四大地壳波浪系统

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第583页（2619字）

即太平洋－欧非波系、北冰洋－南极洲波系、印度洋－北美波系及南大西洋－西伯利亚波系。

每一波系都包含一对基本上呈对跖分布的洼陷极构造区与隆起极构造区，在二者之间则呈环状分布着一系列类平行的隆起带与洼陷带，它们既可以是构造活动性很强的构造活动带，也可以是活动性较弱的地块带。在一个系列的构造活动带中，最大的一个称大圆构造带。其余称小圆构造带。每一波系的大圆构造带，是该波系构造活动性最强的地带，围绕着每一个隆起构造区，又都有一个较明显的小圆构造带。由于四大波系的隆起极在球面上基本呈均匀的辐射对称分布，洼陷极构造区又与其对跖，地球因而略具四面体形态。

四大地壳波浪系统，是张伯声(1964、1965、1966)为解决全球地壳镶嵌构造以及镶嵌地块在空间上的波浪状展布和在时间上的波浪式发展等构造特征的形成机理时提出的。

他认为，地球在不断地进行着收缩与膨胀相结合的脉动式演化，但以收缩为主要趋势。收缩时地球向四面体过渡，膨胀时向球体回返，但由于收缩的总趋势而使地球在膨胀阶段也略具四面体形势。

地球的脉动不断激发四面体4个面心地区的下凹与上隆，4个顶点部位也相应地上凸与下降，于是导致其间的构造波浪在地球表层呈环状往返传播。

上述思想是在19世纪中后期出现的“地球四面体”理论的基础上发展而来的。1857年，英国欧文(Richard Owen)曾指出地球具四面体形态，并找出了4个顶点及与之相对应的4个面心部位。19世纪80年代初，英国格林(William Lowthian Gteen)进一步通过数学方法论证了地球形成四面体形状的必然性。

他指出，表面积相同的正则体，以球体之体积为最大，四面体之体积为最小，地球在其外壳凝固之后，内部物质还在进一步冷缩，因而必然导致四面体形状——只有这样，地球表面以最小程度的变化即可满足地内物质最大程度的体积收缩。此外，格林也注意到了地球的自转效应，认为地球的形态是由收缩所导致的四面体趋势加上旋转所导致的椭球趋势的综合。接着，法国拉尔曼(Lallemand)做了橡皮球抽气实验，获得了类似的四面体形态，并解释了地球上主要山系由于位于四面体棱边部位而所受的横向挤压力最大。1888年，戴维森(C．Davison)又按照四面体理论得出了大陆地壳下面的拉张量比大洋地壳下面要小得多的推论，较好地解释了大洋盆地的下沉和大陆边缘造山带的形成。

张伯声(1964)提出的由地球缩胀脉动而引起的地壳四大波系的发动、传播及相互交织，是对格林四面体模型的重大发展。他将四面体理论所认为的地球不断向着四面体目标做单向收缩(包含由自转所导致的趋椭球效应)的看法修正为，地球在其演化过程中不断作收缩与膨胀相交替的脉动，而以收缩为其总趋势，于是地球的形态也就不断地作四面体趋势与球体趋势的交互转换，以此启动全球四大地壳波浪系统的传播。其中关于隆起极与洼陷极、大圆构造带与小圆构造带等概念，则是在布鲁克(B．B．Brock，1956)等人为地球四面体效应而提出的一些构造概念(地质极、构造大圆、构造小圆等)的基础上发展而来的。

1978年张伯声和王战进一步阐发了上述思想，并将其概括为一个简单的公式：

并明确指出，球体和四面体都只是一种趋势。

在收缩阶段，地球从来没有十分接近过四面体，在膨胀阶段，也从来没有成为真正的球体或椭球体，因为尽管由地球缩胀的变更使地球形态随之在球体与四面体之间反复变更，从而大洋深度也反复变化，由此而引起的海进、海退事件屡屡发生，然而位于地球四面体四个顶角部位的前寒武纪地盾区，地史上历次大规模的海侵都并未将其淹没，加之地球的总体收缩趋向，所以四面体效应应是不断演化着的地球形态的总趋向，即使在准球体阶段，地球的准四面体迹象也并未被磨灭。

这些思想虽仍沿用了格林四面体理论最基本的原理(球体收缩取四面体趋势)，但毕竟同其原来的理论已相去甚远(原属于冷缩说的营垒，现已被引入到脉动说的领域)，因而被称之为“新四面体理论”。

四大地壳波浪系统的提出，不但成了从“地球四面体理论”发展到“新四面体理论”的转折点和里程碑，而且更促进了“新四面体理论”的重要进展。王战(1987，1990，1991)提出的“地球多级驻波脉动”模型(参见“波浪状镶嵌构造说”)，正是通过对四大地壳波系在传播过程中由于波的干涉所引起的地球驻波运动效应的分析而建立起来的。

因为每一地壳波系的波浪在由凹陷极传播到隆起极之后形成反射波，反射波与原波同频而反向，因此相互干涉而形成驻波，即每一波系都必然导致凹陷极所在半球的地块带与隆起极所在半球的地块带隆坳状况相反，它们所处部位都是驻波的波腹，而其间的部位则是驻波的波节，即应力最易集中的地带，于是就在这种地带形成了大圆构造带。由于地壳的波浪运动是由大到小一级套一级的，所以四大地壳波系驻波运动的总合成，便是地球的多级驻波脉动，这就是地球形态在地史时期常是此半球略大、彼半球略小并定期变换的原因，也是海水进退、裂谷发展等重要地质现象常具有半球性转化特征以及地磁极性倒转的原因。今后的发展方向将是对四大地壳波系传播状况及其干涉效应细节的研究。

【参考文献】：

1 张伯声．张伯声地质文集．西安：陕西科学技术出版社，1984．103～118

2 国家地质总局书刊编辑室．国际交流地质学术论文集(1)．北京：地质出版社，1978．100～118

3 王战．西安地质学院学报，1990，12(2)：38～45

4 王战．西北大学学报(自然科学版)，1992，22(2)：237～248

5 Brock B B．Trans & Proc．Geol Soc S Af，1956，59：149～197。

(西北大学博士生导师王战教授撰)