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1、鄂尔多斯盆地秦岭造山带野外地质教学授课教案 第一篇 区域地质研究的思路、方法和秦岭造山带及邻区地质概况 野外实习前的室内教学 一 区域地质研究的思路和方法 地球经历了46亿年的长期演化过程，形成了现今海洋、大陆分异，地质复杂的自然状态。地质科学正是以研究地球现今自然状态为基础，反演其形成演化历史的地质作用过程，探索未来发展变化的规律，为人类的生存和社会的可持续发展提供资源和家园的一门重大基础科学。 地球是浩瀚宇宙空间的小小天体，但又是人们眼中的巨大星球。尽管航天和地球物理技术已为了解地球整体和内部的状态提供了可能，但人们视域所及，地球之大仍无可穷尽，更难以直接观察地球宏观和内部的奥秘。以人类个
2、体生命的短暂性和观察研究的局限性来研究地球客体组成的复杂性、形成发展的漫长性和广阔性，以及由地球现今状态反演过去历史因地质组成残缺不全造成的多解性，科学的思维和方法显得尤其重要。 地球不同区域地质的研究是集成地球整体地质进而研究其组成、结构构造特征和形成演化的关键性基础。因此，涉及区域地质研究的科学的思想和方法，应是地质科学工作者获取客观地质素材，透过错综复杂的自然现象，科学、合理研究分析其外在关系和内在规律，超越感性经验进行抽象思维和逻辑思维并实现理性的升华，科学探索地球形成演化所必须具备的基本素质。 （一） 研究思路 地球是一个复杂而又统一的动力学体系，现今的区域地质面貌只不过是该动力学体
3、系随长期的时间变化、动力作用变更的复杂动态过程,在某一特定地区的综合地质表现。因此科学研究区域地质的现状并探究可能的地质作用过程，必须首先回答既相互关联并制约区域地质研究思想、方法的下述问题。其一，从空间角度分析，造成地质作用过程的地球动力学是“非此即彼”的单一模式，还是多成因、多体制，有主有次的复杂共存的有机组合；其二，从时间角度分析，在地球发展演化的漫长历史过程中，地球动力作用是均变的，还是非均变的。对此涉及以下几个问题的具体讨论。 1.地球的物质组成、结构构造和发展演化特征 根据科学技术发展的现状和目前人类认识的水平，综合地球的物质组成、结构构造和发展演化的现有研究可获得以下基本认识：
4、地球演化历史的长期性和阶段性； 地球物质组成和结构构造在时、空尺度上的不均一性和非均变性； 地球动力系统的复杂性； 地质构造作用的多阶段、多类型、多成因、多级序性。 上述特征已是地球科学家不争的自然属性。对地球演化过程的区域地质作用的研究，必须在充分认识其自然属性基础上，给予符合自然状态的阐释。 2.自然法则 自然界的万事万物循着自然法则发展演化，而不以人们的主观意志为转移。“整个自然界都处于永恒的产生和消灭中，处于不断的流动中，处于无休止的运动和变化中”（恩格斯，1925）。变化是绝对的、永恒的，不变是暂时的、相对的。这种变化符合辩证法的规律（质量转化、对立统一、否定之否定规律）。地球组成、
5、结构构造特征在时、空尺度上的不均一性和非均变性客观地反映了地球的永无休止的变动。 自然界的万事万物千差万别但又相互依存、相互影响，它们的差别取决于自身矛盾的特殊性并决定了不同事物自身的发展特征。地球区别于其他星球的特征是这样，地球表壳甲地拉张造盆、造洋，乙地挤压造山、造陆的同时共存也反映了这种特点。 自然界的万事万物均处于复杂的矛盾系统中，矛盾有主有次，相互关联，相互制约，并依一定的条件相互转化，影响着事物的形成、发展（毛泽东，1952）。矛盾的主、次关系，决定着同一事物形成发展各个方面相互依存的主体（整体）特征和局部格局；矛盾的相互转化、此消彼长，决定着同一事物发展的阶段性及其特征。地球具有
