性动力方程不易求解,通常需要通过一定的方法将偏微分方程转化为常微分方程。对于柔性臂工业机器人控制系统则基于柔性臂动力学分析结果进行控制策略设计,控制策略设计的主要功能是实现振动控制和轨迹控制,而控制系统的主要用途则是在生产过程中受力产生弹性变形和振动时,保证柔性臂的末端能够准确定位。

4结语

传统的刚性臂工业生产机器人由于其自由度较低、能耗高、生产精度低、机械臂杆较短等缺点,已无法满足现代化高精度自动化生产的要求。而与传统刚性臂工业机器人相比,柔性臂工业生产机器人则由于结构紧凑、承载负重大、总质量较轻等性能优势被广泛应用于航空航天、工业生产等领域,具有极高的学术研究价值和工程应用价值。

参考文献:

[1]娄军强,魏燕定,杨依领,等.智能柔性机械臂的建模和振动主动控制研究[J].机器人,2014(5):552~559.

[2]谭珍珍,张泉,刘伟健.双柔性臂机器人的建模和主动振动控制[J].机械制造与自动化,2014,43(1):166~170.

运动力学研究范文5

[关键词]机械;动力学;技术

对于现代化的机械来说,人们不仅要更加精巧地设计出机械结构、零件、以及各个方面的组合形式,还要充分、合理地将其他行业中的科研结果运用进来,设计出新型的机电系统,不仅能够使机械设备达到高速、高精度、高自动化的状态,还可以在最大的程度上降低在机械设备上投入的成本以及机械操作者的劳动程度,从而实现操作简易化和人性化。这些功能的出现,都与人们在现代力学的分析、研究有很大的关系。

1关于现代汽车设计中所存在的动力学问题

汽车,是我们在日常生活中能够见到的一种极为典型的现代机械产品。现代汽车是在传统汽车的基础上进行技术改造的,并且还在其中引入了现代电子技术、现代力学以及控制理论等技术,从而研制出了一种高新电子控制装置技术。这种技术在现代汽车的运用中,不仅能够使汽车拥有高速行驶的功能,还能够在很大的程度上提高汽车的乘坐舒适性、安全性以及操作便利性等。而且,现代汽车的尾气排放也会得到相应的控制,拥有更节能、排放性更低的特点。现如今,人们将很多技术都与汽车融合在一起,包括才诞生不久的电子技术、材料技术以及一些生物技术等,都跟汽车有了联系。甚至,还有人专门研制出了可以适用于任何汽车的新技术。因此,我们这才能够看到一些电喷式发电机、电动助力转向、安全气囊,以及雷达测距装置等新技术的出现。为了让这些装置和技术能够得到充分的运用,人们就不得不弄清楚人机之间的关系问题,弄清楚人体的生理承受能力,弄清楚电喷式发动机在工作过程中的喷油参数以及发动机的排放物成分等。另外,还要研究出这些装置技术的动力学特性以及控制规律,研究出电力汽车和无排放汽车的电机动力学特性和其他相关传动装置的动力学特性等。

2关于小、微型机电系统中所存在的动力学问题

现如今,一些小、微型的机电系统已经在人们的生活中开始了广泛的运用。比方说,人们经常使用的照相机、手表以及一些微型电器,甚至是在航天航空的领域中,都有用到一些直径仅仅只为几毫米的超声电机。甚至,还有更小尺寸的微型机电系统也在运用当中。比方说,喷墨打印机中的微型泵。除此之外,还有一些借助于生物技术或者是化学工艺加工而成的更小尺寸的MEMS、NEMS系统也在逐渐地发展过程中。对于这些微型的机电系统来说,是与传统的电机或者电泵完全不同的,不管是结构,还是工作原理,都截然不同。这些现代化的微型机电系统完全是利用动力学的原理和现代的控制技术来发挥作用的。在这里,笔者就拿超声电机来举例:在通常情况下,超声电机一般是利用压电陶瓷等材料的压电效应来进行工作的。这种压电效应就是指通过使用20kHz以上的高频电源,使得压电材料产生微观的机械振动,然后通过定子和转子之间的摩擦作用,将定子的微观振动转换成转子的宏观直线运动。这种超声电机的工作转速和载荷都是通过控制技术和装置来进行的。超声电机的使用是属于一种典型的机电耦合动力学问题,其理论核心就是建立起一种系统性的机电耦合动力学模型,其中包含了驱动电源的输出特性、定子与转子之间的摩擦副力学特性,以及定子和转子之间的动力学特性等等。

3关于大型的机电设备中所存在的动力学问题

关于动力学的问题,不仅仅只是存在于小型的机电设备中,在大型的机电设备中也有。对于一些大型的发电机、大型的航天航空运输工具或者是大型的海洋运输工具来说,都会受到不同形式的动载荷作用。在实际的设计和运用过程中,若是没有对这些动载荷进行合理的考虑,不仅会在很大的程度上对这些设备的工作性质产生影响,航天航空设备还有可能会因为这种原因发生机毁人亡的重大事故。因此,从设计的时候开始,人们就会对设备结构的静强度、动强度进行考虑。在实际情况中,不同的设备受到的载荷往往都是不同的,具有很强的随机性和时变性,而导致这种现象产生的原因就是非线性随机无线自由度的动力学问题。因此,对于大型机电设备的设计,要充分地考虑到设备的动平衡、减震降噪以及偏载处理与控制等等。另外,这些大型机电设备除了在正常的设计与工作的工程中需要有现代动力学理论的指导,在之后的维修和检测过程中也会运用到现代动力学。比方说,在卫星的发射升空过程中,就需要运用到动力学中的减振技术。而卫星在地球表面执行任务的时候,也需要不断地调整运行轨道和姿态控制,这也需要动力学的支持。另外,高速飞行的航天运载工具与空间站在对接的过程中,也需要精确地考虑到定位,避免碰撞的情况发生。

4结语

综上分析可以知道,现代动力学在如今的机械设备中是运用得非常广泛的。不管是小微型机电系统,还是大型的机电设备,都有运动到现代动力学。由此我们可以发现,现代动力学和控制技术对于很多现代化的机器的成功运行都有着很紧密的联系,在以后的机器开发和设计中也将会扮演着极为重要的角色。

[参考文献]

[1]武时会.某特种机械刚柔耦合动力学仿真分析[J]现代机械,2017(04).

[2]张强.夹心式直线超声电机机电及摩擦耦合建模与实验研究[D].哈尔滨工业大学,2017.

运动力学研究范文6

关键词:自适应性;机器人;智能制造;优化分析

1概述

我国已经迈入人工智能社会,机器人已经逐渐应用于社会的各行各业。虽然国内的机器人在发展过程中取得了较大的进步,但是在适应性等方面仍旧有一定的问题。虽然机器人效率较高,但是还不能完全针对外界条件变化做出自适应调整,造成一定的推广局限性。

2自适应机器人动力学优化分析

自适应机器人当下应用较为广泛的有液压、气压和电机驱动三种。但是因为液压驱动存在漏油的极大危险问题,气压速度和重量上存在控制难度,所以二者在高精度场合中应用较少。电机是应用最为普遍的一种,在机械产品中也有广泛的市场。因为电机驱动的能源较为普遍,在速度和重量上控制都比气压有优势,在安全系数方面比液压有优势,所以电机是康复训练机器人应用最广泛的驱动方式。噪音较小,也可以在各方面减轻对患者的影响[1]。自适应机器人在研究过程中建立机器人和人体运动学模型,从而将机器人逆运动学方程进行求解,通过以上结论,分析系统工作时人体下肢相关参数以及人体运动之间的关系。最后再机械臂静力学和动力学方程进行计算和求解,算出机器人各关节所受扭矩的动力学方程和静力学方程。自适应机器人的机构一般有两套,包括左腿机构和右腿机构,在运动过程中,传送带可以约束左右腿机构的滑块,运动过程中,机器人具有三个自由度。一个自由度通过电机驱动传送带,来控制组右腿的往复运动,另两个自由度在电机驱动下带动左右踏板,完成对踝关节的调节,使得在这一过程中,踝关节的舒适度达到要求。

3自适应机器人仿人动作标准优化分析

自适应机器人动作设计标准一在髋关节地,在膝关节与踝关节基本保持原状态的条件下,最大限度的将髋关节的动作角度不断提升与扩大,在40-70°之内进行选择;自适应机器人动作设计标准二在膝关节,在膝关节与踝关节基本保持原状态的条件下,适当对膝关节的最小或最大活动角度进行系列调节。此种情况下,髋关节的角度一般维持在90°左右,膝关节的调节范围一般控制在40-110°之间;自适应机器人动作设计标准三在踝关节,带动踝关节拉伸,较为常见的角度是跖屈0-50°背屈0-20°;自适应机器人动作设计标准四在踝关节的内收和外展,有利于下肢不断开展内旋以及外旋的运动,踝关节的内敛以及外展的活动范围,经过试验测量确定维持在0-45°;自适应机器人动作设计标准五在髋关节与膝关节用,髋关节与膝关节同时弯曲到允许的最大角度,该动作对应的髋关节的前屈和膝关节的后伸两个自由度,踝关节没有动作。选择在三维建模软件Solidworks中建立三维模型,并利用数据转换技术将其添加到ADAMS中进行动力学仿真[2-3]。仿真的步骤如下:(1)在Solidworks中建立机器人的三维虚拟样机模型,并保存成Parasolid格式文件;(2)通过数据转换技术将Parasolid格式文件导入到ADAMS中;(3)设置仿真参数,运行仿真。机器人是一种由腰部连杆、大小腿连杆、脚掌连杆以髋、膝、踝关节连接成的串联机器人,为了方便进行动力学分析,需要将该机器人的各连杆简化为矢状面内的刚性连杆结构,其中腰托连杆为实际行走时腰托结构在矢状面内的投影,将主动关节的屈/伸及踝关节的背屈/趾屈运动简化为转动副。

