構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的回顧與展望_第1頁
構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的回顧與展望_第2頁
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文檔簡介

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的回顧與展望地質(zhì)學(xué)是一門探討地球如何演化的自然哲學(xué),是主要研究地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、各層圈之間的相互作用和演變歷史的知識體系。地球自形成以來,經(jīng)歷了約46億年的演化過程,進(jìn)行過錯綜復(fù)雜的物理、化學(xué)變化,同時還受天文變化的影響,所以各個層圈均在不斷演變。人類在生產(chǎn)和探索奧秘的過程中,逐步認(rèn)識地球的組成和結(jié)構(gòu),地球及其生物界演變的規(guī)律,特別是地殼和巖石圈運(yùn)動規(guī)律,并為人類合理開發(fā)、利用和保護(hù)礦產(chǎn)資源保護(hù)環(huán)境服務(wù)等,從而形成了地質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷史。地質(zhì)學(xué)歷史悠久,作為一門傳統(tǒng)科學(xué),其研究主題和理念歷經(jīng)演變,已形成了龐大的科學(xué)體系,因其在礦產(chǎn)資源和化石能源勘探等方面對社會發(fā)展所作出的貢獻(xiàn)而被社會廣泛了解。根據(jù)地質(zhì)知識發(fā)展的程度,并參照其社會文化背景,可將地質(zhì)學(xué)發(fā)展史劃分為5個時期。①地質(zhì)知識積累和地質(zhì)學(xué)萌芽時期(遠(yuǎn)古?1450),以認(rèn)識的直觀和解釋的猜測性為主要特征。②地質(zhì)學(xué)奠基時期(1450?1750),其特征是隨著自然科學(xué)的誕生,地質(zhì)知識趨向系統(tǒng)化。對地質(zhì)現(xiàn)象試作理性解釋,并逐步建立了觀察和推理方法。③地質(zhì)學(xué)形成時期(1750?1840),一方面地質(zhì)知識得到較全面的概括和總結(jié),另一方面,人們將地質(zhì)作用、過程和結(jié)果聯(lián)系起來加以思考,給予解釋。地質(zhì)思想、理論和學(xué)說十分活躍,由此初步形成了地質(zhì)學(xué)體系。④地質(zhì)學(xué)發(fā)展時期(1840?1910),其特征是地質(zhì)知識和理論的發(fā)展,逐步形成了綜合分析方法,初步提出了全球性地質(zhì)發(fā)展史的認(rèn)識。⑤20世紀(jì)的地質(zhì)學(xué)(1910?),這一時期特點(diǎn)是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使新的地質(zhì)學(xué)說、地質(zhì)學(xué)理論不斷涌現(xiàn),地質(zhì)學(xué)分支學(xué)科之間日益相互滲透,地質(zhì)學(xué)與地球科學(xué)的其他學(xué)科相互溝通,形成了全球性地質(zhì)學(xué)體系。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一個主要分支,也是固體地球科學(xué)的一個主要基礎(chǔ)學(xué)科。它不僅要研究固體地球的基礎(chǔ)地質(zhì)理論,而且在應(yīng)用地質(zhì)學(xué)中起著重大作用。它探索地球物質(zhì)組分和運(yùn)動狀態(tài)的空間分布、演化和富集有用礦產(chǎn)的控制因素,研究防治地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境保護(hù)、大型工程建設(shè)等宏觀的地質(zhì)作用背景,因而得到了很大發(fā)展。