1.地质学是一门什么科学

　　　  人类生存在地球上，它生活的环境和从事生产所需要的物质资料都离不开地球。远古时代我们的祖先便试着了解地球，因而有了Geology（地质学）这门学科，它与Geography（地理学）、Geometry（几何学）、Geomonphology（地貌学）等都是关于大地的论述。

　　地质学真正成为一门独立的科学是在18世纪后半叶。随着认识能力的提高、探测手段的进步和资料知识的丰富，地质学的研究内容也在不断地扩大和更新。

　　蒸汽机的使用使采煤量大大增加了，工业革命要求矿业和冶金业迅速发展，推动了大面积的区域地质调查。至20世纪中期，基础地质学已形成了三大分支系统，第一是研究地壳的组成和物质成分，第二是研究地壳或地质作用的发展历史，第三是研究地壳的变动和动力地质作用。应用地质学则形成了两大分支系统，一是研究各种矿产的生成、运移、富集的规律，可称经济地质学，二是直接服务于各种工程建设的工程地质学和水文地质学。简言之，该阶段的地质学研究的对象主要是陆地，揭示的只是地球表层（以上部地壳为主）的发展过程。一系列分支学科的出现标志着地质学的欣欣向荣。

　　20世纪60年代开始出现的板块学说使地质学进入了一个全新的发展时期。地质学的研究内容大大拓宽了，可通俗地用“上天、入地、下海”六个字来比喻，即：海洋、地幔、岩石圈乃至外地核，来自宇宙（地外）的陨石等，都是地质学的研究对象。地质学发展的主要特点，一是由自身的分科走向综合，二是地质学与其它学科的交叉渗透。由于从全球观点出发对地质现象进行综合考察成为地质研究的必由之路，“固体地球科学”一词有时能更确切地表述原地质学的研究内容。新的地质学分支学科常是基于全球构造格局而集中于某一特定区域而提出的，如大陆边缘地质学、大陆裂谷地质学、特提斯地质学、冈瓦纳地质学等。

　　近半个世纪来，由于过分加速的城市化和沙漠化，人类的生存环境正受到日益严重的威胁，环境地质已成为人们所关注的一个研究领域。人口的急剧增长和资源的过量开采造成若干资源能源迅速枯竭，可持续发展已成了迫在眉睫的问题。在我们跨入新千年时，应用地质学的核心问题是解决资源和环境问题。

　　1980年，在巴黎召开的第26届国际地质大会上，法国总统德斯坦和大会主席奥布安都表述了这样的思想：20世纪末的中心问题是能源和资源，所以地质学是通向21世纪的一个必要条件。相信在21世纪内，地质学会增添许多新的内容，为人类的生存和发展作更大的贡献。

　　　 2.地球是怎样诞生的

　　  地球的起源、地球上生命的起源和人类的起源，被喻为地球科学的三大难题。尤其是地球的起源，长期以来信奉上帝创造世界的宗教观念，哥白尼、伽俐略、凯普勒和牛顿等人的发现彻底推翻了神创说，之后开始出现各种关于地球和太阳系起源的假说。德国哲学家康德1755年设想因较为致密的质点组成凝云且相互吸引而成为球体、因排斥而使星云旋转，是关于地球起源的第一个假说，尽管今天已失去科学意义。

　　法国数学家兼天文学家拉普拉斯1796年提出行星由围绕自己的轴旋转的气体状星云形成说。星云因旋转而体积缩小，其赤道部分沿半径方向扩大而成扁平状，之后从星云分离出去而成一个环、颇象土星的光环。环的性质是不均一的，物质可聚集成凝云，发展为行星。按相同的原理和过程，从行星脱离出来的物质形成卫星。拉普拉斯的假说既简单动人，又解释了当时所认识的太阳系的许多特点，以至竟统治了整个19世纪。

　　前苏联的天文学家费森柯夫认为太阳因高速旋转而成梨形和葫芦形，最后在细颈处断开，被抛出去的物质就成了行星。抛出物质后太阳缩小，旋转变慢；一旦旋转加快，又可能成梨形而抛出一个行星，逐渐形成行星系。旋密特设想太阳在参加银河系的转动中，在穿越黑暗物质云时俘散了一部分尘埃和流星的固体物质，在其周围形成粒子群。后者在太阳引力作用下围绕太阳作椭圆运动并与太阳一起继续其在银河系的行程，最后从这些粒子群发展为行星和慧星（一部分成了流星和陨星）。

　　当然还有其它形形色色的假说，如英国天文学家金斯。他认为地球也是太阳抛出的，抛出的机制，在于某个恒星从太阳旁边经过，两者间的引力在太阳上拉出了雪茄状的气流，气流内部冷却，尘埃物质集中，凝聚成陨石块，逐步凝聚成行星。由于被拉出的气流是中间粗两头细（雪茄状），故大行星在中间，小行星在两端。

　　人类进入宇宙时代以来，发现行星和卫星上有大量的撞击坑。1977年，肖梅克提出：固态物体的撞击是发生在类地行星上所有过程中最基本的。在此基础上提出了宇宙撞击和爆炸的假说。这种撞击是分等级的，第四级的撞击形成月亮这样的卫星。具体过程是：一个撞击体冲击原始地球，引起爆炸，围绕地球形成一个气体、液体、尘埃和“溅”出来的固态物质组成的带，最初是碟状的，因旋转的向心力作用而成球状，失去了部分物质的地球也重新成为球状。

　　随科学的发展，地球起源之谜一定会被解开。

　　　  3.水成论与火成论的论争

　　你能相信吗：地质学家在一起讨论问题时，不但争得面红耳赤，还要动以拳头？地质学发展史上，水成论与火成论的论战确实有一度曾如此白热化。

　　水成论者认为水对地表的改变起决定因素。纪元前，古罗马人已发现尼罗河两岸周期性地被洪水淹没、尼罗河在三角洲不断增大、另外，陆地上存在海相介壳动物化石等事实。火成说把“地下热火”看成地质现象的主要动力，地球核心是熔融的液态。由于意大利西海岸火山岩带的强烈活动，古罗马人相信有一位主管火和锻冶的神，称“沃尔坎”（Vulcan）。火山（Volcano），火山学（Volcanology）等词即来自意大利语的Vulcan。

