构造地质学的回顾与展望

构造地质学的回顾与展望地质学是一门探讨地球如何演化的自然哲学，是主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史的知识体系。地球自形成以来，经历了约46亿年的演化过程，进行过错综复杂的物理、化学变化，同时还受天文变化的影响，所以各个层圈均在不断演变。人类在生产和探索奥秘的过程中，逐步认识地球的组成和结构，地球及其生物界演变的规律，特别是地壳和岩石圈运动规律，并为人类合理开发、利用和保护矿产资源保护环境服务等，从而形成了地质学的发展历史。地质学历史悠久,作为一门传统科学,其研究主题和理念历经演变,已形成了庞大的科学体系,因其在矿产资源和化石能源勘探等方面对社会发展所作出的贡献而被社会广泛了解。根据地质知识发展的程度，并参照其社会文化背景，可将地质学发展史划分为5个时期。①地质知识积累和地质学萌芽时期（远古〜1450）,以认识的直观和解释的猜测性为主要特征。②地质学奠基时期（1450〜1750）,其特征是随着自然科学的诞生，地质知识趋向系统化。对地质现象试作理性解释，并逐步建立了观察和推理方法。③地质学形成时期（1750〜1840）,一方面地质知识得到较全面的概括和总结,另一方面,人们将地质作用、过程和结果联系起来加以思考，给予解释。地质思想、理论和学说十分活跃，由此初步形成了地质学体系。④地质学发展时期（1840〜1910）,其特征是地质知识和理论的发展，逐步形成了综合分析方法，初步提出了全球性地质发展史的认识。⑤20世纪的地质学（1910〜），这一时期特点是科学技术的发展使新的地质学说、地质学理论不断涌现，地质学分支学科之间日益相互渗透，地质学与地球科学的其他学科相互沟通，形成了全球性地质学体系。构造地质学是地质学的一个主要分支，也是固体地球科学的一个主要基础学科。它不仅要研究固体地球的基础地质理论，而且在应用地质学中起着重大作用。它探索地球物质组分和运动状态的空间分布、演化和富集有用矿产的控制因素，研究防治地质灾害、环境保护、大型工程建设等宏观的地质作用背景，因而得到了很大发展。在自然资源需求迫切的今天，构造地质学的研究，更是成为预测和寻找各类矿产资源的重要手段之一，是应用地质学的一个重要基础。全球构造地质的发展主要分为三个阶段。、19世纪后期“固定论”构造研究应始于19世纪中期，波蒙在1852年发表了“山脉体系简介”。其后,由于休士的重要研究,在其巨著《地球的面貌》(1885-1904年)中对全球构造作了全面系统的论述,是19世纪地质学,特别是构造地质研究的出色总结,也为20世纪构造研究的发展奠定了基础。休士的主导思想是“固定论”和“冷缩说”。他以冷却为构造的动力源,以收缩和地壳缩短机制说明水平运动,以岩浆和火山活动说明地壳(岩石圈)的垂直运动。另一个重要人物是波蒙，早于休士。波蒙和休士的概念体系统治了整个19世纪后半期。像霍尔和丹纳的地槽学说都是在他们观点的基础上建立的。19世纪霍尔、丹纳提出地槽学说,经舒克特、德国的(1936、1940)、美国的凯依进一步研究,区分出地槽的不同类型,并讨论了其发育历史。施蒂勒提出的优地槽和冒地槽类型、沉积的和岩浆活动的序列特征，以及造山带的概念，在构造地质学中有着重要影响。他们对地壳运动的空间观限于垂直运动和横穿山系的水平运动,没有认识到平行于山系的滑移运动。在地壳运动的时间特征上,“均变论”与“灾变论”的对立虽不明显,但却是长期存在的。波蒙(1830)提出构造变动是短期内突然形成的,立即引起了莱伊尔的反对。应该指出:现实主义的创始人霍屯同时是地层不整合的发现人和解释者,他并不是典型的均变论者。莱伊尔把均变论绝对化了,以致长期不能接受“进化论”的观点。波蒙关于构造运动的突变观点影响深远,是20世纪施蒂勒等建立全球构造运动等时框架的重要支柱。限于当时的认识水平,19世纪的构造学者很少涉及地球内部的作用。二、20世纪60年代以前“活动论”20世纪初叶，构造地质研究的重要成果之一是瑞士的构造学派弄清了阿尔卑斯山系的巨大变形和水平缩短。这些成果在一定程度上动摇了“固定论”观点。