在自然資源需求迫切的今天,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究,更是成為預(yù)測和尋找各類礦產(chǎn)資源的重要手段之一,是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)的一個重要基礎(chǔ)。全球構(gòu)造地質(zhì)的發(fā)展主要分為三個階段。、19世紀(jì)后期“固定論”構(gòu)造研究應(yīng)始于19世紀(jì)中期,波蒙在1852年發(fā)表了“山脈體系簡介”。其后,由于休士的重要研究,在其巨著《地球的面貌》(1885-1904年)中對全球構(gòu)造作了全面系統(tǒng)的論述,是19世紀(jì)地質(zhì)學(xué),特別是構(gòu)造地質(zhì)研究的出色總結(jié),也為20世紀(jì)構(gòu)造研究的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。休士的主導(dǎo)思想是“固定論”和“冷縮說”。他以冷卻為構(gòu)造的動力源,以收縮和地殼縮短機(jī)制說明水平運(yùn)動,以巖漿和火山活動說明地殼(巖石圈)的垂直運(yùn)動。另一個重要人物是波蒙,早于休士。波蒙和休士的概念體系統(tǒng)治了整個19世紀(jì)后半期。像霍爾和丹納的地槽學(xué)說都是在他們觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立的。19世紀(jì)霍爾、丹納提出地槽學(xué)說,經(jīng)舒克特、德國的(1936、1940)、美國的凱依進(jìn)一步研究,區(qū)分出地槽的不同類型,并討論了其發(fā)育歷史。施蒂勒提出的優(yōu)地槽和冒地槽類型、沉積的和巖漿活動的序列特征,以及造山帶的概念,在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中有著重要影響。他們對地殼運(yùn)動的空間觀限于垂直運(yùn)動和橫穿山系的水平運(yùn)動,沒有認(rèn)識到平行于山系的滑移運(yùn)動。在地殼運(yùn)動的時間特征上,“均變論”與“災(zāi)變論”的對立雖不明顯,但卻是長期存在的。波蒙(1830)提出構(gòu)造變動是短期內(nèi)突然形成的,立即引起了萊伊爾的反對。應(yīng)該指出:現(xiàn)實(shí)主義的創(chuàng)始人霍屯同時是地層不整合的發(fā)現(xiàn)人和解釋者,他并不是典型的均變論者。萊伊爾把均變論絕對化了,以致長期不能接受“進(jìn)化論”的觀點(diǎn)。波蒙關(guān)于構(gòu)造運(yùn)動的突變觀點(diǎn)影響深遠(yuǎn),是20世紀(jì)施蒂勒等建立全球構(gòu)造運(yùn)動等時框架的重要支柱。限于當(dāng)時的認(rèn)識水平,19世紀(jì)的構(gòu)造學(xué)者很少涉及地球內(nèi)部的作用。二、20世紀(jì)60年代以前“活動論”20世紀(jì)初葉,構(gòu)造地質(zhì)研究的重要成果之一是瑞士的構(gòu)造學(xué)派弄清了阿爾卑斯山系的巨大變形和水平縮短。這些成果在一定程度上動搖了“固定論”觀點(diǎn)。當(dāng)1912年魏格納提出真正的全球構(gòu)造活動論—大陸漂移說時,由于波蒙和休士的固定觀點(diǎn)根深蒂固,引起了北美和北歐的英語國家的頑強(qiáng)反對。在歐洲,少數(shù)真正支持者來自阿爾卑斯學(xué)派,也是這個學(xué)派較早地明確摒棄了“固定論”觀點(diǎn)。當(dāng)時,阿爾剛(1924)對亞洲的分析和施陶布(1928)對全球構(gòu)造的論點(diǎn)都十分鮮明。特別是施陶布的著作不獨(dú)涉及全球大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動,而且提出殼下對流和地球自轉(zhuǎn)變速作為動力機(jī)制的兩個方面。