　　在教会统治的中世纪，“圣经”是唯一的真理。“圣经”里说有诺亚的大洪水，水成说在很长一段时期里成为不可动摇的信条。

　　水成论和火成论的正式交锋始于18世纪中叶的法国。1746年，盖塔尔送给巴黎科学院关于矿带和岩石分布的记录。他发现了地层的连续性和空间分布的规律性，并据之作出法国的地质图。显然，岩石只有形成在水中才具有连续性和分带性，对奥费涅火山的玄武岩，他也认为是水溶液的结晶作用形成的。1765年，迪马雷送给巴黎科学院奥费涅的地质图，提出玄武岩是附近的火山里流出来的，柱状节理是玄武岩曾处于熔融状态的证明。

　　魏尔纳是水成说的集大成者。1775年起他任德国费顿堡矿山学校的教授，以出色的教学吸引了大量青年学生。他认为自原始海洋开始到诺亚洪水结束，水的力量营造了一切地质系统，自原始海洋到现在，水面在不断地下降，原始岩石露出水面后开始发生风化、堆积而形成新地层。他的口头禅是“百闻不如一见”。他的学生，如达步松（1804）和布赫（1809），在考察了玄武岩和花岗岩之后，都发表了不同于魏尔纳水成说的观点。

　　与魏尔纳观点大相径庭的一个代表人物是赫顿。这位苏格兰天才的主要调查区是加里东造山带的典型露头区苏格兰高地，那里有花岗岩和矿脉。他认为地层的固化和海洋上升为陆地是地热的作用，火山活动是释放地下能量的出口，有点象瓦特的蒸汽机（当时瓦特正在进行这方面的试验）。他的地质理论长期被说成火成论，其实他本人并不认为所有的岩石都是火成的。他对不整合面的发现和解释为18世纪的地质学增添了光彩的一笔。

　　水成论与火成论的论战在19世纪初达到高潮。由于赫顿学说的发展，一系列新的地质事实证实了赫顿阐述的观点，火成论者终于取得了胜利。

　　　  4.莱伊尔的地球观

　　自然科学史家说：就象1642年伽俐略逝世的同年牛顿诞生，后者使前者的力学得到发展那样，1797年伟大的赫顿逝世，同年莱伊尔诞生并进一步发展了前者的业绩。这足以说明莱伊尔在地质科学形成中的作用了。

　　莱伊尔的地球观集中体现在《地质学原理》一书中（1830年1月出版第1卷，次年出版第2卷，1833年5月出版第3卷）。他抱着坚定的信念，不依赖圣经上的词句，努力用现在还继续起作用的自然营力去说明过去的地质现象。也就是说，要认识地球的历史，用不着求助超自然的力和灾变，因为通常看来是“微弱”的地质作用力（大气圈降水、风、河流、潮汐等），在漫长的地质历史中慢慢起作用，就能够使地球的面貌发生很大的变化。他承认陆地的升降运动，把意大利塞拉比寺院的三根石柱（它们曾部分被海水淹没）作为《地质学原理》的刊头画，并指出斯德哥尔摩附近海面以上200呎的海生动物的贝壳说明陆地的上升。他不相信相对短时间内的激烈变动，用了几十页的篇幅反对德博蒙的造山运动。

　　莱伊尔强调“现在是认识过去的钥匙”，主张地史时期的事件无论在量的方面还是质的方面都与现在毫无不同。这一思想被发展为“将今论古”的现实主义原理。他以居维叶的突变论（曾译灾变论）为攻击目标，树起了均变论（曾译渐变论）的旗帜。在莱伊尔逐步取代了居维叶之后，均变论在长达近一个世纪的时间里成为地质学的信条，本世纪60年代以前的地质学教科书，几乎异口同声地说“莱伊尔用均变论统一说明了地质现象，建立了科学的地质学”，唯恩格斯独具慧眼，在当时就指出了他的致命弊病。

　　18世纪末19世纪初的欧洲，不同的社会环境造就了三个迥然不同的地质大师。随工业革命的胜利完成，英国平稳地过渡入资本主义社会；莱伊尔出身于经济条件优裕的大地主阶层，所以不希望变革。他足迹遍及欧美大陆，仔细观察和记录各种现象；他使用的键子小巧精美，很难与打石头采样联系起来。与史密斯在开凿运河、赫顿在经营农场和工场中积累大量的实践经验而上升为科学家不同，莱伊尔是贵族式的或绅士式的科学家。至1875年莱伊尔去世，“原理”的第一版和第十一版的结论几乎完全相同，说明45年里他的学术思想几乎没有发展，是对他“均变论”的绝妙注释。法国当时正处于大革命的急风骤雨中（只要读一些雨果的名著就可知道），造就了居维叶这样一个突变论者。德国当时的经济和科学水平都较英、法落后，为魏尔纳的静止的地质学提供了讲坛。

　　　

　　　  5.居维叶的突变论及其东山再起

　　居维叶在研究巴黎盆地的白垩纪和新生代地层时，发现不同的堆积有不同的化学性质、层理类型和化石。在1811年和1812年出版的两本关于化石的著体研究中，他这样写道：“这些动物的死去和冰河对那里的袭击，是瞬时发生的事。这种变化是突然的、激烈的。”“由于未知的原因而发生的突然爆炸的作用使之（指生物）死亡，在下一个阶段新的生物已被创造出来”。由于居维叶在自己的生命过程中看不到岩石记录中的那种相对大的变化，他认为过去发生的事情与今天是很不相同的。

　　这种独特的见解被称为突变论（曾译灾变论）居维叶关于地球变革的思想使法国的地质学在欧洲处于领先一步的地位（史密斯绘成了英格兰和威尔土的地质图却从未想过生物灭绝和进化问题，魏尔纳则还在德国讲授老掉了牙的水成论），开创了地质学的一个英雄时代。这一思想也影响了构造地质学，如德博蒙1845年论文中关于阿尔卑斯山脉的成因。

