地球演变动力学

王昌益

蓬莱国土资源局

序言

在地壳运动与作用之间的关系问题上，时至今日，人类还没有得到一个确切的结论。然而，不掌握作用对地壳运动的控制规律，许多地质学难题如地震预测预防问题就很难解决。为了探索地壳运动与其控制作用之间的定量关系问题，笔者自1982年前后以来通过探索作用的本质及其与自然体演化过程之间的关系规律，从而建立了作用学基本理论和工程作用学基本理论，进而为地壳动力学基本理论的建立奠定了基矗本文重点说明地球动力学的基本观点。

第一章作用

地球演化与地壳运动受制于作用，不同地壳部分与不同地壳部分之间的相对运动和大地构造轨迹都决定于它们所受作用的差别。因此，要掌握地球演化与地壳运动和大地构造规律，除了地质观测与勘探研究外，我们还需要进行大量的理论研究，将地球演化和地壳运动与其控制作用之间的关系搞清楚。

§1.1.作用的本质

在自然界中存在的最基本的作用现象是运动质点在运动中相遇时发生的接触碰撞现象。从本质上来说，作用仅指物与物之间的接触作用现象（也就是说，作用的本质是接触作用）。然而，由于自然是由物质和空间两种东西合成起来的，自然的任何部分（物体或其内的质点）也都是由物质和空间组成的，所以，作用的含义就不能狭指物与物间的相互作用现象，而包含物质与空间、含有物质和空间的物体与含有物质和空间的物体、含有物质和空间的物体与空间之间的相互作用，从而使作用概念变得广义和复杂。物质与空间的作用如侵入领地、占有或出让空间、圈定区域等等，含有物质和空间的两个物体之间的相互作用既包含物质与物质之间的相互作用，又包含物质与空间、一物的空间与另一物的空间之间的相互作用。因此，广义的作用是指物质与物质、物质与空间、空间与空间之间的相互作用现象。但是，由于空间是虚空，是不存在，它仅能相对于物质而存在，从根本上来讲，物质与空间、空间与空间之间的相互作用现象并不存在，它仅是物质与物质相互作用现象中的伴生现象，是一种虚假的、不存在的现象。因此，作用的本质仅是物质与物质间的接触作用。物质与空间、空间与空间之间的相互作用现象是虚的、不存在的现象，但在科学研究时我们还不能忽视它，正是因为它在科学上的存在而导致对立统一规律的存在。

通过以上讨论可以给出作用的本质定义：作用是指物质与物质、物质与空间、空间与空间之间的相互影响、相互关联、相互制约等现象。

§1.2.作用量

作用现象的量叫作用量，记为 A.作用量就等于作用物动量。作用量仅由运动着的作用物的动量直接产生，作用物对受作用物之所以能形成作用，就是因为它有（相对于受作用物运动的）动量，所以，作用量就等于作用物的动量。即，设作用物的质量是 m，运动速度是v，那么,它的作用量就是

A=mv.

这个作用量能支配作用物本身在空间运动，也能支配作用物对其所遇到的物质和空间形成作用。

绝对动量是很难测到的，而且，在接触作用现象中，作用只是相对动量产生。因此，作用量实际上由作用物相对于受作用物的相对动量产生，作用量等于作用物相对于受作用物运动的动量。即，若作用物体相对于受作用物体运动的动量是 mu，作用物体将对受作用物体形成的作用量是

A=mu.

控制运动物体运动的作用量等于运动物体自身的动量。若物体的动量 mv，那么，控制它自身运动的作用量就是

A₀=mv.

控制作用物体对受作用物体形成接触作用的作用量是作用物体与受作用物体间的相对作用量。可见，控制运动的作用量与控制运动变化的作用量之间的联系与统一。

§1.3.力及其与作用量间的关系

力是作用物在一瞬间（或单位时间）使受作用物变化的作用量。即，若作用量是 A，作用时间是t ，则有力F 与作用间的关系式

F= A/t

通常，物体都在自身动量和外力作用下作曲线运动。若外力是 F，而其自身的动量是A₀，它运动和受作用的时间是t，那么，它受的作用量是

A=A₀+Ft.