6、复杂的动力系统，主要包括地球作为行星与其他天体的相互作用及其变化；地球自转速率的不均一变化；地球内部物质组成、热状态、密度等的差异及其调整变化等多种因素引起的动力作用。不同学者将地球构造作用分别归因于上述不同因素所引起的动力作用（黄汲清等，1962；李四光，1973；张文佑，1984；张伯声，1980；陈国达，1982；威尔逊等，1975；竹内钓等，1984；Owen，1992）。事实上地球的构造作用，应是其复杂动力系统的综合效应，只不过有主有次而已。只是现阶段，因受人们的认识水平和科技发展水平限制还不足以协调地球内外动力系统进行主次有别的统一分析。如就地球整体的动力学而言，地球自转及其速率变
7、化是地球动力系统中不容忽视的重要因素之一（李四光，1973；叶叔华，1996）。地球自转速率的变化与岩石圈、核、幔耦合关系，以及与各种潮汐摩擦，大气角动量的变化和空间引力场的变化关系，均导致相应的动力学效应。对此科学家已有足够的认识，但尚难以科学的综合阐释。若以地球内部的动力学而论，其实目前既有必要，也有可能讨论动力系统的主从关系。例如，若按现今流行的认识，地球外壳的构造作用，主要取决于地球内部的动力作用。一般认为，地球内部的动力状态可能主要表现为“地幔对流”（威利，1978；朱炳泉，1978）和“地幔柱”（丸山茂德等，1994；Davies，1990）两种方式，它们可能同时存在、相互关联、相
8、互制约、相互转化而又有主有次，控制着地球外壳的构造变形。设想起源于核幔边界的巨型地幔柱上升到岩石圈底部可能向两侧扩散，转化为地幔对流导致板块构造作用，并成为地球的主导构造动力学方式；但同时可能在不同区域内发育的小型地幔柱，因不具备足够的能量而转化，则呈柱式上涌，形成陆内或洋内的底辟和热点，造成局部构造格局。它们同时共存，组成了不能用同一动力方式统一解释的复杂组合。 3.地球构造的多体制共存和非均一演变 综合上述可以认为，地球既是一个复杂的物质组合体，又是一个复杂的矛盾对立统一的动态动力系统。因此同一时期地球的构造作用决非“非此即彼”的单一构造模式所能包容，而是多种矛盾交织，多种体制共存，但主、
9、次又有别的复杂组合。在地球演化的一定时期内，地球动力系统诸多复杂因素中必有某种占主导，控制地球宏观构造作用，形成宏观构造的规律组合。其他则为次要因素，虽不影响宏观格局，但又可能成为控制局部构造的主导因素，形成与宏观构造不协调、不成规律的局部构造。在研究地球构造作用时，面对复杂的地球动力系统，地球科学家始终试图尽可能减少多种影响因素，突出主要矛盾，以简洁、明晰的概念和模式来表达地球构造作用（板块构造尤其如此）。这无疑是合理的，但这种合理性本身就掩盖着不合理，更不能因此而生搬套用模式，失去对特殊问题的深入研究和探索，造成认识上的自误和误导，并严重影响甚至妨碍地球构造的科学研究和创新。 地球演化过程
10、的不同历史时期的构造作用，因地球动力系统的诸因素在地质历史长河中主从关系随一定的时间和条件相互转化、此消彼长，必然促使地球的构造作用呈现“非均变”的发展。“均变”既有悖于自然发展法则，又不符合迄今为止人们已认识的地质事实，更束缚人们的创新思维（周鼎武等，1995）。 4.地球系统 构建地球系统（叶叔华，1996；毕思文，1998）是科学的自然回归，也是科学发展的必然趋势。地球系统是指由地球大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核复杂圈层组成的统一体系。组成地球系统的不同圈层既有差别，又互相关联、相互作用，构成了一个经历漫长历史过程的自然和谐的动态体系，它们影响并制约着地球系统的发展演变。当代科
11、学技术的飞速发展，“信息高速公路”的开通，“数字化地球”的提出和实践，“地球村”已梦想成真。因此地球科学工作者已打破了传统地学分门别类的研究方法和知识体系，可能用系统的观点研究地球各圈层系统相互间的物理、化学和生物的作用过程，分析地球系统的行为和演变，探索其未来的发展变化。地球科学研究的这种转变，使得地球科学工作者不仅面临着研究领域广空间、大尺度的交叉综合，而且也面临着思维方式和研究方法的重大变更。地球系统研究已成为21世纪地球科学研究的前缘领域。当代地球科学的研究和发展正处于重大转折的历史时期，机遇与挑战共存。 上述认识，决定了地质科学和区域地质研究基本的思想和方法。 (二) 研究内容和方法