　　莱伊尔的均变论占了上风后，居维叶的突变论被视为神秘主义和唯心主义的东西。但均变论与突变论的争战并未结束。1963年，德国古生物学家辛特沃夫发展题为“新突变论”的文章，重点论战之火。

　　辛特沃夫强调：地史期间的生物多次大规模的灭绝是确证无误的事实，有机群落的接替是幕式的而不是连续的，地球的任何一部分的历史都象土兵的生活，“由长期的百无聊赖和短暂的惊心动魄反复地交替构成”。与前人不同的是：他对这些全球现象提出了一个宇宙原因的假设，例如幕状的高能宇宙幅射的幅射源。这是首次从地外去寻找地球上生物灭绝的原因。不过，他假设的对地球生物造成致命效果的高能宇宙幅射的幅射源，如超新星爆炸及超紫外幅射等，并不能得到科学事实的支持。

　　撞击坑和铱异常的发现使辛特沃夫的“宇宙原因的假设”得以证实并发展为地外物体撞击说，从而使居维叶的突变论东山再起。

　　新突变论把一个新思路引入了地质学研究：无机界的演化与有机界的演化可能不同步。如果从地球自身去寻找生物灭绝的原因，势必把生物群的变化归因于地壳运动及其造成的环境变化。事实上，岩石圈运动是以块体间的离散和碰撞一拼合为主线来划分构造旋回的；生物的进化，新的更高等的物种类型的出现，是地外物体撞击引起的大气圈、水圈、生物圈等变化的综合结果。因为地外物体的撞击是快速的，短暂的，旧物种的灭绝和新物种的出现必然是突变的，爆发式的。

 

　　  6.来自地球外的“灾星”

　　地外物体撞击说是基于撞击坑和铱异常的研究而提出来的。

　　早在原始的天文望远镜时代就观察到月球表面遍布大大小小的环形坑，并认为是流星撞击的结果。人造卫星上天后的首要发现是类地行星及其表面“弹痕累累”，如金星表面有160个撞击坑，最大者直径超过150公里。对天王星及其卫星的调查得到了相同的结果，其中间的大卫星米兰达的表面已被撞击破坏和再生过多次。1969年，阿波罗Ⅱ号发回了从24万英里外看到的地球照片，太阳系家族中普通的一个蓝-白色小球，难道它的命运会与人不同吗？

　　地球上最早发现的撞击坑位于亚利桑那州，高速撞击体（撞击时的速度为每秒4.27公里）到达地表时发生爆炸，形成撞击坑和显微球粒，撞击坑内异常高的压力和温度下形成柯石英、超石英、焦石英等矿物。至1994年，已确认了139处撞击坑（或撞击构造），遍布南极洲以外的各大陆。最大的坑在南非，直径70公里，次为津巴布韦，直径20公里，它们都是单坑。阿拉伯大沙漠中的瓦坝是2个坑，阿根廷北部西埃洛是9个坑，锡霍特－阿林则有200多个坑。另有数量大得多的隐爆构造，普遍认为与撞击有关，如德国南部第三纪的莱斯盆地。

　　铱异常最早由奥费雷兹领导的研究小组发现。1980年，该小组基于意大利古比奥海相白垩-第三系界线粘土层中的铱异常和显微球，提出因小行星的撞击和爆炸造成地球的一个黑暗时期（“核冬天效应”）并导致食草恐龙灭绝，引起了巨大的反响和广泛的关注。全球各地都开展了类似的研究，4年后报道的界线铱异常已达70余处。来自全球各地（包括深海钻探）的研究无例外地表明界线的粘土层（不管是海相还是陆相）中有铱异常。之后，对显生宇每两个系之间（或其附近）的粘土层，尤其是生物面貌有重大变异的界线的粘土层，均开展了相似的工作。除三叠一侏罗系界线外，其它界线都有铱异常显示（只是不象白垩-第三系界线那样强烈）。因为地壳中的铱含量极低，其异常只能理解成地外物体带来的。

　　1987年，奥费雷兹著文系统阐述了小行星的撞击-爆炸引起白垩纪末恐龙和其它生物灭绝的思想。由于生物灭绝和进化一直是突变论与渐变论的论战焦点，奥氏学说使沉寂近一个世纪的突变论再现辉煌。如果说，居维叶曾开创过地质学的一个英雄时代的话，奥费雷兹和肖梅克（他们不是地质学家）开创了地质学的又一个英雄时代，这个时代是以地质学已成长为一门行星-地球系统的综合科学为标志的。

　

　　　　  7.地层序列和地层学

　　英国的史密斯常被誉为“地层学之父”，他的贡献可总结为下列四点。一是发现了老地层在下、新地层在上的地层序列（或称地层层序律），二是确定了化石鉴定法则，三是确定了英国中生界的序列，四是完成了英格兰和威尔士的地质图。他的著作于1817年出版后，其工作方法逐渐被英国地质学者所理解。几乎与史密期同时的是居维叶和布隆尼亚尔在巴黎盆地的工作。他们都已明确地认识到，不同时代的地层中有不同的化石。正是依据化石的这种性质，他们开始编篡地球的历史。这样，基于标准地区的中生界和新生界的研究而形成了地层学。

　　建立古生界的序列却走过了一段曲折的道路，因为古生界变形、变位较强，所含化石个体较小且与现代属种有很大差异。以下古生界为例，麦奇森及其代表的英国地质调查所派称“志留”，采用的是史密斯的方法即“地层用化石鉴定”，而塞奇威克及其代表的剑桥大学派称“寒武”，强调的是岩石自身的不同。自1835年开始，曾是师生、同事和合作者的塞奇威克和麦奇森站到了对立的立场上，开展了长达40余年的论战。尽管没有到动拳头的地步，但说的话要多难听有多难听，全然没有一点绅士风度。直至1879年，莱普沃斯增加了奥陶纪，明确了寒武纪早老留纪晚，这场争论才告结束。

　　1872年，享特在北美的地质报告中首次采用了“古地理学”这一术语。试图以同时代地层的相变研究为基础复原当时的海洋和陆地的位置。古地理学的产生使地层学又前进了一步；从原来对化石和地层的观察记录发展为对一个地质时代的环境和生物生存状态的综合分析和认识。