但盡管如此,1926年的AAPG組織的會議對大陸漂移仍是一片反對聲。實(shí)際上,在北美和北歐,直到50年代后古地磁研究有了重要突破,海底擴(kuò)張的概念得以建立以后,大陸漂移的活動論觀點(diǎn)才逐漸被接受。在這段時間里,南非的杜多瓦于1937年出版了《游移的大陸》,凱利于1956年組織了專門討論會,1958年出版了會議文集,形勢才發(fā)生了重要的變化。自1912年到50年代末的40余年間,“活動論”經(jīng)過長期的曲折發(fā)展,才逐漸得到應(yīng)有的承認(rèn)。施蒂勒和寇柏等形成的權(quán)威思想和習(xí)慣勢力是重要的原因,國際上的文字障礙和缺乏交流也有一定的影響。三、60年代以來板塊學(xué)說20世紀(jì)60年代以前是板塊學(xué)說的準(zhǔn)備時期。板塊學(xué)說是以活動論和大陸漂移說為前提,以海底地質(zhì)和古地磁的發(fā)現(xiàn)為前導(dǎo)的。60年代是板塊學(xué)說的建立期。60年代初,美國的赫斯根據(jù)洋底磁條帶、環(huán)太平洋島弧,海溝及其與火山、地震活動的關(guān)系以及洋脊系統(tǒng)及其裂谷的屬性,提出了海底擴(kuò)張理論。1965年英國的瓦因等對海底磁異常條帶成因作出了合理的解釋。1965年威爾遜提出的概念,并首次使用板塊一詞,再經(jīng)摩根和勒皮雄的補(bǔ)充,形成了完整的板塊構(gòu)造學(xué)說。其主要內(nèi)容是:(1)將地球表面分為若干個大小不等的板塊,其邊界或?yàn)樾碌貧ば纬傻难蟮茁∑穑驗(yàn)榈貧は鳒p的海溝,或?yàn)榈貧げ辉霾粶p的轉(zhuǎn)換斷層,板塊下界大致為約100公里深的地幔低速層,構(gòu)成軟流圈的頂界,其上則稱巖石圈。(2)洋中脊海底擴(kuò)張形成新的洋殼,又通過俯沖作用在會聚邊界消減,經(jīng)過轉(zhuǎn)換邊界的調(diào)節(jié),形成全球性的運(yùn)動學(xué)圖案。威爾遜于1968年提出洋盆的形成、發(fā)展和消亡的過程,并以現(xiàn)存的構(gòu)造作為各階段的代表例證,稱為“威爾遜旋回”。威爾遜旋回的時間可長達(dá)幾億年。二十世紀(jì)下半葉,受到第二次世界大戰(zhàn)影響,海洋地質(zhì)學(xué)引起了人們廣泛的關(guān)注。在深海探測技術(shù)以及相關(guān)的探測手段、相應(yīng)的開發(fā)條件等不斷進(jìn)步下,海洋地質(zhì)學(xué)得到了全面的發(fā)展。大規(guī)模的地質(zhì)現(xiàn)象不斷得到證實(shí),諸如美國地質(zhì)學(xué)家赫斯提出大洋中脊理論、美國海洋學(xué)家荻茨搜集深海探測海底山資料、美國地球物理學(xué)家考克斯建立地磁兩極年代表與磁場反向年代表、美國瓦因和馬修斯研究了磁場反轉(zhuǎn)的歷史,這些研究成果大大增加了板塊構(gòu)造學(xué)說的證據(jù)。最終由法國地球物理學(xué)家勒皮順、美國地球物理學(xué)家摩根以及英國地質(zhì)學(xué)家麥肯齊在一系列的研究和事實(shí)基礎(chǔ)上,完善了板塊構(gòu)造學(xué)說并且揭開了對地質(zhì)學(xué)特別是對大陸與海洋整體研究的熱潮,由此進(jìn)入對板塊構(gòu)造學(xué)說展開實(shí)踐論證的新階段。板塊學(xué)說在地學(xué)方面的重大貢獻(xiàn)是得到公認(rèn)的。但它還不能完善地解釋許多問題,包括一些基本的問題??偟恼f來,它只涉及巖石圈的運(yùn)動輪廓,而較少涉及地慢深部的問題,因而沒有解決板塊運(yùn)動的驅(qū)動力問題。還有一些已知的和新觀察到的事實(shí)和資料,諸如一些會聚帶的規(guī)模和性質(zhì),特別是太平洋西北部和印度洋中北部復(fù)雜的海底構(gòu)造,以及各時期洋、陸位置再造中遇到的大量問題,與已有的地質(zhì)認(rèn)識尚有矛盾。因此,板塊學(xué)說提出后,70年代掀起對許多主要地質(zhì)問題重新評價和解釋的高潮,大陸上的盆地沉積、巖漿活動、造山帶以及古生物地理等,特別是古板塊的邊界和古大陸再造等方面,成為地質(zhì)學(xué)重要的研究內(nèi)容。