4自适应机器人架构优化分析

因为卧式自适应机器人为了保证动作效果,就必须使得控制系统敏捷的捕捉到本体变化。人下肢的运动主要是由三个关节进行的,所以在机器人的自由度方面,至少要保留三个且三个自由度也要保证一定的范围。但是为了使得运动的效果大大提升,通常都是针对具体的关节制定七个有运动范围的自由度。在具体的结构方面,也要经过精密的计算,确定机器人的机械臂的长度和使用力度,使得机械臂可以进行自由的条件。在运动过程中,可以通过机器人的运动将具体的数据传到平台上进行分析,通过数据的总结分析获知运动的精确状况,也可以针对性的调整机器人的运动方式[4-5]。电机在使用过程中虽然有许多优越性,但是因为机械自身的特点,需要和减速器配合使用才能大大提高训练的效果。机器人在使用过程中,七个自由度必须在机械臂足够灵活的前提下进行,所以对机械臂的灵活性也要不断优化。因为卧式机器人发展的背景处于初级阶段,仍旧需要不断使用和发现问题,不断优化和解决问题。更加及时和准确地进行数据采集,机器人更需要对运动数据情况进行及时的分析与管理,而且还要及时并准确的反馈运动信息,对下一步的动作计划进行规划。卧式自适应机器人对数据进行收集和处理,为下一步工作提供适当标标准,同时及时利用动力学分析系统,绘制出运动意图和运动趋势,在这个基础上进行完善和改变。坐卧式自适应机器人是通过坐立或者躺卧的姿态以实现下肢运动的一种类型,在进行工作的过程中呈现的优势在于能够坐立、斜躺或者平躺的姿势都可以进行运动,不需要下肢的力量作为支撑。

5自适应机器人交互控制优化分析

自适应机器人交互控制方法有基于力信号的交互控制方法和基于生物医学信号的交互控制方法,基于力信号的交互控制方法是在力信号交互控制方法中,力信号具体是指由于下肢在收缩的过程中产生的可以作用于机械结构的力量。在此种交互方法中,可以通过比较巧妙的设计方式使得机械结构是由力传感器进行直接测量的,也可以通过机器人交互控制实践中的动力学模型进行估计。基于生物医学信号的交互控制方法是在下肢机器人的人机交互控制方法中利用表肌电信号和脑电信号。基于力信号的交互控制与生物医学信号的交互控制相比,力信号的确定性更加具有优势,同时对机器人主动运行的意图能够直观地进行反映,所以具有一定的可靠性与稳定性。

6结束语

运动力学研究范文7

【关键词】海岸动力学;工程教育认证;教学方法;持续改进

工程教育是我国高等教育的重要组成部分,在高等教育体系中“三分天下有其一”。针对工程教育开展的中国工程教育认证工作由中国工程教育专业认证协会组织开展,其目标是:构建中国工程教育的质量监控体系,推进中国工程教育改革,进一步提高工程教育质量;建立与工程师制度相衔接的工程教育认证体系,促进工程教育与企业界的联系,增强工程教育人才培养对产业发展的适应性;促进中国工程教育的国际互认,提升国际竞争力。[1]工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础,其核心是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求,是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。为促进工程专业发展,提高学生专业素养与能力,加快工程教育国际化进度,中国海洋大学响应国家号召,于2017年开展并顺利通过了港口航道与海岸工程专业认证。海岸动力学作为港航专业的核心课程,是学生实现毕业要求,达到培养目标的重要保障。

一、课程介绍

海岸动力学是海岸工程和海岸带资源综合开发利用的理论基础,对于利用与开发海岸带、保护海岸工程至关重要,更是海港建设的关键。海岸动力学主要任务包括:研究自然动力因素(主要是波浪、波生流、潮流)对于海岸及海岸建筑物的作用;掌握海岸泥沙运动规律;了解海岸变形(冲刷和淤积以及海岸地貌的形成和演变)规律。

二、课程目标

学生将通过学习该课程,了解海岸动力环境的基础知识;掌握微幅波理论、有限振幅波理论以及各种波浪理论的适用范围;掌握波浪短期统计特性和波浪谱概念,掌握波浪传播变形、辐射应力以及波生流物理产生机理;掌握推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率;了解海滩上的泥沙运动与岸线变形并掌握海滩平衡剖面概念;了解淤泥质海岸上港口及航道回淤量的估算方法和岸滩演变、海岸防护;使学生在港口规划布置及海岸工程的环境影响等方面有一定的基础知识,为学习专业课程以及今后从事科学研究打下基础。

三、课程的教学改革

(一)优化教学体系

海岸动力学与多门课程有着密切联系,在教学内容安排上要注重前后课程的衔接,使学生所学的知识具有连贯性和系统性。[3]修读该课程需要具备《水力学》、《高等数学》等课程基础,可借鉴《河流动力学》中河流泥沙运动规律的研究及《工程水文学》中海洋环境动力因素的介绍,通过该课程的学习,又为《港口水工建筑物》、《海岸工程学》、《航道工程学》、《港口规划布置》等课程奠定基础。在海岸动力学的课程设计中需要综合考虑以上相关课程的教学内容,对于相似知识点需要有不同的侧重以避免大量重复教学;同时作为其他课程的先修课,则需要针对将来要学习的相关知识点做好规划,使学生能够有足够的知识储备。此外,还需要在授课过程中提前告知学生需要进行的准备工作以达到温故知新的效果,并阐明各课程之间的关联性,使学生在学习的过程中有明确的课程体系,利于学生发现已学知识的用途,同时认识到该课程在后续学习过程中的重要性。

(二)丰富教学方法

海岸动力学内容涉及理论与实际工程应用,课程教学应充分调动学生的积极性,借鉴传统教学方式,活用现代教学技术,利用教学资源,丰富教学模式。

1.课程参考资料及网站资源教学

教育部“十一五”部级教材规划通知指出:“教材是体现教学内容和教学要求的知识载体,是进行教学的基本工具,是提高教学质量的重要保证。”按照目前的课程体系,“海岸动力学”是港口、航道与海岸工程专业的专业基础课,帮助学生从全局上学习了解海岸动力的各种因素,了解各个分支的关系,兼顾实用性和研究性学习的教学要求,对理论和技术基础的深入研究都起到了推动作用。[4]但目前的教材理论性较强,对实际工程应用涉及较少,加之课程课时量有限,需要补充其他学习资料以辅助教学。在课程概述中,为学生列出参考书目清单,并在教学过程中,为学生提供了《流体力学》、《工程海岸学》、《中国海岸工程进展》、《海洋工程波浪力学》、《港口与航道水文规范》、《工程环境海洋学》等相关材料,以便学生在课间传阅。此外,随着MOOC等网络平台的发展,网站资源日渐丰富,其中河海大学开展建设的《海岸动力学》国家精品课程网站面向公众开放了大量视频、课件及讲义等优质资源,以便学生课下学习,通过线上教学的形式对课堂教学进行补充。

2.多媒体教学

海岸动力学是一门理论性较强的课程,讲解对象包括势流理论、波浪非线性问题、波浪增减水及沿岸流特性的数学描述,涉及微积分、数学物理方法等相关内容,公式推导复杂且抽象枯燥,教师在教学过程中需不断提高教学课件的可视化,通过PPT、视频、动画、图片等多媒体手段,将水质点的运动轨迹、波浪在传播过程中发生的浅水变形、绕射、折射、驻波现象及波浪破碎的形态等传统教学无法表达的课程内容生动形象展现出来。多媒体技术能对语言难以描述的问题进行形象化处理,创造色彩缤纷、图文并茂、动静相融的教学情境,使学生在有限的时间内获取更大的信息量,较彻底地分解信息的复杂度,减少信息在大脑中从形象到抽象,再由抽象到形象的加工转换过程,充分传达教学意图[5],从而吸引学生的注意力,提高课堂教学的质量。

3.工程案例教学

学习海岸动力学的目的是解决实际工程应用问题,需结合现有工程案例和规范进行分析讲授,将书面的理论知识落脚到实际的专业问题,即增加了学生的见识,又实现了授课内容的多样性和趣味性,可以充分调动学生的兴趣,通过自主思考和启发式学习来提高学习效率,以达到解决工程复杂问题的目的。在授课过程中先抛出工程案例,引导学生思考,让学生带着问题展开学习,在完成相关的理论学习后,开展研讨式教学[6],即检验了学生对理论知识的掌握情况,又锻炼了学生独立处理问题及表达自我观点的能力,提升了学生的成就感,提高学生学习的热情。