12、 区域地质研究试图通过对不同构造单元地表地质和深部地质的综合研究对比，客观反映区域地质的现今结构构造特征，并将其置于全球大地构造的宏观背景，科学的恢复重建其形成发展的历史过程。 以地质、地球物理、地球化学资料为基础，多学科交叉综合研究区域宏观的地表和深部物质组合、结构构造特征；研究区域不同构造单元、不同时期的不同类型建造（沉积、岩浆、变质、矿产）的组成和分布；不同层次构造特征及其组合的几何学、运动学； 通过对不同构造单元现今地质状态的地层组成序列、沉积充填序列、岩浆序列、变形变质序列的比较研究，建立构造演化的阶段，恢复古构造环境； 以板块构造理论和大陆动力学研究的新认识为指导，分析区域地质演化
13、及其动力学过程，探讨该过程对资源、能源和生态环境变迁的制约。 研究过程中，必须坚持观察的客观性和全面性，针对不同研究地区的不同建造特征，采用不同学科相应的现代研究方法和手段，不受任何先入为主思想观念的约束，客观、全面观察研究地质实际，力求最大限度地获取客观实际资料。在此基础上，采用以构造为主线，结合沉积学、岩浆岩石学、变质岩石学、地球化学、同位素地质学和地球物理学等不同学科进行多学科相互配合、交叉渗透的综合研究，进行系统的区域时、空对比和动态的分析，总结区域地质特征和规律。以科学思想和以地球科学新理论、新认识和新方法为指导，在多学科综合研究的基础上通过去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里的综
14、合分析，并结合宏观大地构造背景，建立区域地质形成演化动态过程的理论的抽象逻辑模式或模型。显然，实践是基础，理性的总结、升华是关键，科学的思维则是贯穿于整个科学研究和创造过程的内核和灵魂。 应注意的几个关键问题： 客观认识并获取现今区域地质的物质组成及其结构构造现状是关键性的基础。它是通过野外地质填图并结合遥感技术、GPS定位系统、地球物理、地球化学的综合研究获得的。 野外地质填图、GPS定位系统的使用以及应用遥感技术提取地质信息是直接获取区域地表真实地质素材的行之有效的方法和手段，以此直接研究不同构造单元、不同地质体的组成特点；组成地质体物质的沉积作用、岩浆作用、变质作用、构造变形、成矿作用（
15、表1-1）及其相互关系；对区域不同构造单元的不同地质作用进行时、空的比较研究，进而综合研究区域地质作用过程及其动力学。在该过程中，必须重视“从整体和大处着眼，从局部和小处入手的研究途径”（汪品先，1998）。从大处着眼以避免坐井观天，从小处入手则提供客观的第一手资料，两者结合自有“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”的意境。 地球化学研究以直接获取的区域地表地质体和代表地壳、岩石圈、地幔不同岩石类型的元素、同位素组成和定年的定量研究为基础，确定岩石的类型、地球化学特征、组合分布和变化规律，探讨成因及其对地质作用过程的制约。当代岩石组成的元素和同位素的精确定量分析和定年研究，已经用于进行区域尺度乃至
16、全球尺度的构造演化和地球动力学的示踪研究，探索固体地球的化学结构与层圈之间的相互作用，并形成了一门新兴学科化学地球动力学（郑永飞，1999）。 以地震、重力、磁法、电法、热流等为主要方法的地球物理研究，客观记录了现今地球表壳至深部的组成，结构构造特征及其物理状态。并为确定地球内部的各种纵、横向界面和界面形态、埋深以及块体的运动，圈定隐伏岩体、追索隐伏断裂带，查明地表组成结构构造纵、横向的延伸变化等提供了重要信息。但由于地球内部物质的动态调整，地球物理资料虽不提供地球历史物质组成和物理状态的总体信息，然而仍在岩石圈特别是在地壳中保存了历史过程的残迹。通过对大陆内基底和盖层的地球物理研究，仍能反演地史中的物质组成和结构构造状态。需要重视的是，应用地球物理资料研究地球内部物质组成和物理状态，尽管有地表地质体以及构造剥露地表的深部地质