§1.4.作用的对立统一规律

物质受作用叫实作用，空间受作用叫虚作用。虚作用与实作用完全相互对立，但又相互统一，两者合为作用。用数学语言来表达，那就是：受作用物接受的虚作用量 A_F与实作用量A_T之和等于作用物产生的作用量 A.即，

A=A_F+A_T

这就是虚作用与实作用对立统一于作用的规律。这一规律反映作用因受作用物的不同而不同的规律。例如，密度大的物体接受作用的能力大，其抗变能力大；反之，亦反。

虚作用是指作用物对受作用物的空间构成作用的现象（如占有空间现象）。虚作用现象的量叫虚作用量，记为 A_F；单位时间产生的虚作用量叫虚（作用）力，记为F_F ；虚力F_F等于虚作用量A_F与作用时间 t之比；即，

F_F =A_F/t；

虚作用使物体得失空间、改变形态。实作用是指作用物对受作用物的物质构成作用的现象（如冲击、碰撞现象）。实作用现象的量叫实作用量，记为 A_T ；单位时间产生的实作用量叫实（作用）力，记为F_T ；实力 FT等于实作用量A_T与作用时间 t之比.即，

F_T =A_T/t.

实作用使受作用物改变运动状态。

虚作用和实作用都由作用产生，虚作用和实作用都与作用存在直接函数关系。即，虚作用量 A_F等于作用量A与虚度 E之积，即，

A _F =EA；

实作用量A_T等于作用量 A与实度T之积，即，

A_T =TA.

虚度E和实度T都是度量受作用物的虚实程度或密实程度、稀松和虚无及松散软弱程度的参数，都是来自自然规律的自然参数。虚实度反映物体的强弱、软硬、松密、空满、贫富、多少、虚实等状态特征。虚度 E和实度T是绝然对立的两种参数，但二者之和等于 1.即，

T+E =1

一个物体的虚度大，它的实度就小；反之亦然。这就是虚度与实度间的对立统一规律。虚作用与实作用间的对立统一规律和虚度与实度间的对立统一规律都由“物质与空间对立统一于物体”的对立统一规律所决定。虚实度参数可以根据作用物和受作用物之间的相对密实度来确定，如空隙度是虚度、受作用质量与作用质量之比是实度、受作用物接受作用的能力与实体接受作用的能力之比等于受作用物的实度。

合作用量等于虚作用量，即，

A_合=A_F；

实作用量等于阻碍作用量的负值，即，

A_T =-A_R.

所以，

A_合=EA=(1-T)A， A_R=-TA =-(1-E )A.

同样，虚力就等于合力，实力就等于阻力（包括反作用力）的负值。即，

F_F =F_合，

F_T =-R.

所以，合力等于力F与虚度E之积；阻力等于力 F与实度T之积的负值。合作用量等于虚作用量，即，

A_合=A_F；

实作用量等于阻碍作用量的负值，即，

A_T =-A_R.

所以

A_合=EA=(1-T)A，

A_R =-TA=-(1-E)A.

同样，虚力就等于合力，实力就等于阻力（包括反作用力）的负值。即，

F_F =F _合，F_T =-R.

所以，合力等于力F与虚度E之积；阻力等于力 F与实度T之积的负值。

§1.5.物质在不同作用下所表变现出来的虚度和实度

不同物质对同一种作用的接受能力不同。在相同作用条件下，不同物质实际接受作用量的百分数有所不同，其获得的动量增量有所不同，所以，在同等作用条件下物质会出现分异，地下会出现矿床富集。物质接受作用量的百分数是度量物质接受作用的能力的自然参数，其实质就是物质在该作用条件下的实度。例如，质量等于密度的水质点受的“万有引力”是

f=g；

g为“万有引力”加速度。质量等于密度(ρ=2.5)的石英质点受的万有引力是

f=2.5g；

质量等于密度（ρ=13.6）的水银质点受的万有引力是

f=13.6g；

质量等于密度（ρ=19）的黄金质点受的万有引力是

f=19g.