4.实践教学

目前执行的海岸动力学教学大纲取消了浅水变形、波浪破碎、驻波相关的实验教学环节,该内容纳入了综合实验课程中,以综合性实验的形式开展,有助于提高学生解决复杂工程问题的能力。但综合实验课程设置于大四下学期,开设时间较晚,为使学生对海岸动力学有更直观的认识,建议以研促教,在教学过程中将理论知识与科研工作相结合,组织学生利用课余时间对同期开展的与课程相关的科研实验、SRDP或科技竞赛等活动进行参观学习,以拓展学生的视野,扎实学生的理论知识,增加学生的学习兴趣。

(三)多样化考核方式

课程考核既能检验学生对课程知识的掌握情况,又能对学生学习起到强有力的督促作用,是教学过程中不可或缺的一环。传统的闭卷考试模式单一[7]、对学生的考核较片面,不能完全反映学生学习过程及能力。为充分调动学生积极性,提高学生对理论知识的应用,培养学生的工程实践能力,需采用多样化的方式对学生进行考核。根据教学经验及调研反馈,成绩考核采用百分制,综合评定方法涉及日常表现、课后作业及期末闭卷考核三部分。其中日常表现包括出勤、随堂测试、课堂提问、课堂研讨及课下学习交流,占总成绩的20%;课后作业占总成绩的10%;课程基本理论与计算方法主要采用期末闭卷考核的形式,占总成绩的70%。该多样化的考核方式可以激发学生日常学习的兴趣,以学生为中心,将被动考核转变为主动学习,比较全面的体现学生的学习过程及对课程知识点的掌握情况,符合人才培养的宗旨。

(四)完善持续改进机制

为不断提升教学质量,需要对教学过程进行监控及质量评价,以评促教,以评促改,不断完善持续改进机制。学校设有本科教学工作水平评估办公室,主要负责学校教学质量监控与评估工作,由学校领导、学校教学管理人员、教学督导(分校院两级)共同组成教学质量监控队伍。学校成立教学督导团,学院成立教学督导专家组,校、院两级教学督导组织分别在校行政、院系行政领导下,根据学校、院教学工作中心任务和改革发展目标,代表学校、院开展教学督促、检查、调研、指导工作,保证学校和院教学工作的决定、任务及规章制度得以贯彻落实,确保教学质量提高。此外,院系设有教研室,经常组织教师讨论教学大纲,进行教材分析;组织试讲和观摩教学,交流教学经验;积极开展专题研究,进行教学改革;开展课程教学队伍建设,优化教学团队结构。学校也设置了学生评教系统,用于学生对课程教学相关工作的评价,从而可以根据学生的心声,不断完善教学内容和教学方法,保证课程的持续改进,实现教学质量的不断提升。在课程教学中,同样为学生开通反馈渠道,随时听取学生意见,并在学期开始和结束时以不记名形式开展问卷调查,为课程改革提供参考依据。此外,还可以跟踪毕业生就业去向,建立与用人单位之间的沟通渠道,根据用人单位的调查反馈,全面了解用人单位的需求及毕业生的工作素质能力,并及时对教学内容、教学方式等进行必要调整。

四、结语

运动力学研究范文8

全球构造动力体制

1.大洋动力体制

全球性的构造动力体制决定全球性的构造体系。自20世纪50~60年代海底扩张-板块构造学说提出以来,经过几十年的丰富和发展,其理论体系日趋成熟和完善,逐渐成为统一固体地球科学领域全球性构造研究的经典学说。板块构造理论的提出,成功的回答了先前其他构造学说难以解释的一些地学问题,如大陆裂解、大洋扩张、板块俯冲、火山地震和板块(大陆)边缘成矿等。其最大的成功之处就在于解决了这些现象产生的动力来源,认为板块的相互作用是引起大地构造活动的基本原因。有关于板块构造理论的基本观点、基本理论、基本知识及其最新发展已有众多的文献加以报道,此不详述。板块构造源于大洋,描述和解释的是以水平运动为主导(水平运动激发垂直运动)的板块构造导致的大陆边缘增生和大洋板块消失及与其相关的构造、岩浆(火山)、成矿、地震和运动现象。

尽管至今还没有完整理论阐明板块运动的驱动力和地幔对流机制,但基于板块运动开启自海底扩张,不妨将板块构造的动力学体制称为大洋动力体制,基于大洋动力学体制研究的科学就是大洋动力学(马宗晋和高祥林,2004;李锦轶,2009)。现代地球上,大西洋、印度洋属于大洋动力体制演化的早期阶段,太平洋中脊及东西两岸地区属于高峰期,而地中海则属于其晚期。而在地球化学的历史上,可能与超大陆旋回一致,许多地区曾经历了大洋构造动力体制的演化。如在青藏高原和西南三江地区,李光明等(2000)论证了夹于班公湖-怒江和雅鲁藏布江两条巨型板块结合带之间的冈底斯构造带,是一个经历有晚古生代-中生代复杂的多岛弧-盆系演化历史;而潘桂棠等(2001)则系统讨论了东特提斯古生代-中新生代多岛弧盆系的演化过程。显然其历史上经历了典型的大洋构造动力体制的控制。

2.大陆动力体制

“板块构造”并不直接等价于全球构造(马宗晋和高祥林,2004;张旗,2008)。近代大陆岩石圈流变学、地震反射剖面及大陆科学钻探的成果揭示,不同于简单的大洋刚性块体,大陆岩石圈是一个不均一、不连续、具多层结构和复杂流变学特征的复合体(许志琴等,2008)。大陆下面的软流圈也没有全球意义,一些古老大陆的山根深深地插入(可达400km)地幔之中,构成稳定的大陆核心,大陆岩石圈的“壳内流层”使其刚性明显不足,并且其化学边界层和热边界层要比大洋厚得多和老得多,大陆流变学结构和演化过程十分复杂,所以,其动力学过程与大洋岩石圈是不同的。因此人们愈来愈发现运用经典的板块理论很难解释大陆地质,具有复杂流变特征的大陆岩石圈使板块构造理论“登陆”受到很大的阻力。这正如美国大陆动力学计划(1989年)所指出的“大陆物质的增生和消减过程仍然是一个谜”,“板块构造理论并未阐明大多数动力作用,特别是发生在大陆地区的作用”,所以,当20世纪90年代国际岩石圈计划从结构构造演化转向过程与动力学时,大陆动力学作为优先发展的领域就应运而生了,现已迅速成为当代地球科学的重要前沿。

近十几年来,随着大陆岩石圈流变学、现代大陆变形、热点和地幔柱理论、大陆深俯冲、岩石圈减薄、陆内造山、盆-山耦合以及大陆构造环境与陆内成矿等相互交织或关联领域研究不断取得重要进展,大陆动力学理论正在得到极大的丰富和完善。可以看出,上述有关大陆动力学的研究领域中,除大陆岩石圈流变学、现代大陆变形、盆-山耦合等属于基本原理和表象层次外,其他涉及到的是以壳幔相互作用(垂直运动)为主导的动力体制,描述和解释的也主要是大陆内部(包括大洋板内)而不是边缘发生的大陆(板内)物质增生和消失及与其相关的构造、岩浆(火山)、成矿、地震、运动等现象。相应的,在大洋板内也有类似的以垂直运动为主导(垂直运动激发水平运动)的构造构造现象发生,可能具有与大陆(内部)相应现象相似的动力机制。但由于大洋板块的结构远没有大陆那样复杂,同时又因在深海水下进行而难以观察,因此人们的研究重点自然聚焦到大陆上。

很明显,只要大陆内部的问题搞清楚了,大洋板内的相应现象也就迎刃而解。基于人们的研究重点放在大陆(内部),因此,不妨将这种体制称为大陆动力体制,基于大陆动力学体制研究的科学就是大陆动力学(马宗晋和高祥林,2004)。业已证明,中国大陆是由多个规模不等的陆块拼合而成的,并被认为是欧亚板块的重要组成部分。但从岩石圈结构状态看,其深部特征是不均一的。例如中国东部和北部较早结束大洋演化和洋陆转换的历史,目前已进入典型的陆内构造时期,并受大陆构造动力体制控制。由于中国大陆的多陆块拼合历史,造成了中国大陆内部的地质作用和成矿作用更为丰富多彩和复杂;而西南部(青藏高原地区)较晚结束大洋演化过程,目前处于碰撞-伸展造山阶段,其北部和东部(三江地区)已基本与大陆的整体融合,进行陆内阶段,但其主体(印度板块和欧亚板块碰撞带)并未完全实现融合过程,统一的大陆岩石圈并未最终定型。