美國德雷克首先注意到大陸邊緣地質(zhì)。英國杜威注意把地槽造山帶與板塊學(xué)說的結(jié)合,研究了歐美各大造山帶。日本上田誠也提出了太平洋型的造山帶,都城秋穗研究了日本板塊,提出島弧火山巖序列。英國海勒姆把古生物地理同板塊構(gòu)造聯(lián)系起來。最后,美國的齊格勒和斯科泰塞根據(jù)古地磁、古氣候等資料做出了古大陸系列再造圖??档弦园鍓K觀點(diǎn)對全球構(gòu)造作了綜合論述。在80年代,他根據(jù)北美西部大陸邊緣構(gòu)造的研究,提出了概念,以原本不相連接的地體拼合增生,解釋復(fù)雜的造山帶,使板塊構(gòu)造取得進(jìn)一步的發(fā)展。為了研究板塊運(yùn)動的歷史發(fā)展,把空間和時間結(jié)合起來,70年代末到80年代,齊格勒等(1979)和斯密士等(1981)編制了古大陸再造系列圖,以二疊—三疊紀(jì)的聯(lián)合古陸,特別是岡瓦納古大陸為其重要支柱。總之,20世紀(jì)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)生了深刻的革命變化,在從宏觀到微觀—超微觀、從局部到全球,從定性到定量,從描述到理性思維,從單一學(xué)科探索到跨學(xué)科交叉等方面都取得了長足的發(fā)展。我國的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展自中國地質(zhì)學(xué)會1922年在北京成立至今,我國近代地質(zhì)學(xué)研究走過了九十年的歷史。這門有著300多年歷史的自然學(xué)科,成為近代文明的重要標(biāo)志。1909年京師大學(xué)堂(后北京大學(xué))創(chuàng)設(shè)地質(zhì)學(xué)門。海外學(xué)成歸國的地質(zhì)學(xué)者為中國的地質(zhì)科學(xué)研究事業(yè)作出了重大貢獻(xiàn)。章鴻釗、丁文江、翁文灝和李四光是我國地質(zhì)學(xué)的奠基人,黃汲清、謝家榮、趙亞曾、孫云鑄和楊鐘健為代表的地質(zhì)學(xué)家為我國地質(zhì)學(xué)事業(yè)的繼續(xù)發(fā)展作出歷史性的貢獻(xiàn)。新中國成立以后,在國家的進(jìn)步與社會的發(fā)展下,地質(zhì)科技不斷取得重大進(jìn)展,其中尹贊勛、張文佑、馬杏垣、王鴻禎、李春昱、陳國達(dá)、張伯聲等地質(zhì)學(xué)家們的研究成果豐碩。特別是改革開放以來,在國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界廣泛交流學(xué)術(shù)成果的情況下,板塊構(gòu)造學(xué)說的研究日益成為國內(nèi)地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)。從70年代以來,中國地質(zhì)學(xué)者積極參加了國際合作對比計劃和巖石圈計劃的學(xué)術(shù)活動,在青藏地質(zhì)和前寒武紀(jì)地質(zhì)的研究方面取得了重要成果,推動了中國地質(zhì)科學(xué)與國際地質(zhì)科學(xué)共同前進(jìn)。1971年,加拿大著名地質(zhì)學(xué)家威爾遜來華訪問期間對板塊構(gòu)造學(xué)說同國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行探討。由此正式開啟了我國對于板塊構(gòu)造學(xué)說的系統(tǒng)研究。將板塊學(xué)說最早系統(tǒng)地介紹到我國的是著名地質(zhì)學(xué)家尹贊勛,1973年其發(fā)表在地質(zhì)科學(xué)雜志上《板塊構(gòu)造述評》對該學(xué)說的理論內(nèi)容、成因機(jī)理、主要證據(jù)等進(jìn)行介紹。隨后,我國著名地質(zhì)學(xué)家李春昱也發(fā)表論文《再談板塊構(gòu)造》,密切關(guān)注該學(xué)說的發(fā)展動向。