　　19世纪是对地层进行编年和时代划分、建立地层系统的年代，新兴的分支学科的形成和发展使地层学内容上更为丰富。葛利普的巨著“地层学原理”（1913）便是在这一背景下出现的。20世纪50年代后地层学的发展表现为两个方面，一是沉积学等分支学科从地层学内独立出去，二是在地层学这一广泛的领域内形成了研究对象较为专一的分支学科，相应地，出现了多个地质年表，丰富了地层多重划分的内容。后者的典型实例是在地震地层学基础上发展起来的层序地层学。

　　地层学作为地质学基石的重要意义，在于不可能割断历史来研究地质学。近半个世纪的地质进程中，尽管地层学受到过冷遇（据说普林斯顿大学在板块学说提出后曾把化石标本都倒掉了），它的基石地位始终没有动摇。在新千年里，它应以更新的学术思想和探测手段武装自己，才能使新千年内地质学的发展有更坚实的基础。

 

　　　  8.什么是地槽—地台学说

　　如果把地球比成足球，活动带和稳定区就是足球的黑、白两色，演释出多少令人如痴如醉的故事。地槽-地台学说首次区分出大地构造的这两大基本单位，使地质科学第一次发生了飞跃，也使大地构造学成为地质学中的哲学。

　　1735－1745年间，法国的测量队在秘鲁测量了纬度1°的距离，发现安第斯山高处的重力引力比根据那个山脉的质量的估算值小得多，他们用深部物质的热膨胀使接近地表的岩石圈上升来解释。1849年，普提比较了比利牛斯山脉和托卢兹，认为山脉岩块产生漂浮作用的原因是质量的不足。普拉特在研究喜马拉雅山麓之后提出：用热的稀薄化最容易说明许多山地非常高的现象。这就是著名的普拉特地壳均衡说。1855年，艾里提出了另一个地壳均衡假说，通俗地说是山有“山根”。

　　阿巴拉契亚山脉是地槽的发源地。1842年，罗杰斯兄弟提出该山脉上升的原因是“被挤入地下的瓦斯突然地逸出”。1859年，霍尔根据古生代地层的岩性、厚度和强烈褶皱情况及其与邻侧的北美中部平原的对比，认为阿巴拉契亚山是地球上一个特殊的沉积区，它会转化为造山带。1873年，丹纳在讨论地球收缩和山脉成因时，提出了地槽的概念。1885年，徐士把北美中部平原那样的地区命名为地台区。

　　地槽的发育要经历两大阶段。第一阶段以强烈下沉为主，堆积了厚达1－2万米的沉积物，伴随有玄武岩喷发。第二阶段以隆起为主（一般从中央部分先开始），沉积地层发生强烈的线状褶皱，伴以花岗岩侵入和区域变质作用。原先深陷的海槽变成了高耸的山脉，山前坳陷内堆积磨拉石。上升的山脉被不断地剥蚀夷平，地壳的活动性也迅速减弱。准平原化后，在褶皱基底上沉积了蓄层，这种构造单元叫地台。换言之，地台的基本特征是具双层结构；变质的褶皱基底及不整合面以上的盖层。

　　地槽与地台有着根本性质的差别，分别代表了地壳的活动带和稳定区。在两者的转化关系上出现了两种绝然不同的观点。“泛地槽”论者认为地球形成初期全球皆为地槽，地槽变成褶皱带后发展成地台，沿这个地台的边缘镶边式地贴上新的褶皱带，使地台面积不断扩大。“泛地台”说则认为地壳形成的初始阶段有一个全球性的原始古地台，因深大断裂作用而破裂，沿深大断裂发育成地槽。

　　100多年里，有许多杰出的地质学家为完善和发展地槽-地台学说做出了杰出的贡献，使它的若干观点至今仍不失睿智的光芒。同时也要看到，今天我们在使用造山作用、造山带这些术语时，已有了完全不同于地槽演化的内涵。

 

　　　 9.大陆在漂移吗？

　　如果你注意一下世界地图，就会发现南美洲的东海岸与非洲的西海岸是彼此吻合的，好象是一块大陆分裂后、南美洲漂出去后形成的。1620年，著名的法兰西斯、培根就指出过这个事实。以后，法国的普拉赛、德国的洪堡都认为诺亚洪水时两大陆分离，原先的大西洋只是一条大河，诺亚方舟就在这河里行驶。

　　第一个从地质角度对大西洋两岸的两大陆块的相似性进行分析的人是佩利格里尼。他在1858年写的“地球形成及其奥秘”一书中指出欧洲和北美的煤层中有相似的植物化石，并作了两幅大陆拼合图说明两大陆分离前后的情景。1908年，泰勒为说明现代山脉的起源而提出大陆漂移说。他认为大陆壳象冰盖一样缓慢滑动，欧亚大陆南移，受印度半岛阻挡而形成帕米尔、喜马拉雅等强烈褶皱带；在东南亚，因阻力不大而形成马来亚岛弧。贝克在1911－1928年间发表的论文中多次论证大西洋两岸山脉的拼合是大陆漂移的结果。

　　在学术界最具影响的大陆漂移说是奥地利气象学家魏格纳提出的。他为了解释古气候的问题：为什么热带的羊齿植物曾在伦敦、巴黎甚至格陵兰生长，而巴西、刚果曾为冰川覆盖？1915年，他发表“大陆及海洋的起源”，充分论述大陆漂移的证据。他认为，全世界实际上只有一块大陆，称泛大陆。硅铝层比硅镁层轻，就象大冰山浮在水面上一样，又因为地球由西向东自转，南、北美洲相对非洲大陆是后退的，而印度和澳大利亚则向东漂移了。泛大陆的解体始自石炭纪，经二叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪的多次分裂漂移，形成现在的七大洲四大洋。

　　魏格纳描述了一幅莱伊尔的渐变论绝对不敢相象和不能接受的海陆构造格局大变动的图案，因而遭到了激烈的反对和攻击。30年代初，大陆漂移说已几乎销声匿迹。即使在美国，讲授大陆漂移说的教授也会被解聘，可谓逆莱伊尔者亡了。唯一的信奉者位于南半球，因为南美、非洲、印度和西澳冰川分布的事实使人们不得不相信这四个大克拉通原先是相连的，被称为冈瓦纳大陆（或南大陆）。