可见，体积相同、密度不同的不同物体对“万有引力”的接受能力不同。也就是说，“万有引力”产生的作用量通常大于物质实际接受的作用量。作用学将被接受了的作用部分叫实作用，将没有被接受的那部分作用称作虚作用，将万有引力对实体产生的作用就叫“万引作用”。那么，“万引作用”究竟有多大呢？假设“万引作用”对以地心为球心、以远远大于地球半径的R为球面半径的球面上存放的任意实体质点（质量等于实体的密度ρ₀）形成的作用量等于e,进而求出地球内部距地心r米远处地表任意质点（质量等于其密度ρ）所受的“万引作用”力等于R的平方乘e再除r的平方，等于ρg.即

f=R²e/r²=ρg.

物质实际接受到的“万引”作用量部分与“万引作用”实际产生的作用量之比就等于物质接受“万引作用”的实度。水实际接受“万引作用”的力仅是“万引作用”力的1/ρ₀部分；而石英的仅是2.5/ρ₀；水银的仅是13.6/ρ₀；金的仅是19/ρ₀.因此，水的实度位T=1/ρ；石英的T=2.5/ρ；水银的T=13.6/ρ₀；金的T=19/ρ₀.与此相反，物质没有接受到的“万引”作用量部分与“万引作用”实际产生的作用总量之比就等于物质接受“万引作用”的实度，记为E.水的虚度为E=1-1/ρ₀；石英的E=1-2.5/ρ₀；水银的E=1-13.6/ρ₀；金的T=1-19/ρ₀.

实际上，体积相同、密度不同的不同物质对所有作用的接受能力都不同。人们都知道，电磁场对物质的作用也具有选择性。电磁体内的电磁场只产生使电磁体运动的作用。在同一个电磁作用环境下，地球上的不同物质所受的电磁作用却存在很大差异。电磁作用下手作用物质所表现出来的虚实度叫物质接受“电磁作用”的虚实度。……

掌握不同作用下、不同物质的虚实度参数非常有用。例如，在确定某地质体受作用的量值时，我们可以通过测算各种物质的体积或质量来求得其受力规律。即，质量乘其在某作用下产生的运动加速度就等于它在这种作用下表现出的实度与这种作用产生的作用量之积……

§1.6.作用与物质关系

设 m₁和m₂分别是两地质体的质量，d₀是两者间的初始距离l₁和

l ₂分别是两者的地壳运动距离，其中，

l₁=v₁₀t+a₁t²/2=v₁₀t+F₁t₂/2m₁ ，

l₂=v₂₀t+a₂t²/2=v₂₀t+F₂t²/2m₂ ，

则有m₁与m₂间的物质关系变化量为

△φ=△m₁m₂r=m₁m₂(d_t-d₀)=△m₁m₂l=m₁m₂ (l₂- l₁)=m₁m₂ ∫₀^t[(v₂₀+∫₀^tF₂dt/m₂)-(v₁₀+∫₀^tF₁dt/m₁)]dt.

控制两者关系变化的“力”是

F=m₁m₂a=m₁F₂-m₂F₁.

实际上，F根本不是力，只是关系变化加速率。如果地球质量是 M，m₁和m₂与地球间的关系距离增量分别是△R₁=R_1t-R₁₀，△ R2=R_2t-R₂₀,则有

△R₂-△R₁=d_t-d₀=l₂-l₁=∫₀^t[(v₂₀+ ∫₀^tF₂ dt/m₂)-(v₁₀+∫₀^tF₁ dt/m₁)]dt

由此可知，地球内的物质关系变化与岩体运动是相互统一的。