3.转换动力体制

虽然大洋岩石圈与大陆岩石圈有重大差别,大洋板块与大陆板块也明显不同,但两者之间却不是完全独立演化、一成不变的,而是有着复杂的相互关系并可以相互转换。大洋板块向大陆板块下的俯冲,使大陆得以增生,大洋板块物质通过复杂的途径加入到大陆上,解释了一部分大陆的形成,然而,现代相对稳定大陆上占主体地位的岩石组合均为深海沉积物或海相火山岩,似乎表明,大陆的主体是由带有覆盖物的大洋通过某种体制直接抬升形成。此外,大洋板块上,由于持续的火山喷发及后续地质作用可以导致新的大陆形成。另一方面,新的大洋则多是通过大陆裂解形成的。业已表明,地球形成以来,可能发生了若干次超级大陆和泛大洋之间的转换,是谓超大陆旋回;次级大陆和大洋间的转换和相互作用更为广泛和普遍。大洋与大陆间的转换并非一朝一夕形成的,而是经历了漫长的时间,并具有特定的机制。上述表明,板块俯冲导致大陆边缘增生而不形成新的大陆,洋底火山活动可以形成小型大陆(陆核)并逐渐发展为新的大陆,只有当板块通过缝合、碰撞、伸展等过程,才能形成真正意义上的大陆(马文璞,1999),而大陆通过更深层次的裂解又形成新的大洋。由此可以看出,碰撞和伸展过程是洋陆得以转换的关键。#p#分页标题#e#

在这两种过程中,既有地球浅部发生的大规模水平运动,还有地球深部发生的大规模垂直运动,二者之间形成了有效的耦合。因而是水平和垂直运动相互耦合的动力学体制,描述和解释的是洋陆转换及与其相关的构造、岩浆(火山)、成矿、地震、运动等现象。作者将其称为转换动力体制,它与大洋动力体制和大陆动力体制都不能等同,基于转换动力学体制研究的科学就是洋陆转换动力学。现今地球上,阿尔卑斯-喜马拉雅造山带和红海-亚丁湾应是典型的受转换构造动力体制控制的地区,前者正实现由洋到陆的最后转换,后者则相反。应当认识到的是,在喜马拉雅构造带虽然完成了印度板块和欧亚板块的缝合-碰撞,正如上述,转换过程并未结束,具有统一岩石圈结构的完整大陆并未定型,因此尚不能用陆内来描述该地区发生的地质作用。

4.构造动力体制的同区转承和异区并存

从板块构造理论的诞生到大陆动力学理论体系的初步形成看,大陆动力学并非与板块构造对立,而是在其基础上发展和深化、从大洋走向大陆的必然产物,转换构造动力学则是联系大洋和大陆最重要的纽带。如果说继板块构造学说之后,大陆动力学一系列理论的提出,使得地球动力学理论得到了全面的丰富和升华,那么,转换构造动力学的加入,人们才真正更为系统和全面理解了地球构造演化的全部历史,有关地球动力学的完整体系和过程才得以初步建立。从地球上某一局部地区构造演化看,大洋动力学和大陆动力学体制具有空间上的继承、转化和时间上的连续演进关系,并通过转换构造动力体制实现,表现为从板块俯冲、经缝合-碰撞到成陆的完整过程。

但从全球范围内不同地区看,特别是在一个超大陆旋回范围内,不同构造动力体制则是并存的,也就是说,在这里起主导作用的是板块构造动力学机制(如东西太平洋),而在另一地起主导作用的则是大陆动力学机制(如欧亚大陆内部),同时在另外一些地方则正在发生着碰撞或裂谷作用(如地中海-喜马拉雅山和红海-亚丁湾等)。正是这种复杂的时空动力学因素的共同作用,造就了地球上千姿百态的大地构造环境同时出现(图1),并从根本上控制着地球上不同地区和角落发生的地质作用,包括成矿作用的发生、发展和演化。因此,要有效开展区域成矿作用研究,必须搞清楚相关地区在历史和现实上受何种地球动力学支配,并在其间发生了哪些关键性的地质作用,形成了何种类型的成矿构造环境,再在其基础上,分析各种环境内可能发生的成矿作用及其成矿专属性等。要科学地开展矿产资源勘查工作,就有必要首先了解不同动力机制下各种地质环境对于成矿的贡献和具体表现,它们是开展区域成矿学研究的基础。

造山带与复合造山

在全球大陆范围内,显生宙以来的巨型造山带面积占30%以上(许志琴等,2008)。造山带既是地球表面最宏伟的地质构造单元,同时也是全球金属矿床集中产出的地带,它保留了地球地质构造演化最为丰富的地质记录,是用来解剖不同构造动力体制的主要对象,又是讨论不同构造动力体制下成矿环境形成及相关成矿作用发生的重要载体,因而成为固体地球科学的研究重心。如果能将造山过程研究清楚,那么有关不同构造动力体制及相关成矿地质环境和成矿作用的基本问题就迎刃而解。近十几年来关于造山作用与区域成矿的研究取得了重要进展,同时也存在着一系列需要继续深入探讨的问题。

1.关于造山(带)类型

业已证明,地球上存在着不同类型的造山带(DeweyandBird,1970;Mattauer,1984;?eng?r,1990;Wilson,1990),但迄今为止,对造山带类型的划分仍不统一,方案繁多。杨巍然(1999)在总结前人分类的基础上,强调造山作用的范畴应限于挤压构造,将造山带划分为俯冲-碰撞造山带、断裂造山带、推覆造山带、断块造山带、增生造生带和转换造山带6种类型。崔盛芹(1999)在讨论全球中-新生代造山带时,注意到大洋和大陆的区别,将大洋内的造山带称为构造带,大陆上的造山带称为造山带。对于前者又划分为洋底张裂型(大洋中脊构造带,具裂谷拉张型;缺裂谷扭张型)、洋底滑移型(火山岛链构造带,即夏威夷群岛型)和洋底挤压型(洋内岩浆岛弧造山带,又称为西南太平洋俯冲型),对于后者,又划分为陆缘型(板缘型)———环太平洋陆缘型造山带、陆间型(板间型)———特提斯陆间型造山带和陆内型(板内型)———前寒武纪古克拉通基础上发育的陆内造山带和陆内隆升带前中生代陆缘、陆间造山带基础上发育的陆内造山带。张原庆等(2002)提出了造山带板内、俯冲、碰撞三分方案。针对碰撞造山带,又提出陆陆碰撞、碰撞增生、弧陆碰撞和无大陆型碰撞造山带四分法方案,其中无大陆型碰撞造山带是描述陆壳物质形成初期地体拼合聚合过程的新类型。姚书振等(2002)认为造山带按其成因可分为挤压造山(包括洋壳俯冲造山、弧陆拼贴造山、陆陆碰撞造山、陆内俯冲造山等)、剪切造山、伸展造山(断块造山)及复合造山等。可以看出,对造山带概念的理解、造山作用的完整过程以及分类原则的不同是造成造山带类型划分方案繁多的主要原因。

从全球构造动力体制的角度出发,每一种构造动力体制都可以激发造山作用。在大洋动力体制条件下,造山作用发生在板块的边缘,在洋脊扩张区,表现为伸展造山,而在板块俯冲区,主要在大陆板块边缘形成俯冲(汇聚、增生)造山;在大陆动力体制条件下同样也有两类,即陆内隆起造山(即人们常说的陆内造山)和陆内伸展造山(陆内裂谷);在转换动力体制条件下同样也可划分为两类,即碰撞造山和伸展造山。这样,全球的造山带类型从构造动力性质上看,只有两个大类,即挤压型和伸展型。考虑到人们已经习惯使用的名词述语,可以归结为以下几种类型:即俯冲造山(带)、碰撞造山(带)、伸展造山(带)和陆内造山(带)。其他诸如拼贴造山、剪切造山、断块造山、增生造山、转换造山等要么是同一造山带中发生的局部性现象,要么就是同一现象的不同名称。可以注意到,不论是挤压、还是伸展,在各种构造动力体制条件下都可以发生,但作用的程度不相同。

2.关于碰撞和伸展造山作用

严格地说,造山作用并非一个地质意义上的专有名词,而是一个地理上山脉成山过程的描述(Howell,1991)。由于其特别形象和生动而被应用到地质上相关的地质作用之中,正因为对造山作用和造山带概念内涵的不清,造成了人们在理解其地质意义上的一些混乱(杨巍然,1999;崔盛芹,1999)。已有研究表明,地球上众多造山带的形成都经历了或短或长的历史。从构造动力体制演化的角度看,造山作用包括俯冲、碰撞、伸展、陆内等类型,但从造山带的演化看,一般前三个类型的造山多是连续进行的,表现为造山作用不同阶段,而陆内造山是否在其基础上连续演化,抑或是经历了一定的时间间隔,目前研究得很少。中国大陆造山带的研究成果似乎表明,虽然很多陆内造山带循古老的俯冲、碰撞、伸展造山带进行,但它们之间经历了较长的时间间隔。基于经典板块构造的不断丰富和完善,国外学者在造山带方面的研究主要集中俯冲造山带上,而对其他造山过程研究不足。有关俯冲造山的大量研究已形成成熟的理论体系,在此不再讨论。#p#分页标题#e#