　　60年代末，随海洋地球物理调查的开展，一度沉寂的大陆漂移说以洋底扩张的形式东山再起，这就是板块学说。不同的是，魏格纳的大陆漂移是在康拉德界面上发生的，而板块学说中的大陆板块是在软流圈上漂移的；在魏格纳那里，泛海洋被分裂的大陆围成若干洋和海，在板块学说那里，洋底在洋中脊处扩张在贝尼奥夫带消减。板块学说与魏格纳相同的是受到了一系列学者来自各方面的反对，不过板块没有沉寂，而是迅速成长了。

 

　　　  10.著名的版块学说

　　如果把地槽-地台学说的提出理解为地质学的第一次飞跃，那么板块学说的诞生无疑是地质学的第二次革命，甚至有人把它与哥白尼提出日心说在天文学内引起的革命相提并论。一大批名垂青史的科学家曾为板块学说的诞生而大喊大叫过。

　　1944年，霍姆斯提出地幔对流-热对流理论；地幔内的流体上升到大陆中央并向左右散开，大陆就从这里向两边裂开，这就是大陆漂移的动力源。基于海洋地质工作的进展，赫斯在1961年提出大洋中脊是新地壳不断生成的地方。狄茨、瓦因、马修斯等人1963年论证了洋底扩张的存在，即：地幔对流驱使超基性物质从大洋中脊裂缝中上升，产生新的洋壳，促使较老的地壳向外推移并进入海沟，俯冲到地幔中而消亡。1964年，柯克斯编制了3.4百万年的磁场反向年代表。1965年，威尔逊提出了转换断层概念，将大陆漂移和洋底扩张结合成全球活动带和刚性板块的学说，并称之为“地球的诗篇”。1968年，勒皮雄把全球岩石圈划分六大板块，即：太平洋、欧亚、印度、非洲、美洲及南极板块，其中仅前者由洋壳组成，后五者既包括了海洋地壳也包括了大陆地壳。

　　60－70年代，为检验和研究板块构造学说，组织了一系列的国际合作计划。其中著名的有：1963-1971年的国际地壳上地幔计划，1972-1977的国际地球动力学计划，还有国际海洋勘探十年计划，联合海洋学会地球深部取样计划和深海钻探计划等。1980年提出了岩石圈计划，拟定了地壳和上地幔的形成和发展等13项主要研究项目，标志着板块构造的发展进入了一个新阶段，即：初期它以海洋走向陆地、地球物理学挑战地质学为标志，80年代起则以陆地走向海洋、地质学挑战地球物理学为标志。

　　80年代以来，许多地质学家深感板块构造的简单模式并不适用于大陆地区尤其是构造复杂的大陆地区。板块构造发展的关键问题，不是从6个板块划为20个或30个板块，而是要倡导一些新概念来解决板块上陆后面临的问题。这样，在美国西部出现了构造地层地体的概念并发展为地体构造说，在欧洲提出了薄皮板块的概念并发展为碰撞构造学，在前苏联出现了岩石圈构造分层说等。在板块的动力学方面也出现了新的构思，如巨地幔柱说。

　　进入新千年后，随着新理论的出现和新方法的应用，地质科学的第3次革命是不言而喻的。板块构造的简单模式也许会被放弃，但它倡导的活动论的观点、全球构造的观点和多学科协同攻关的方法等将得到发扬光大。也正因为这样，地质学这门古老的科学永远是充满活力的年青科学。

 

　　　　11.中国最早的地质科学研究机构

　　原中央地质调查所（简称地调所）是中国最早建立的地质科学研究机构。

　　说起地调所的成立，首先应回顾一下近代中国的地质调查工作。把地质科学引入中国并从事早期的地质调查工作应从20世纪初开始，当时，鲁迅先生曾著有《中国地质略论》，华衡芳先生著有《地学浅识》等，邝荣光编制了我国第一幅地质图《直隶省地质图》，所有这些，都为中国地质科学的发展奠定了基础。

　　辛亥革命成功后，孙中山组织的临时政府在实业部设置了地质科，由毕业于东京帝国大学地质系的章鸿钊主持日常工作。为了进一步发展中国的地质事业，章鸿钊认为应大力培养中国自己的专门人才，建议成立相应的科研和教育机构。1913年，地质调查所成立，由从英国学成归来的丁文江任所长，这是近代中国最早的从事地质科研与教育的机构，它代表了中国社会发展、民族独立和科学振兴的需要。

　　从1913年到1916年，地调所培养出了叶良辅、谢家荣等一批人才，他们成为我国最老一辈的地质学家。也就是从这时候起，中国有了自己的地质专业队伍并开始实际工作。他们在河北、山东等地测制地质图，并开始了中国最早的岩石、矿物和古生物的调查工作，从而结束了依靠外国人在中国从事地质调查和研究的局面。

　　本世纪20-30年代，是地调所的重要发展时期。这一时期，地调所先后建立了古生物研究室、新生代研究室、沁园燃料研究室、矿物岩石研究室、地震研究室和土壤研究室等。并涌现出一批不同学术领域的专家，例如地质学家李春昱、地层古生物学家尹赞勋、岩石矿物学家程裕琪、矿床学家谢家荣、测绘专家曾世英、古脊椎动物专家杨钟健、地震专家李善邦、土壤专家熊毅等等。很长一段时间以来，这些人都是我国科学界的重要领头人，他们为我国地质科学以及相关学科的建设和发展做出了重大贡献；他们所取得的成就也为地调所书写了辉煌的一页。

　　1935年，地调所从北平的丰盛胡同迁到南京，部分留下来的人员成立了北平分所。“七七事变”后，分所工作停顿，在南京的本所继续开展工作，其机构日趋完整，科研人员也在不断充实和加强。抗战全面爆发后，地调所随政府迁至四川北碚，为与省地调所相区别，1941年正式定名中央地质调查所。30年代起，历任所长有翁文灏、黄汲清、尹赞勋和李春昱等。抗战胜利后，地调所又迁回南京。至1949年，地调所与原中央研究院地质研究所（成立于1936年）等成为新中国地质事业的奠基单位。