正是在這些著名地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注下,板塊構(gòu)造學(xué)說的研究開始引起學(xué)界的重視。同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)系學(xué)者金性春在國內(nèi)還沒有一本全面而系統(tǒng)地論述板塊構(gòu)造著述的情況下編著了《板塊構(gòu)造學(xué)基礎(chǔ)》,更為專業(yè)的闡述了該學(xué)說的基本原理和論據(jù)并在此基礎(chǔ)上闡發(fā)該學(xué)說的具體應(yīng)用。中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所以黃汲清為首的研究集體,吸收現(xiàn)代地質(zhì)科學(xué)的新成就。進(jìn)一步發(fā)展了多旋迥觀點(diǎn),初步提出了地槽摺皺帶的多旋迥發(fā)展模式,在新資料的基礎(chǔ)上,新編了中國大地構(gòu)造圖(1:400萬,1979年),并在圖上第一次較詳細(xì)的標(biāo)繪了我國境內(nèi)的板塊縫合線,出版了專著《中國大地構(gòu)造及其演化》(1980年)進(jìn)行了新的理論概括,提出了大陸邊緣活動帶的概念。波浪狀鑲嵌構(gòu)造學(xué)說是張伯聲描述中國地區(qū)的地殼構(gòu)造運(yùn)動的理論學(xué)說張伯聲用波浪狀鑲嵌構(gòu)造觀點(diǎn)編制了“中國大地構(gòu)造圖”(1:1000萬,1977)和專著《中國地殼的波浪狀鑲嵌構(gòu)造)(1950)?;趪鴥?nèi)學(xué)者在板塊構(gòu)造學(xué)說引進(jìn)介紹方面作了大量工作同時匯集了詳實(shí)的資料,板塊構(gòu)造學(xué)說研究成為關(guān)注熱點(diǎn),發(fā)展迅速。1993年,中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所的方國慶、張曉寶發(fā)表《板塊沉積學(xué)》,論述了該理論將有助于推動沉積學(xué)的發(fā)展。1997年,鄭國璋撰文《板塊構(gòu)造學(xué)說與地殼發(fā)展的基本規(guī)律》分析其基本原理并闡述地殼發(fā)展規(guī)律。2005年,中國地質(zhì)大學(xué)萬天豐教授在其論文中探討了板塊構(gòu)造的動力學(xué)機(jī)制問題,著重介紹并評述了地幔羽和隕擊作用誘發(fā)板塊運(yùn)動的新假說。2011年,國土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局的姚伯初以海洋地球物理學(xué)為基礎(chǔ)探討海洋地質(zhì)學(xué)與板塊構(gòu)造學(xué)的發(fā)展。筆者通過中國知識資源總庫(CNKI)以“板塊構(gòu)造”進(jìn)行主題和關(guān)鍵字搜索,絕大多數(shù)都是以我國區(qū)域地質(zhì)(例如西藏、滇東、湘桂區(qū)、新疆、華北、秦嶺造山帶、松遼盆地等)的地質(zhì)現(xiàn)象為例,來探討板塊構(gòu)造或者作為板塊構(gòu)造的具體應(yīng)用。板塊構(gòu)造學(xué)說作為地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的重要理論,始終是地質(zhì)研究的重要課題。世界地質(zhì)科學(xué)和其他科學(xué)都在迅猛發(fā)展。固體地球科學(xué)的一個重要特點(diǎn),不再僅僅是以分科科學(xué)為研究目的,而是以地球的發(fā)生、發(fā)展、演化、現(xiàn)狀以及資源和環(huán)境為目的,因此綜合性強(qiáng),形成為新的“地球?qū)W”學(xué)科。它的主要方面是

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