以下重点对碰撞、伸展、陆内造山问题作一讨论。中国广泛分布不同时期的造山带(图2),如昆仑-秦岭-大别、天山-兴蒙、祁连山、阿尔泰、燕山-太行山以及喜玛拉雅等,这些造山带除经历了早期的俯冲造山过程外,还经历了典型的碰撞/伸展造山过程,有些还具有陆内造山的特点,为研究造山作用,特别是碰撞、伸展和陆内造过程提供了绝佳平台。中国科学家在碰撞造山领域的研究也取得世界瞩目的重要成果,已有大量文章发表(Chen,1998;李继亮等,1999;李兴振等,2002;刘俊来等,2006;侯增谦,2010;许志琴等,2011;Wangetal.,2010,2013)。但对碰撞造山带构造演化过程仍有较大分岐。同样,近20年来,一些学者相继在科迪勒拉、阿尔卑斯-喜马拉雅等世界著名的造山带发现大规模伸展构造(DavisandConey,1979;Selverstone,1988;Burchfieletal.,1992;李德威,1995;崔盛芹,1999;王刚和王二七,2005;杨经绥,2010;Dengetal.,2009,2010b,c,2011),但在造山过程中是否存在伸展以及造山带伸展构造的发育过程和形成机制也有争议。此外,对碰撞与伸展关系的认识也很模糊。Jamieson(1991)认为一个完整的碰撞造山过程,往往经历了大陆板片俯冲(A型俯冲)与地壳缩短加厚、岩石圈拆沉与后造山伸展以及造山后崩塌等地质过程。这些过程分别出现于造山期、后造山期和非造山期,马文璞(1999)认为碰撞造山带的演化可划分为4个阶段:即前碰撞或安第斯阶段、碰撞阶段、叠瓦冲断或阿尔卑斯阶段以及坍塌或拆离阶段。

显然,前碰撞或安第斯阶段实际上描述的是板块俯冲造山,是碰撞作用发生之前的过程,不应包含在碰撞过程之中;其他三个阶段则准确地描述了从碰撞到陆内的完整过程,特别是他关注到碰撞造山期的伸展作用,并指出这是从碰撞演化到陆内(板内)必经的一个阶段,伸展是在地壳增厚的基础上发生的。Deweyetal.(1989)、Dewey(1998)提出,碰撞演化后期板块的会聚应力消失以后,造山带会在其自重下发生伸展坍塌,伸展构造取代了挤压,逆冲断层以正断的方式再活动,地表的构造体制发生了反转。其结果趋向于使地壳减薄和山根消失,变质核杂岩及与其伴生的、位于剥离断层上盘的伸展异地体也是本阶段持续发展的产物。然而人们对这一阶段的构造属性及在造山带演化过程中的位置争议较大。例如上述的将坍塌或拆离阶段并入碰撞造山期,但与会聚应力消失的描述矛盾。Liégeois(1998)将其称为碰撞后阶段,EnglandandHouseman(1989)称其为造山后阶段,指出它始于板块碰撞后的伸展环境,并伴随强烈的岩浆作用发生;到了板内阶段,岩浆作用减弱,但分布广泛;其他学者在研究青藏高原等造山带时,也普遍注意到这一阶段的存在,但同样存在定性不统一的问题。如张旗等(1999)认为代表板块碰撞的喜马拉雅山阶段并没有结束板块构造旋回,其后还有一个造山后的伸展阶段。毛景文等(2005)将青藏高原碰撞造山带划分为两个阶段,即同碰撞阶段和后碰撞阶段,其后碰撞指的就是这一伸展过程;侯增谦(2010)将其划分为主碰撞挤压、晚碰撞转换和后碰撞伸展三个阶段,同样注意到伸展阶段的存在,并将其视为碰撞造山过程内的一部分。索书田等(2000)、王清晨和林伟(2002)研究大别山造山带的构造变形时同样注意到伸展变形过程,也将其放在碰撞造山过程中,称为碰撞后伸展。而王义天和毛景文(2002)在研究秦岭碰撞造山作用与成矿关系时,指出碰撞造山期后的陆内演化阶段,伸展体制导致在小秦岭地区形成变质核杂岩,明确将其视为陆内演化阶段。

基于对不同构造环境中岩浆岩特征的充分研究,人们发现,富碱(碱性的和碱质的)的花岗岩类及相关的岩石组合可以较好的区分不同构造环境。碱性花岗岩是指那些含有碱性暗色矿物(钠闪石、钠铁闪石、霓石、霓辉石和铁云母等)的过碱质花岗岩,其出现通常指示区域岩石圈处于典型的板内非造山环境(裂谷或裂谷化)(ThompsonandGibson,1994)。而碱质花岗岩的主要区别在于其碱性程度相对较高且出现碱性暗色矿物,既可以出现在碰撞后的伸展环境,又可以出现在板内裂谷环境,此时常常与碱性花岗岩共生并具有演化关系(Bonin,1990;Eby,1992;Jungetal.,1998)。这两种花岗岩所具有的地球动力学意义既有联系又有区别。相似之处在于它们都是岩石圈伸展背景下的产物,区别在于二者所反映的岩石圈伸展程度可能有所不同,这正是造山期伸展与陆内(非造山期)伸展的主要差异。与板内非造山阶段的岩浆作用相比,从碰撞作用开始到完全过渡到陆(板)内这一时期形成的花岗岩通常更为复杂和多变,尤其表现在上述的伸展作用阶段。这是因为,该阶段既是碰撞造山过程的延续,又是向板内非造山环境的过渡时期(Sylvester,1998;Liégeiosetal.,1998);因而其岩浆活动不仅在一定程度上仍然继承了碰撞前消减时期和同碰撞时期己经活化的岩浆源区性质,如普通钙碱性、高钾钙碱性岩浆的发育等,同时还表现出因造山带地壳加厚、区域隆升、山根去除、岩石圈伸展减薄、下地壳/岩石圈拆沉及软流圈上涌和幔源基性岩浆底侵等过程诱发的强过铝质淡色花岗岩(Sylvester,1998)、高钾钙碱性花岗岩(Hadj-Kaddouretal.,1998;Liégeiosetal.,1998)、高铝花岗岩和碱质型花岗岩(Jungetal.,1998)的侵位。刘红涛等(2002)在研究华北北缘造山过程时,从岩浆岩的构造属性角度明确指出,华北克拉通北缘地区中生代重大构造转折应发生在160~150Ma之间,此前的中生代早中期,区域岩石圈仍处于碰撞后前期强烈加厚过程之中,该时期以出现大量高锶花岗岩和少量过铝质淡色花岗岩为特征,150~110Ma期间为碰撞后晚期的区域岩石圈强烈伸展时期,该时期则以高锶花岗岩侵位事件的急剧减少和碱质型花岗岩大量出现为特征,大约在110Ma左右,区域岩石圈基本减薄到正常厚度并进入板内非造山的裂谷阶段,此时以出现碱性花岗岩为特征;李晓勇等(2002)系统讨论了这一时期的岩浆活动特征。这些研究结果趋向于将这一伸展过程独立于碰撞造山作用,明确指出其是在碰撞造山期后发生的,但又非陆内阶段。从上述讨论可以明确看出,伸展是造山过程中客观存在且不可忽视的一个重要阶段,也就是说,继以挤压作用为主体的碰撞造山之后,实际上存在着一个以伸展(拉张)为主体的伸展造山过程,且与典型的非造山期(或称陆内阶段)发生的陆内造山或伸展并不相同。

而且从时间上看,许多巨型山脉(如中国的秦岭、大别山脉、美国的内华达山等)的主体隆升期都是发生在碰撞后的伸展期,而在碰撞期山脉隆升幅度有限(李晓勇等,2002)。正是经历了这一过程,造山带岩石圈的性状才逐步与毗邻克拉通趋于一致,相互碰撞的大陆才真正完成融合,完成造山带的克拉通化,并走向陆内构造演化阶段。不经历这一阶段,两个大陆实际处在“联而不合”的状态,一个新的大陆并未最终形成。研究表明,这种伸展过程在中国的各大造山带中均存在。从目前的研究成果看,其开始和结束的标志也不很清晰,但从现有造山带的演化看,它可能持续的时间很长,作者以后还要另文讨论,恰是在造山过程的这一阶段是成矿作用发生的高峰期之一。#p#分页标题#e#

3.关于陆(板)内造山

在大洋的板内和大陆的陆内也会发生造山作用,人们对大洋板内造山研究还不多(崔盛芹,1999),但中国科学家由于具有得天独厚的条件对陆内造山作用则进行大量卓有成效的研究(赵宗溥,1995;张长厚,1999;崔盛芹,1999,2002;杨志华等,2001)。中国北部的燕山-太行山和南部的江南古造山带被认为在陆内阶段发生了典型的造山过程(葛肖虹,1989;宋鸿林,1999;朱光和刘国生,2000;邵济安等,2005;邓晋福等,2007)。但是,对陆内造山带是否存在,以及它究竟是一种特殊类型的造山带,还是板缘造山带构造演化的一个阶段,尚存明显分歧。