　　1950年8月，中央决定成立中国地质工作计划指导委员会，任命李四光任主任委员，尹赞勋、谢家荣任副主任委员，统一领导新中国的地质工作，全国地质机构开始实行大的调整，地调所和原中央研究院地质研究所等机构同时宣告撤消。

　　从1913年地调所成立，到1950年撤消，这一中国最早建立的地质科学研究机构走过了37年的光辉历程。她为中国近代地质科学的发展完成了奠基，孕育诞生了中国最早的地学的不同分支领域，培养造就了一大批中国地质精英，完成了中国近代的大量地质调查和科学研究工作，在此基础上又为新中国的地质事业的发展输送了人才，并使新中国的地质科学事业取得了一系列辉煌的成就，让我们无限缅怀这一中国最早建立的地质科学研究机构，缅怀那些为祖国的科学事业勇于献身的人们。

 

 

　　　 12.地质力学的奠基人—李四光

　　说到中国地质科学的发展和地质科学所取得的成就，就不能不想到著名地质学家李四光。

　　李四光出生于中华民族遭受帝国主义、封建主义双重压迫而处于内忧外患、灾难深重的年代。为了民族振兴和国家强盛，李四光东渡日本、远去英国求学。求学归来后，他拒绝外国高薪聘请的优厚待遇，毅然回到祖国。当时，中国地质科学的发展正处于襁褓时期，迫切需要培养大量的专门人才。李四光来到北京大学，协助蔡元培校长教书育人，他一面讲授地质学，一面从事科学研究，在此期间培养了一大批优秀的地质科学专门人才。他在古生物学、冰川学和地质力学领域所做的工作，为相关学科的建立和发展奠定了坚实的基础。

　　李四光毕生研究地球科学，写下了数百万言的科学著作。

　　在基础地质学方面，他提出了微体古生物化石-蜓的研究与鉴定方法，创立了10项标准，提高了鉴定的标准性，一直被国内外古生物学家所采用。他曾对我国西南地区做过详细的冰川考察，发表了许多有关冰川形成、分布的文章，为中国第四纪地质学研究增加了新的重要篇章。

　　西方地质学的基本理论和思想方法进入中国后，初步形成了解释地质构造运动的传统观念。李四光结合自己在国内外积累的大量野外观察实例，首先在《地球表面形象变迁之主因》一文中提出了“大陆车阀”的假说，进而完整地表述了地质力学理论，用力学的观点研究地壳的构造和运动规律。李四光认为，地球表层的各种构造现象都是地壳运动的产物，地壳在运动中存在，必然有一种力量在起作用，这种力就是地应力。他把各种构造行迹看作是地应力的结果，建立了不同形式的构造体系，科学地探索地壳运动的产生与矿产资源的分布规律。

　　李四光运用地质力学分析了中国东部地质构造的特征，提出了新华夏构造体系的概念，根据地质力学理论，他认为新华夏构造体系包括三个沉降带和相应的隆起带，而三个沉降带具有广阔的找油远景。在他的倡导和组织下，中国石油勘探和开发获得了重大突破，陆续在这些沉降带内发现了大庆油田等一系列重要的石油和天然气田，建成了我国最早的一批重工业基地，从而摘掉了中国“贫油”的帽子，为宏大的国民经济建设提供了能源上的保证。李四光还应用地质力学理论指导寻找铀矿资源，为发展我国核能事业做出了贡献。通过进行地应力测量和现今构造应力场分析，李四光为地震预测和预报提出了理论根据，他把邢台地震作为研究地震发生、发展的实例，指导开展了对地震的预测和预报，并进一步把这些理论和方法应用于区域构造地壳稳定性研究，在地壳活动带中寻找基建工作中的“安全岛”，有效地加强了各种地质灾害的预测和预防。

　　地质力学理论的提出，为中国构造地质学的发展注入了活力，很快形成了中国大地构造运动理论最兴盛的时期，提出了“槽台学说”、“构造镶嵌理论”、“地洼学说”、“断块理论”等众多解释地质构造运动成因的模式，丰富了构造地质学的内容，促进了我国地质科学的发展。

　　李四光在中国地质科学发展史上具有独特的位置。他对科学的求实精神，严谨的治学态度，坚定的创新思维都对后人产生了深远的影响。中国地质科学所取得的成就，特别是建国初期在探查资源与能源方面所取得的成就，都与李四光提出的科学理论有密切的关系，李四光奋斗的一生为中国地球科学工作者树立了光辉的榜样。

 

　　 13.普查与勘探

　　地质科学具有双重性特征，一是具有全球性的共同规律和普遍特征，二是具有地区性的特殊规律和独特特征，因此地质科学与其它基础科学相比，没有世界通用的定律或模式，而是区域性特色更为明显。普查与勘探就是具有区域性特色的工作，也是地质事业的基础工作，即通过地质调查方法全面地掌握一定区域内的地质情况和矿产情况，将调查研究的结果编绘出各种地质图和地形图，在此基础上进一步确定有矿产远景的地区，为国民经济建设服务。

　　地质图是地质测量最重要的成果之一，是用规定的符号、颜色和线条来表示某一地区地质现象的图件，一般是平面图。地质图也可以被看作是各种地质现象按一定比例尺缩小了的垂直投影的缩影图，所以我们能在一张图上一目了然地看出一个区域的各种地质情况，如地层分布、构造特征等等。地质图是在地形图的基础上作出的，这样才能更加准确地表示出一个地区地质现象的空间位置和分布。

　　中国有960万平方公里，国土辽阔，完成普查与勘探工作任务艰巨。建国以来，我国的广大地质工作者，靠罗盘、地质锤和自己的双腿，辛勤地“丈量”着祖国的每一寸土地。特别是在环境恶劣的地区，如西部高原区和西南地区等复杂的工作环境，他们不得不爬山涉水，在完成地质调查和填图过程中付出了辛勤汗水甚至自己的生命。