当1912年魏格纳提出真正的全球构造活动论—大陆漂移说时,由于波蒙和休士的固定观点根深蒂固,引起了北美和北欧的英语国家的顽强反对。在欧洲,少数真正支持者来自阿尔卑斯学派,也是这个学派较早地明确摒弃了“固定论”观点。当时,阿尔刚(1924)对亚洲的分析和施陶布(1928)对全球构造的论点都十分鲜明。特别是施陶布的著作不独涉及全球大规模的构造运动,而且提出壳下对流和地球自转变速作为动力机制的两个方面。但尽管如此，1926年的AAPG组织的会议对大陆漂移仍是一片反对声。实际上,在北美和北欧,直到50年代后古地磁研究有了重要突破,海底扩张的概念得以建立以后,大陆漂移的活动论观点才逐渐被接受。在这段时间里,南非的杜多瓦于1937年出版了《游移的大陆》,凯利于1956年组织了专门讨论会,1958年出版了会议文集,形势才发生了重要的变化。自1912年到50年代末的40余年间,“活动论”经过长期的曲折发展,才逐渐得到应有的承认。施蒂勒和寇柏等形成的权威思想和习惯势力是重要的原因,国际上的文字障碍和缺乏交流也有一定的影响。三、60年代以来板块学说20世纪60年代以前是板块学说的准备时期。板块学说是以活动论和大陆漂移说为前提，以海底地质和古地磁的发现为前导的。60年代是板块学说的建立期。60年代初，美国的赫斯根据洋底磁条带、环太平洋岛弧，海沟及其与火山、地震活动的关系以及洋脊系统及其裂谷的属性，提出了海底扩张理论。1965年英国的瓦因等对海底磁异常条带成因作出了合理的解释。1965年威尔逊提出的概念，并首次使用板块一词,再经摩根和勒皮雄的补充，形成了完整的板块构造学说。其主要内容是:(1)将地球表面分为若干个大小不等的板块，其边界或为新地壳形成的洋底隆起，或为地壳削减的海沟，或为地壳不增不减的转换断层,板块下界大致为约100公里深的地幔低速层，构成软流圈的顶界，其上则称岩石圈。(2)洋中脊海底扩张形成新的洋壳,又通过俯冲作用在会聚边界消减,经过转换边界的调节,形成全球性的运动学图案。威尔逊于1968年提出洋盆的形成、发展和消亡的过程,并以现存的构造作为各阶段的代表例证,称为“威尔逊旋回”。威尔逊旋回的时间可长达几亿年。二十世纪下半叶，受到第二次世界大战影响，海洋地质学引起了人们广泛的关注。在深海探测技术以及相关的探测手段、相应的开发条件等不断进步下，海洋地质学得到了全面的发展。大规模的地质现象不断得到证实，诸如美国地质学家赫斯提出大洋中脊理论、美国海洋学家荻茨搜集深海探测海底山资料、美国地球物理学家考克斯建立地磁两极年代表与磁场反向年代表、美国瓦因和马修斯研究了磁场反转的历史，这些研究成果大大增加了板块构造学说的证据。最终由法国地球物理学家勒皮顺、美国地球物理学家摩根以及英国地质学家麦肯齐在一系列的研究和事实基础上，完善了板块构造学说并且揭开了对地质学特别是对大陆与海洋整体研究的热潮，由此进入对板块构造学说展开实践论证的新阶段。板块学说在地学方面的重大贡献是得到公认的。但它还不能完善地解释许多问题,包括一些基本的问题。总的说来,它只涉及岩石圈的运动轮廓,而较少涉及地慢深部的问题,因而没有解决板块运动的驱动力问题。还有一些已知的和新观察到的事实和资料,诸如一些会聚带的规模和性质,特别是太平洋西北部和印度洋中北部复杂的海底构造,以及各时期洋、陆位置再造中遇到的大量问题,与已有的地质认识尚有矛盾。因此，板块学说提出后，70年代掀起对许多主要地质问题重新评价和解释的高潮，大陆上的盆地沉积、岩浆活动、造山带以及古生物地理等，特别是古板块的边界和古大陆再造等方面，成为地质学重要的研究内容。美国德雷克首先注意到大陆边缘地质。英国杜威注意把地槽造山带与板块学说的结合，研究了欧美各大造山带。日本上田诚也提出了太平洋型的造山带，都城秋穗研究了日本板块，提出岛弧火山岩序列。英国海勒姆把古生物地理同板块构造联系起来。最后，美国的齐格勒和斯科泰塞根据古地磁、古气候等资料做出了古大陆系列再造图。康迪以板块观点对全球构造作了综合论述。在80年代，他根据北美西部大陆边缘构造的研究，提出了概念，以原本不相连接的地体拼合增生，解释复杂的造山带，使板块构造取得进一步的发展。