目前主要有以下几种不同认识:一是认为是由板块俯冲形成陆缘造山带、两大陆地块碰撞形成陆间造山带后,板块聚合作用继续进行,挤压构造变形带向两侧大陆地块扩展而形成,即从陆(板)间或陆(板)缘造山带继承和发展而来,并与其具有密切的时空及成因联系。它们共同构成了一个完整的造山旋回;二是基于大洋岩石圈与大陆岩石圈的本质差别,认为陆内造山带是完全在大陆岩石圈动力学背景下,起因于不同造山运动而形成。不强调其在时、空两方面与板缘或板间造山带存在成因联系,只强调造山带所处大地构造位置的岩石圈构造性质。而且对主造山期前所经历的地质发展史未予阐释;三是纯粹在陆壳基础上形成的造山带,在其造山带演化当中不曾有过大洋的出现和消减、消亡,造山带中没有洋壳的残余;四是完全否定陆山造山带的存在(张旗,2008)。张长厚(1999)对前人关于陆内造山带的研究进行系统总结后,认为板内造山带是一种特殊类型的造山带,而不是板缘造山带或板间造山带持续发展的结果,强调其形成于相对较老且强硬的岩石圈板块内部。板内造山带构造变形所具有的厚皮构造属性,与整个岩石圈作为应力导层及造山期前业已存在的构造薄弱带在有利的应力作用下复活有关。崔盛芹(2002)将发育在陆内条件下、位于大陆型地壳岩石圈范围内、具有不同于陆缘、陆间型造山带形变建造特征的条带状或线系性的构造变动山岳地貌带,称之为陆内造山带。它既可以发生在古克拉通基础上,又包括在主造山期陆缘、陆间型造山带基础上后期转化而成两类。杨志华等(2001)则认为在板块构造体制下形成的第一类造山带(即俯冲造山带)以后,所形成的造山带统称为陆内造山带。由于对陆(板)内造山带含义理解不一致,在一些具体造山带的归属上出现分岐。如有的学者,把秦岭造山带视为陆(板)内造山带(耿树方和严克明,1991;严克明和耿树方,1993;赵宗溥等,1995),甚至把喜马拉雅造山带也作为陆内造山带(赵宗薄等,1995)。更多的人则认为,秦岭造山带是碰撞造山带,喜马拉雅造山带更是陆间造山带的典型代表。

综上所述,关于陆内造山带的一些基本问题仍在争论之中。根据国内外最新研究成果,作者认为陆内造山作用不仅存在,而且是大陆动力体制下最重要的地质构造过程之一。正因为如此,它当然与在大洋构造动力体制和转换构造动力体制下发生的俯冲和碰撞造山作用具有不同的特征。首先,它形成在真正的大陆(板块)内部,而碰撞造山作用发生在两个板块(大陆)之间,虽然其间已没有水体存在,但两个没有完成碰撞-伸展造山作用过程的大陆碰撞连接体,统一的大陆岩石圈还未形成,还不能说是典型的大陆(联而未合);其次,陆内造山带具有与其它造山带不同的构造型、变形和变质特征,岩石构造组合及其时空分布也具有明显的差异(张长厚,1999);第三,陆内造山过程因为发育在陆内,因而只能用大陆动力学的机制加以解释。邵济安等(2005)就指出,陆内造山作用受到深部条件的制约是与陆缘造山的主要区别;第四,陆内造山带之所以在某一个大陆内部形成,绝对不是随机的,而是有着其内在的制约因素,统一岩石圈大陆形成以前的构造演化基础不可忽略。虽然现在看来,许多板内造山带形成于相对稳定的大陆板块内部,是在相对较老且强硬的岩石圈基础上发育起来的,但超大陆旋回的研究成果初步表明,在这些相对稳定的大陆的形成实际上也经历了更早的板块汇聚、碰撞和伸展的过程(陆松年等,2002;赵国春等,2002)。

因而陆内造山带往往循早期的俯冲或碰撞造山带活动。既使认为陆内造山带不是板缘造山带或板间造山带持续发展结果的学者,也不否认陆内造山期前业已存在的构造薄弱带的复活是陆内造山带形成的重要基础(张长厚,1999);第五,陆内造山活动大多数并不与俯冲或碰撞造山带在时间上连续演化,而往往具有一定的时间间隔。例如,中国北方的燕山-太行和南部的江南陆内造山作用发生在燕山期,而同一区域的俯冲-碰撞-伸展造山过程则在早古生代甚至在此之前就已结束(徐正聪和王振民,1983;胡健民等,2004;朱光和刘国生,2000),中间有很长一段时期的相对稳定阶段。其他陆内造山带也具有相似的经历,只不过这一间隔过程长短不同。前已述及,由于碰撞后的伸展造山过程是大陆岩石圈最终定型的关键时期,经历的时间又长,同时又缺少精确的年代学约束,因此,从伸展造山到陆内造山的过渡是否连续,以及间隔时间是很难准确界定的,因为界定它们的标志性地质事件尚不清楚。综上所述,可以发现,与不同构造动力体制在全球同区转承和异区并存相对应,全球造山带具有同样的特点。一方面,地球上现在存在着处于不同构造动力体制下的造山带,如东西太平洋边缘是目前正在发生作用的俯冲造山带;中国北部的燕山-太行山和南部的江南地区是在燕山期形成的陆内造山带;阿尔卑斯-喜马拉雅地区是结束了俯冲造山过程,目前正在进行着的碰撞造山带,它是否完成碰撞,或已经进入伸展阶段,还具有争议。

地球物理资料并与典型大陆岩石圈状态及结构的对比表明(滕吉文,2008),印度大陆和欧亚大陆形式上虽连到了一起,但从本质上看还没有完全联合,以喜马拉雅山隆起为标志的两大陆间的碰撞还未结束,青藏高原腹地可能步入到伸展造山阶段,但并未进入陆内。但在高原的东缘(如三江地区)和北缘,岩石圈结构已基本与典型大陆可比,表明那里已经进入陆内阶段,新生生的造山作用应属于陆内造山。而横亘中国中部的秦岭-大别造山带继早期的俯冲、碰撞造山之后,燕山期进入伸展造山阶段,目前已完全形成统一的大陆,新生代是否发生典型的陆内造山作用还有争议。另一方面,就同一造山带而言,不同构造动力体制下的造山作用则表现出明显的转承关系,这与造山带的历史密切相关。不排除有些造山带甚至经历了多个完整的造山旋回,正如超大陆旋回演化那样。#p#分页标题#e#

4.关于造山过程

现在,可以对造山过程进行如下总结。造山作用可以发生在不同的构造动力体制条件下,并形成不同类型的造山带。构造动力体制的转换决定了造山作用的转换。大洋动力体制下的板块俯冲造山、转换动力体制下的碰撞-伸展造山一般表现为连续造山作用过程,经过这一过程,实现从洋到陆的转化和大陆型岩石圈的定型。在每一造山阶段,还可以根据其内部构造运动特点进行进一步的划分,但它们的界限往往并不清晰。

在大陆动力体制下的陆内造山多循古老的造山带进行,但其间往往具有较长的地质历史时期间隔。从广义上看,完整的造山过程包括俯冲、碰撞、伸展和陆内4个主要阶段,由于陆内阶段与前几个阶段多不连续,因此,可以将从板块俯冲到碰撞-伸展的造山过程视为一个狭义的完整造山过程,是目前多数学者理解造山过程的应有含义。除非特别强调,一般讲造山过程均为狭义。理清了造山作用的这一关系,应该对有关造山作用的基本概念进行一下梳理。目前,在有关讨论造山带的相关文献资料中,诸如后碰撞或碰撞后、后造山或造山后以及主碰撞、晚碰撞、同碰撞、同造山、非造山等这样的概念使用较多(Liégeois,1998;李晓勇等,2002;邓晋福等,1999;侯增谦等,2006),含义不统一。前已述及,广义上的完整造山过程包括俯冲、碰撞、伸展和陆内四大阶段,分别发生于不同的构造动力体制之下,其中前三个阶段是连续演化的,构成一个完整的造山过程。主碰撞和晚碰撞是指在碰撞阶段内部的相对先后,而后碰撞和碰撞后则是针对整个碰撞阶段而言的,指碰撞作用完成后,即伸展造山阶段及以后,但通常是指伸展造山阶段,不应将其理解为碰撞过程内部的一部分;后造山或造山后则是针对整个(狭义)造山过程而言的,指造山过程完成后,即是进入板内阶段,不应理解为伸展造山阶段;同碰撞大致相当于主碰撞的含义,而同造山的概念较为模糊,因为俯冲、碰撞、伸展都可以造山,到底与哪一个“同”呢?前人将非造山视为板内或陆内,但正如上述,陆内也是可以造山的,因此将陆内称为非造山也并不合适。现将前人有关造山过程的代表性认识及相关概述及本文的建议对比如图3。根据上述讨论,只有将这些概念的相对时间关系界定清楚并加以正确的运用,才能在相同或不同造山带研究中形成有效的对比,否则会出现问题。基于各概念的基本属性,建议不再使用同造山、同碰撞和非造山,少用碰撞后或后碰撞、造山后或后造山的概念,以使表述的时间关系更为清晰,既使如此,诸概念之间的时间界线点仍是不明确的。