　　中国在普查与勘探方面取得了举世瞩目的成就。

　　截止1990年底，1：100万全国区调工作已经全部完成；1：20万区域调查工作累计完成了674.2万平方公里，占全国陆地面积的70.2%；1：5万区调工作完成了86.18万平方公里，也取得了显著成果。我们已完成了相当数量的各种比例尺的地质图和地形图的测制，为矿产资源和能源的探查和开发奠定了基础。70年代，四百万分之一的《中华人民共和国地质图》就已公开发行，《亚洲地质图》的出版也引起了国际上的普遍关注。这些都是在基础地质工作具有坚实的积累情况下才能完成的。以地层工作为例，从19世纪中期起，就有外国地质学者来到中国，他们越俎代疱，尽管做了一些地层工作，但由于条件限制，工作粗糙，错误百出。我国由自己的地质科学工作者完成的地层调查，用短短四十几年就做完了西方通常用一百六、七十年才能完成的工作，不仅纠正了前人的许多错误，而且建成了我们自己的比较完整、合理的地层系统，受到国际地层学界的高度评价。 
　　通过详细的普查与勘探，目前我国已找到各类矿产168种，探明有储量的矿产152种。

　　其中，煤、铁、钒、钛、钨、锡、钼、锑、汞、铅、锌、铝土矿、稀土、铌、重晶石、菱镁矿、萤石、磷、硫铁矿等25种重要矿产居世界前列，还有45种矿产的储量仅次于美国和俄罗斯，在世界上也占有重要地位。我国对非金属矿产的探查成绩卓著，截止1991年，已查明上储量表的非金属矿产86种，若按工业用途则达到140种，非金属矿产产地5000多处。其中石墨、滑石、石膏等20多种矿产的探明储量进入了世界前列。非金属矿产的普查与勘探表明，我国是世界上非金属矿产资源比较丰富、品种较齐全的少数国家之一。

　　在能源方面，除石油天然气在普查与勘探中具有显著地位并取得了丰硕成果外，对煤炭（包括煤成气、石煤）、铀矿床、以及地热的探查也获得了重大进展，可以预见，步入21世纪以后，我们在普查与勘探方面所取得的一系列成就，必将成为推动我国的社会主义现代化建设的宏大力量。

 

　　  14.资源与能源

　　地球上可供人类利用的资源主要指矿产资源。

　　20世纪初，人类仅利用了约20种元素，而目前元素周期表上的92种元素都已经被利用。除了我们熟知的铁、铜、铅、锌等以外，更多的是一般人还不大了解的元素，如众多的稀土元素和稀有金属元素。中国是世界上矿产资源丰富的大国之一，至20世纪90年代已发现各类矿产168种，探明有储量的矿产152种，建立了鞍山、包头、攀枝花、金川、铜陵、德兴、平顶山、抚顺等300多个以矿山为依托的城市，形成了强大的资源与原材料开发基地。但中国有12亿多人口，资源需求和利用的负荷日益加剧。非金属矿物材料（如工业陶瓷、合成材料等）和塑胶材料的发现和利用，正在替代那些常用的矿物，逐步填补矿产资源的不足。例如光纤代替钢丝，汽车引擎用陶瓷制造，人造水晶替代天然石英，建筑与机械材料使用高性能合成物等，科学技术的进步使我们在进行宏大的经济建设时有效地避免了资源利用上的匮乏。

　　水资源是一种特殊的资源，主要指可供人类利用的淡水。

　　20世纪初，世界耗水量为460亿立方米，而现在则为5970亿立方米，增加了15倍之多，世界人均水资源为7690立方米，而且分布不均。通常认为，凡每年人均用水低于1000立方米的国家都是缺水国家。据统计，1990年有18个缺水国家，主要分布在非洲和近东干旱地区。这个数字正在扩大，预计到2025年，缺水国家将增至30个。

　　我国淡水资源本已十分紧缺，大量工业污水的排放，使原本不足的淡水资源质量严重恶化。城市缺水迫在眉睫，西安、太原、营口、深圳等城市水资源短缺已直接影响了居民的基本生活和经济发展。1995年底中国城市的数量为630个，其中缺水城市300个，水资源严重缺乏的108个，协调城市建设与环境的关系，解决水资源匮乏和水质保护是当代地质学面对的最直接的课题。

　　能源紧缺也引起人们的密切关注。20世纪初，煤占全球商业能源的95%以上，现在的能源开发和配置有了很大变化，石油、天然气、电力、核能等被广泛利用，但当今世界经济发展之快对能源的渴求非常迫切，经济发展与能源用量的紧张关系难以缓解。

　　1998年，世界石油储量是1万亿桶，石油产量逐年递减，估计到2010年后石油逐渐枯竭，在21世纪中叶时开采和使用殆尽。相比之下，煤的储量比较乐观，可供持续利用300余年，但煤炭的品质不同，可利用率及对环境的污染问题必须解决。核能的主要问题是安全和核废料的处理，近年来，不断传出的核电站的原料泄露事件引起人们的极大恐慌，事实上，核泄露确实已对环境及人类自身的安全产生了无法估量的损害。但人类并没有因此对核能的开发望而却步，1998年9月世界能源协会第17次大会发表宣言呼吁世界各国增加核能发电，目前，全世界已有25个国家具有核能，约有13个国家正在计划兴建核电站。

　　随着科学技术的不断发展，人们加快了其它能源的开发和利用，太阳能、风能、潮汐能、以及地热的开发和利用都已被人们所注目，在步入新千年的时候，人们将更加注意资源与能源的开发和规划使用，这是为了人类的家园-地球，也是为了人类自身。

 

　　  15.中国煤炭工业的成就

　　我国是世界上开发利用煤炭最早的国家。地理名著《山海经》中称煤为“石涅”，并记载了几处“石涅”产地，经考证都是现今煤田的所在地。例如书中所指“女床之山”，在华阴西六百里，相当于现今渭北煤田麟游、永寿一带；“女儿之山”，在今四川双流和什邡煤田分布区域内，显然，我国发现和开始用煤的时代还远早于此。在汉代的一些史料中，有现今河南六河沟、登封、洛阳等地采煤的记载。当时煤不仅用作柴烧，而且成了煮盐、炼铁的燃料。现河南巩县还能见到当时用煤饼炼铁的遗迹。汉朝以后，称煤为“石墨”或“石炭”。可见我国劳动人民不仅有悠久的用煤历史，而且积累了丰富的找煤经验和煤田地质知识。在现代地质学诞生之前，就已经创造出在当时具有一定水平的煤田地质科学技术。