为了研究板块运动的历史发展,把空间和时间结合起来,70年代末到80年代,齐格勒等(1979)和斯密士等(1981)编制了古大陆再造系列图,以二叠—三叠纪的联合古陆,特别是冈瓦纳古大陆为其重要支柱。总之，20世纪的构造地质学发生了深刻的革命变化，在从宏观到微观—超微观、从局部到全球，从定性到定量，从描述到理性思维，从单一学科探索到跨学科交叉等方面都取得了长足的发展。我国的构造地质学发展自中国地质学会1922年在北京成立至今，我国近代地质学研究走过了九十年的历史。这门有着300多年历史的自然学科，成为近代文明的重要标志。1909年京师大学堂(后北京大学)创设地质学门。海外学成归国的地质学者为中国的地质科学研究事业作出了重大贡献。章鸿钊、丁文江、翁文灏和李四光是我国地质学的奠基人，黄汲清、谢家荣、赵亚曾、孙云铸和杨钟健为代表的地质学家为我国地质学事业的继续发展作出历史性的贡献。新中国成立以后，在国家的进步与社会的发展下，地质科技不断取得重大进展，其中尹赞勋、张文佑、马杏垣、王鸿祯、李春昱、陈国达、张伯声等地质学家们的研究成果丰硕。特别是改革开放以来，在国内外地质学界广泛交流学术成果的情况下，板块构造学说的研究日益成为国内地质学研究的热点。从70年代以来，中国地质学者积极参加了国际合作对比计划和岩石圈计划的学术活动，在青藏地质和前寒武纪地质的研究方面取得了重要成果，推动了中国地质科学与国际地质科学共同前进。1971年，加拿大著名地质学家威尔逊来华访问期间对板块构造学说同国内学者进行探讨。由此正式开启了我国对于板块构造学说的系统研究。将板块学说最早系统地介绍到我国的是著名地质学家尹赞勋，1973年其发表在地质科学杂志上《板块构造述评》对该学说的理论内容、成因机理、主要证据等进行介绍。随后，我国著名地质学家李春昱也发表论文《再谈板块构造》，密切关注该学说的发展动向。正是在这些著名地质学家的关注下，板块构造学说的研究开始引起学界的重视。同济大学海洋地质系学者金性春在国内还没有一本全面而系统地论述板块构造著述的情况下编著了《板块构造学基础》，更为专业的阐述了该学说的基本原理和论据并在此基础上阐发该学说的具体应用。中国地质科学院地质研究所以黄汲清为首的研究集体,吸收现代地质科学的新成就。进一步发展了多旋迥观点,初步提出了地槽摺皱带的多旋迥发展模式,在新资料的基础上,新编了中国大地构造图(1:400万,1979年),并在图上第一次较详细的标绘了我国境内的板块缝合线,出版了专著《中国大地构造及其演化》(1980年)进行了新的理论概括,提出了大陆边缘活动带的概念。波浪状镶嵌构造学说是张伯声描述中国地区的地壳构造运动的理论学说张伯声用波浪状镶嵌构造观点编制了“中国大地构造图”(1:1000万,1977)和专著《中国地壳的波浪状镶嵌构造)(1950)。基于国内学者在板块构造学说引进介绍方面作了大量工作同时汇集了详实的资料，板块构造学说研究成为关注热点，发展迅速。1993年，中国科学院兰州地质研究所的方国庆、张晓宝发表《板块沉积学》，论述了该理论将有助于推动沉积学的发展。1997年，郑国璋撰文《板块构造学说与地壳发展的基本规律》分析其基本原理并阐述地壳发展规律。2005年，中国地质大学万天丰教授在其论文中探讨了板块构造的动力学机制问题，着重介绍并评述了地幔羽和陨击作用诱发板块运动的新假说。2011年，国土资源部广州海洋地质调查局的姚伯初以海洋地球物理学为基础探讨海洋地质学与板块构造学的发展。笔者通过中国知识资源总库（CNKI）以“板块构造”进行主题和关键字搜索，绝大多数都是以我国区域地质（例如西藏、滇东、湘桂区、新疆、华北、秦岭造山带、松辽盆地等）的地质现象为例，来探讨板块构造或者作为板块构造的具体应用。板块构造学说作为地质学领域内的重要理论，始终是地质研究的重要课题。世界地质科学和其他科学都在迅猛发展。固体地球科学的一个重要特点,不再仅仅是以分科科学为研究目的,而是以地球的发生、发展、演化、现状以及资源和环境为目的,因此综合性强,形成为新的“地球学”学科。它的主要方面是