5.关于复合造山

随着对造山作用研究的不断深入,人们提出复合造山作用的概念(许志琴等,2008;邓军等,2010;杨经绥等,2010)。许志琴等(2008)认为,发育在太平洋东岸、美洲大陆西海岸宽近1000km、长度超过10000km的科迪勒拉造山带就是长期活动的复合造山带的典型代表。它包括奥陶纪(425Ma)的两次俯冲(增生)造山和泥盆纪-晚古生代的两次碰撞造山运动。中国的青藏高原也是一个巨型复合造山拼贴体,它的形成经历了早古生代、三叠纪、晚中生代和新生代造山带的多期拼贴过程,有人称其为“造山形成的高原”(Dewey,2005),它明显地指示了亚洲大陆自北往南的增生过程。喜马拉雅只是其中最后形成的一条造山带。李兴振等(1999)在三江地区识别出6条不同规模和不同类型的造山带,提出了“横断山”式造山带的时空结构与造山模式。邓军等(2010)提出三江特提斯复合造山带并描述其演化历史,指出从晚前寒武纪-早古生代泛大陆解体和原特提斯洋形成,经古特提斯多岛弧盆系发育及古生代-中生代增生造山/盆山转换,到新生代印度-亚洲大陆碰撞和叠加改造,经历了超级大陆裂解-增生-碰撞的叠加转换和复合叠加过程。杨经绥等(2010)则对中国中部的中央造山带复合造山作用进行了详细讨论。指出它经历了新元古代以来的长期活动和演化历史。其北带(包括西昆仑、阿尔金山、祁连山、东昆仑山和北秦岭)为早古生代造山带,碰撞造山作用结束于泥盆纪;南带(位括东昆仑南部、南秦岭、大别山和苏鲁)经历了晚古生代末-二叠纪的俯冲-碰撞过程,碰撞造山作用结束于晚二叠世-早侏罗世。中央造山带的主体是由上述两个不同时期形成的造山带拼合组成的复合造山带。从学者们对复合造山的描述看,多将复合造山理解为区域上不同时代形成的造山带在空间上拼贴在一起,强调的是空间复合。从上述有关造山带类型和造山过程的讨论中可以看出,造山带的地质演化历史决定了其复杂性。对于同一个造山带而言,尽管从俯冲、碰撞、伸展造山表现为连续的演化过程,但它们却是在不同构造动力体制下进行的,因而其动力学条件、造山样式、地质作用、形成的地质构造和相应岩浆活动、成矿作用均不相同,每一次造山都有其相对独立的过程。因此,虽然地球上现在存在着在单一构造动力体制下形成的造山带,但大多数造山带都经历了两种或以上的造山过程,因此在时间和构造动力体制上也表现出复合性。例如,许志琴等(2005)研究也提及,现代喜马拉雅造山带的前身是泛非-早古生代形成的原始喜马拉雅造山带。

同样,杨经绥等(2010)关注到中央复合造山带在中新生代时期,又整体不均匀隆升,经历了陆内造山作用的改造。同时提出复合造山带的三种类型,即两个或两个以上时期形成造山带的拼贴体、造山变形叠置形成复合造山带和与大陆俯冲(洋壳俯冲)紧密相关的复合造山带。因此,对复合造山带的理解应该包括三个方面的含义。一是不同时期不同类型造山带在空间上的复合,表现为不同时期形成的造山带拼贴在一起,形成更大的造山带(叠置);二是同一造山带在不同地质历史阶段、不同构造动力体制下造山作用的时间复合,形成更复杂的造山带或山系(叠加);三是同时具有时空复合特征的复合造山带。地质学家通过对各类造山带的解剖,认识到每一类型造山作用的影响范围并不是仅仅局限在造山带主体所在的狭长地带内,而是可以扩展到其两侧达数百乃至上千千米的活动域。例如就喜马拉雅造山带而言,强烈的碰撞致使喜马拉雅强烈隆升,同时的应力传递到较早结束碰撞作用的其它造山带,形成复合造山。此外,造山带发育地区古构造格局的巨大差异,也是直接影响到复合造山的重要因素。例如,有资料研究表明,三江古特提斯在早古生代具有多岛洋构造格局,由一系列相对稳定的地块和洋岛及其间的洋盆和支洋盆组成,以弧后盆地消减及其洋壳俯冲为动力,通过弧弧碰撞、弧陆碰撞、陆块陆块碰撞等多岛造山过程,在中生代实现了类似“东南亚”式的造山过程(潘桂棠等,2003)。同样,中央造山带早古生代也具有多洋(海)盆、多地体、多岛弧的复杂构造格局(杨经绥等,2010),位于华北北部兴蒙造山带在古生代也是一个由多个地块分隔的多个洋盆的构造系统(Renetal.,1996)。这种局面的存在,为在时空上形成性质复杂的复合造山带提供了得天独厚的条件。而具有东太平洋边缘那的洋陆构造系统地区,则通常形成时间上的复合造山带。#p#分页标题#e#

三江复合造山带的时空演化

中国西南三江及邻区是全球特提斯构造域的重要组成部分,同时也是全球最壮观的造山带之一,是研究构造动力体制演化和复合造山过程的理想地区。自1893年奥地利地质学家休斯提出特提斯(Tethys)概念以来(Suess,1893),对特提斯构造的研究一直没有中断,尽管在许多具体问题上还存在着激烈的争论,但有关特提斯构造演化和造山带形成所取得的一系列重要进展,为进一步探讨该区构造动力体制演化与复合造山过程奠定了基础。

1.三江复合造山带的基本结构

在空间上,在三江及其邻区,已识别出甘孜-理塘、金沙江-哀牢山、澜沧江、昌宁-孟连、班公湖-丁青-怒江和雅鲁藏布江等蛇绿混杂岩带,它们代表了历史上曾经存在的不同规模和性质的洋盆;夹杂在这些洋盆之间的则是一系列规模不等的陆块,如中咱-中甸、兰坪-思茅、保山、左贡、冈底斯-拉萨等,与此同时,还厘定出德格-乡城(义敦)、江达-维西-绿春、杂多-景洪、类乌齐-勐海以及波密-腾冲和冈底斯(南缘)等岩浆弧,它们要么是位于一些陆块边缘的陆缘弧,要么就是在洋盆之上直接形成的岛弧(图3)。潘桂棠等(2003)指出,三江地区一系列共存的多条弧链(前锋弧、岛弧、火山弧等)和相间分布的洋盆及(微)陆块,在古生代时期构成复杂的“多岛弧盆”构造系统。从蛇绿混杂岩带和岩浆弧的区域配置上看,该系统内可以划分出甘孜-理塘混杂岩带和义敦岛弧、金沙江-哀牢山混杂岩带和江达-维西-绿春陆缘弧、澜沧江-昌宁-孟连混杂岩带和类乌齐-临沧-勐海岩浆弧、班公湖-怒江混杂岩带和波密-腾冲弧以及雅鲁藏布江混杂岩带和冈底斯陆缘弧等组成的多个造山系统。

2.造山过程的构造动力体制控制与空间复合

李兴振等(2002)研究表明,上述每个造山系统均先后不同程度经历了不同构造动力体制下的造山作用。岩浆弧的存在反映了在早期洋陆相互作用过程中,发生了板块俯冲作用。以弧后盆地消减及其洋壳俯冲为动力,随着各洋盆的逐渐闭合,最终造成了弧弧、弧陆或陆块与陆块之间的拼贴,完成了大洋动力体制之下的多岛造山过程。洋壳的消失、俯冲造山作用的结束并没有终结相应地区的构造演化。各个俯冲造山带都不同程度经历了碰撞-伸展造山过程,最终实现转换构造动力体制之下的洋陆转换,并依转换作用完成为标志,先后进入陆内阶段,转而受大陆动力体制控制。有资料表明,部分造山带发生了典型的陆内造山作用。如就甘孜-理塘和义敦造山带而言,标志俯冲造山作用的产物包括蛇绿混杂带、火山弧花岗岩带、主火山弧安山岩带、弧间裂谷盆地火山岩带、弧后“双峰式”岩石组合带和弧后火山-岩浆岩带等的形成,它们横跨造山带自东而西依次分布。标志碰撞造山作用存在的标志主要为同碰撞型花岗岩和造山隆起及晚期花岗岩的相继发育,并伴有岛弧地壳挤压收缩和剪切应变形成的复杂变形构造。标志伸展造山作用发生的典型岩浆产物为燕山晚期的A型花岗岩。如在义敦岛弧带上分布于柯鹿洞-乡城断裂与矮拉-日雨断裂带夹持的狭长区域的高贡-措莫隆花岗岩带。而陆内造山活动存在的主要标志包括喜马拉雅期发生的大规模逆冲-推覆和走滑平移活动,并形成规模不等的拉分盆地和相应山系,同时伴有喜马拉雅期花岗岩侵位。虽然此套花岗岩亦属A花岗岩,但显示为板内拉张环境花岗岩特征,与伸展造山期A型花岗岩的地球化学差异性明显。

如义敦带的巴塘格聂、中甸楚良岩体等。几乎相同的造山过程也发生在金沙江-哀牢山造山带的造山过程中。然而更西部的澜沧江及昌宁-孟连以及班公湖-怒江(丁青-三台山)造山带仅在局部地区识别出了伸展造山的岩浆记录,如在腾冲地区发现的新近纪钙碱性火山活动等,可能标志着伸展造山过程或已开始,但没有发育典型的陆内造山过程。最西部的雅鲁藏布-喜马拉雅造山带则尚处于碰撞阶段,还没有进入伸展造山过程,因此还不能完全用大陆构造动力体制去阐释这里发生的构造-岩浆作用。由上讨论可以看出,三江特提斯构造主要由多条近于平行的造山带组成的,依其在空间上发育的顺序,各自分别经历了不同构造动力体制控制的造山过程,具有明显的空间叠置特征。