　　旧中国煤炭工业发展缓慢，到1949年，煤炭的产量仅3000多万吨。新中国成立以后，经过3年国民经济恢复工作，到第一个五年计划前的1952年，煤炭年产量达到6600万吨。第一个五年计划结束的1957年，产煤 1.31亿吨，到第二个五年计划结束的1962年，全国产煤2.2亿吨。经3年国民经济调整巩固，至1965年，全国煤产量为2.32亿吨。

　　地质学家们认为，我国煤炭资源丰富，储量多，分布广，煤种齐全，具有广阔的开发远景。中国煤田地质勘探部门肩负着为祖国的社会主义四个现代化建设寻找和探明煤炭资源的重任。当前，即要保证大型煤炭基地的建设和原有煤炭基地的发展，又要提供新的煤炭基地，做到大区煤炭基本自给，并要找到足够的适合各种工业用途的煤种。

　　改革开放开始的1978年，全国产煤6.18亿吨。1985年，产煤8－72亿吨，1987年产煤9.28亿吨。1989年，产煤10.54亿吨，突破了十亿大关。进入90年代，煤产量年年递增，1992年，产煤11.16吨。1993年，产煤11.50亿吨。1994年，产煤12.40亿吨。1995年，产煤 13.61亿吨。1996年，产煤13.74亿吨。1997年，产煤13.73亿吨。其中1996年所产的13.74亿吨中，国有重点煤矿产5.37亿吨，地方煤矿产8.37亿吨（含集体所有制及个体煤矿产量6.14亿吨），当年全国煤炭工业总产值达844亿元，这里面，国有重点煤矿为412亿，地方煤矿为385亿。在1997年总产13.73亿吨中，若按省、市、自治区划分，年产量排行前5名的依次是：山西，3.38亿吨；河南，1.05亿吨；山东，0.91亿吨；黑龙江，0.85亿吨；内蒙古，0.83亿吨；目前，全国仅上海、天津二市及西藏自治区为无煤区。到1996年底，全国累计建成高产高效矿井70处。国有重点煤矿工作面单产达2.18万吨。有70个采煤单位年产量在100万吨以上，其中10个综采队超过200万吨，最高达350万吨。中国煤炭工业取得的成就有目共睹。

 

　　　 16.中国的大油田

　　中国历史上第一个工业化油田是玉门油田。该地区油苗显示记载已有1700多年历史。1921年地质学家谢家荣首次从事调查，并发表报告。1938年地质学家孙健初等再次详细调查、勘探。1939年8月正式钻获工业油流。至解放前夕的1948年，原油最高年产量达7.7万吨，并建成拥有先进技术设备的现代化综合石油企业，拥有技术人员和管理人员2200余人，技术工人1600余人。它不但是旧中国最大的油田，而且成为新中国石油事业培养人才的基地，支援一切大油田的基地。解放后油田本身又大力发展。1959年原油达最高年产量——140.6万吨。以后进入后期开发阶段，到80年代，年产量稳定在50万吨左右。1998年原油产量40万吨，但加工原油达145万吨。

　　新中国成立以后，最早建成的大油田是克拉玛依油田，该石油位于新疆维吾尔自治区准噶尔盆地西北缘，中心在克拉玛依市。历史上早已记载过当地的“黑油山”。1951年中苏石油公司开始普查勘探。1955年获工业油气流。1956年投入试采，年产原油1.6万吨。至1960年达163.6万吨，占当年全国天然石油产量的39％。是大庆油田投入开发之前全国最大的油田。以后经全面开发，1985年原油产量达494.5万吨。1998年，以它为核心的新疆石油管理局产原油871万吨，天然气4.71亿立方米，成为我国重要的石油工业基地。

　　建国以来中国最大油田是大庆油田，大庆油田位于松辽平原，地跨黑龙江、吉林二省，中心在黑龙江省大庆市（萨尔图）、安达市一带。1955年开始普查勘探。1959年钻探出工业油流。1960年投入大开发。1965年产原油834万吨，占全国的73.7％，实现中国石油产品全部自给。1985年产原油5528万吨，占全国44.6％。1960年－1986年累计产原油7.92亿吨，上缴利税623亿元，是同期国家向该油田投资的20.3倍，是全国上缴利税最多的一个企业。至今持续稳产。1996－1998年原油产量仍稳定在5570－5600万吨之间。

　　中国第二大油田是胜利油田，位于山东省西北部黄河入渤海湾的三角洲地带，中心在东营市。1955年开始普查勘探，1961年钻探出工业油流。1966年产原油134万吨。1978年产原油增至1946万吨。1998年原油产量达2731万吨，天然气产量达9－18亿立方米。中国第三大油田是辽河油田，位于辽宁省辽河入渤海辽东湾的三角洲，中心在盘锦市。1995年开始普查勘探。1985年已发现10多个小油田。1970年陆续投入开发。1985年产原油900.2万吨，天然气177亿立方米。天然气主要供应鞍山钢铁公司和辽河流域的化肥厂。1996－1998年原油产量稳定在1452－1504万吨之间。1998年天然气产量15.5亿吨。

　　中国历史最悠久的油田是延长油田，位于陕西省延长县。1905年开始土法生产，至1948年累计产原油6155吨。1949年产原油820吨，汽油176吨，有力支持了人民解放军进军大西北。解放后大力勘探开发和建设，1985年原油产量达15万吨。1998年已拥有10个钻采公司，年产原油175.22万吨。

　　我国年产原油百万吨以上的大、中型油田还有中原、华北、大港、河南、吉林、长庆、江汉等油田。年产数十万吨的中、小型油田有江苏、柴达木、冀东等油田。此外，还有四川、陕甘宁等天然气田。中国在石油勘探和开发领域已经取得了巨大成就。

 

 

 

 

 

 

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