3.复合造山作用的时间演化

在时间上,上述各造山带内的各造山过程并不是同时进行的。根据前人大量研究(李兴振等,1999,2002;钟大赉,1998;潘桂棠等,2003)所积累的丰富资料,可以将三江地区主要造山带演化的时间序列整理如下(图4)。甘孜-理塘洋盆的形成时代确定为晚二叠世-晚二叠世早期,晚三叠世早期是甘孜-理塘洋盆扩展的鼎盛时期,洋盆宽度约为480km,洋壳在晚三叠世中期开始向西俯冲消减于中咱-中甸微陆块之下,西侧形成典型的义敦(德格-乡城)岛弧-弧后盆地系的配套格局,洋盆闭合消亡于晚三叠世末。对义敦岛弧上构造-沉积和岩浆活动序列的解析表明,该带俯冲造山作用的时限为238~210Ma,与晚三叠世弧火山岩的时间相当;碰撞造山作用的时限为208~138Ma,与晚三叠世火山弧花岗岩密切交生或相依分布;伸展造山作用的时限为139~75Ma,相当于燕山晚期的A型花岗岩;陆内造山作用发生的时限为65~15Ma,与板内拉张环境花岗岩活动时代一致,如格聂岩体侵位于三叠系砂板岩系和哈裕拉岩体(81~39Ma)中,主体为似斑状中细粒钾长花岗岩,40Ar/39Ar坪年龄值为15Ma。茨林措岩体侵位于上三叠统喇嘛亚组砂板岩系中,主要岩石类型为似斑状细粒二长花岗岩和角闪石黑云母二长花岗岩。茨林措岩体于65Ma形成。金沙江-哀牢山洋盆形成时代为早石炭世,但可能在中泥盆世就已启动,石炭世-早二叠世早期是金沙江弧后洋盆扩展的高峰时期,洋盆宽度可达1800km(莫宣学等,1993)。洋壳于早二叠世晚期开始向西俯冲消减于昌都-兰坪-思茅陆块之下,并在陆块边缘形成了江达-德钦-维西(北段)和墨江-绿春(南段)陆缘弧。晚二叠世末期洋盆消减闭合,洋壳消亡,结束金沙江-哀牢山古特提斯洋演化历史。

早中三叠世开始斜向碰撞,进入转换构造阶段。随着碰撞造山作用的进行,大部分地区开始隆升,缺失早中三叠世地层。该造山带同样经历了碰撞后的伸展造山过程。中三叠世末到晚三叠世早期,随着残留海盆消亡,江达-德钦-维西岛弧造山带由挤压转为拉张,在原火山弧及其边缘带上拉张、裂离形成以晚三叠世早期为主体时段的上叠裂谷盆地,以发育次深海相的火山浊积岩、凝灰质浊积岩、凝灰质-硅质浊积岩及砂泥质复理石,以及玄武岩、流纹岩组合构成的“双峰式”火山岩和辉长辉绿岩墙、岩脉群为特征,火山岩地球化学特征显示为拉张背景下的裂谷盆地环境。到晚三叠世末期变成挤压环境,以中性-中酸性火山岩的出现为终结标志,并发育大量的膏盐沉积。此后,全面转入陆内阶段。有资料表明,新生代金沙江-哀牢山带也发生了以大规模的冲断推覆和局域性伸展为代表的构造活动,一些早期形成的古构造还可能在这一阶段重新复活(葛良胜等,1999),并伴有不同性质和规模的岩浆活动(如滇西新生代的富碱岩浆活动等,葛良胜等,2003),反映了陆内造山作用的存在。Geetal.(2009)、葛良胜等(2012)研究表明,在哀牢山地区,强烈的壳幔相互作用导致的软流层上涌是激发该区陆内造山作用发生的重要深部构造背景。澜沧江构造带的空间结构相对于前两者较为复杂。从走向上,它可分为南带和北带,而南带的洋盆又包括澜沧江和昌宁-孟连两支。李兴振等(1999)认为其具双洋、双弧的发展模式。东支澜沧江洋的演化历史几乎与哀牢山洋完全相似,二者相向俯冲共用昌都-思茅陆块。西支昌宁-孟连洋打开于早石炭世,至石炭纪末-早二叠世初,达到最大规模,同时洋壳发生向东的俯冲并逐渐加剧,于早二叠纪末结束,导致东部的临沧-勐海弧与西部的保山陆块缝合,并转而进入碰撞造山过程之中。在临沧块体上形成同碰撞型壳熔二长花岗岩岩基。晚三叠世,在保山地块东缘形成后造山的水寨木厂晚期边缘前陆盆地和地块轴部保山-施甸的前陆隆起。前陆盆地中木厂碱性花岗岩的侵入,似乎标志着晚三叠世末期,本区曾经历了短暂的伸展造山过程,意味着碰撞造山阶段已结束。但晚燕山期本区又发生了较大规模的碰撞型壳熔二长花岗岩的侵入,表明区域上的碰撞作用仍在延续,上述的伸展可能只是碰撞期内挤压应力间歇期的局部伸展过程。#p#分页标题#e#

有研究认为,直到喜马拉雅期,本区可能受喜马拉雅碰撞造山影响,还处于碰撞造山的晚期阶段。真正的伸展造山过程并未启动。李兴振等(2002)认为,从班公湖-怒江洋南侧念青唐古拉岩浆弧带中发育印支期岛弧型花岗岩,及在古米一带可能发育晚二叠世弧火山岩推断,班公湖-怒江洋于晚三叠世即已开始向南俯冲,因此,洋盆形成的时间可能早于三叠纪。在丁青一带中侏罗世沉积不整合在结合带的混杂岩带之上,表明班公湖-怒江洋东段在中侏罗世已经闭合,进入碰撞造山阶段,而西段可能闭合稍晚。碰撞作用在南侧班戈-波密-腾冲一带形成燕山期碰撞型中酸性花岗岩带,在其北/东侧也形成一个木戛冈日-聂荣岩带(两部)和嘉玉桥-潞西壳熔型花岗岩带。值得注意的是,同时在东部较早形成的造山带内,也有该期的岩浆活动,如类乌齐-耿马花岗岩带、措莫隆-格聂花岗岩带、昌台-乡城岩浆岩带等,但正如前述,其岩石化学特征和构造背景却并不相同,有些表征的是伸展造山环境,有些则已是陆内构造环境。雅鲁藏布江洋是环球特提斯构造域最晚形成、最晚闭合的洋,它的形成一般认为是在二叠纪,即与冈底斯北侧的班公湖-怒江洋形成时间基本同期,并于晚三叠世或中生代早期开始向北俯冲。在其北面形成冈底斯岩浆弧,三江地区西部的下察隅苏典岩浆弧带可看作是该岩浆弧带在东部的延伸。洋盆闭合时间则比北侧洋盆要晚,大体在晚白垩世-古近纪,随后进入印度板块和欧亚板块的碰撞造山阶段,并逐渐形成著名的喜马拉雅山碰撞造山带。业已证明,在青藏高原的冈底期和喜马拉雅地区发生分别了平行造山带和垂直造山带不同规模的伸展构造,但正如本文前面所讨论的,喜马拉雅造山带目前是否结束碰撞进入伸展造山阶段,还存在不同认识。可以肯定的是,地球物理资料证明,在喜马拉雅地区,岩石圈结构不同于典型的大陆岩石圈,陆块间的融合并未完全结束,因此本区并未结束转换构造动力体制的控制,进入大陆动力体制阶段。同样,印度板块与欧亚板块的强烈碰撞对早先形成的各类造山带也会产生不同程度的影响,表现为随距离变化的远程效应,正如上述,在三江地区的其他造山带内均有不同的构造-岩浆反映。

上述讨论表明,三江造山带实际上是由多条次一级造山带在空间上紧密叠置形成的,这与特提斯大洋的原始状态及在区域构造演化过程的应力结构密切相关。而其中的每一条造山带在历史上不同程度经历了大洋、转换、大陆三种构造动力体制的控制,在时间上先后表现为板块俯冲、弧陆或陆陆碰撞和伸展或陆内造山等不同造山过程的叠加。不同造山过程有各具特色的地质表现。造山过程完整性与洋陆相互作用发生的时间、强度、方式等密切相关。造山带的演化在时空上呈现出有序演进的特点。较早完成俯冲造山过程的造山带一般也会较早进入后续造山阶段,但各造山过程发育的时间、强度等则受区域上邻近造山作用的发生和发展影响。可以看出,三江造山带是一个典型的具有时空复合特征的巨型复合造山带,其空间结构造和演化过程充分展示了不同构造动力体制同区转承和异区并存特点。这种特点是三江地区大规模成矿作用多样性和有序性并存的根本原因,对造山带时空结构的详细解析是认识该区成矿环境和成矿作用、探索并理解区域成矿规律的前提和基础。

结论