童亨茂, 侯泉林,陳正樂(lè),柴育成,張進(jìn)江,劉俊來(lái),侯貴廷,林偉,張波,顏丹平,王根厚,李亞林,陳宣華,張會(huì)平,閆全人,劉少峰, 張青,吳春明,于福生,陳虹,劉匯川,衛(wèi)巍,張進(jìn),郭謙謙
1)中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京,102249;2)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院,北京,101408;3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京,100191;4)北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,北京,100871;5)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京,100083 ;6)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京,100191;7)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所,北京,100191; 8)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院,北京,100037;9)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京,100037
內(nèi)容提要: 半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),我國(guó)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究均取得了長(zhǎng)足發(fā)展,但也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。為了促進(jìn)學(xué)科發(fā)展,讓構(gòu)造地質(zhì)學(xué)走上健康發(fā)展之路,構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)組織召開(kāi)了“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)有關(guān)問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向”研討會(huì)。本文為該研討會(huì)成果的簡(jiǎn)要總結(jié),內(nèi)容包括: ①構(gòu)造地質(zhì)學(xué)概念、理論和方法理解和應(yīng)用中存在的部分問(wèn)題;②構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)存在的一些問(wèn)題及建議;③構(gòu)造地質(zhì)學(xué)未來(lái)發(fā)展方向;④走構(gòu)造地質(zhì)學(xué)健康發(fā)展之路。供有關(guān)部門(mén)和人員參考。
20世紀(jì)80年代以來(lái),我國(guó)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)(指Structural Geology and Tectonics,下同)事業(yè)發(fā)展迅速,教學(xué)和科學(xué)研究均取得了長(zhǎng)足發(fā)展,培養(yǎng)了一批卓有成效的專業(yè)人才,取得了一系列成果(論文、著作等)。然而,教學(xué)和科研中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題,如:①不同人對(duì)同一術(shù)語(yǔ)和概念、同一理論和同一方法的認(rèn)識(shí)和理解不盡相同,導(dǎo)致一些認(rèn)識(shí)上的爭(zhēng)議和誤解;②研究成果和實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)程度相對(duì)嚴(yán)重,對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用較弱;③引領(lǐng)國(guó)際前沿的研究成果總體較少。
為促進(jìn)學(xué)科發(fā)展,讓構(gòu)造地質(zhì)學(xué)走上健康發(fā)展之路,由構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)發(fā)起,中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦,中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所協(xié)辦的“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)有關(guān)問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向”討論會(huì),就存在的問(wèn)題展開(kāi)了深入討論,并達(dá)成一些共識(shí)。供有關(guān)科研人員和科研院校參考。
由于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)新理論和新方法的不斷提出和快速發(fā)展、以及槽臺(tái)學(xué)說(shuō)在我國(guó)的影響還比較深遠(yuǎn),不同人對(duì)同一術(shù)語(yǔ)和概念、同一理論和同一方法的認(rèn)識(shí)和理解不盡相同,導(dǎo)致一些認(rèn)識(shí)上的爭(zhēng)議和誤解,筆者等認(rèn)為很有必要進(jìn)行系統(tǒng)的研討和梳理。需要指出的是,以下認(rèn)識(shí)僅簡(jiǎn)單指出了存在的問(wèn)題,并非是對(duì)有關(guān)概念、理論和方法的詳細(xì)解剖。
目前有不少人對(duì)山脈和造山帶的理解存在偏差和誤區(qū),表現(xiàn)為山脈和造山帶常有混用(侯泉林,2018;侯泉林等,2021)。
板塊構(gòu)造理論問(wèn)世前有關(guān)造山帶的概念缺乏大地構(gòu)造環(huán)境的制約,存在著外延過(guò)寬的缺陷(侯泉林,2018)。eng?r(1990)提出了關(guān)于造山作用和造山帶的新的定義:造山作用(Orogeny)是匯聚板塊邊緣大地構(gòu)造作用的總和,造山帶(orogen)是匯聚板塊邊緣大地構(gòu)造作用形成的帶狀地質(zhì)體(eng?r,1990,1992;Stern,2002)。這個(gè)定義是目前學(xué)術(shù)界普遍接受和認(rèn)可的(侯泉林,2018)。
按此定義,造山帶強(qiáng)調(diào)的是板塊匯聚作用過(guò)程,關(guān)鍵是具有匯聚板塊邊緣復(fù)雜的巖石—構(gòu)造組合(Bird and Dewey, 1970; Ando et al., 1984; Snyder and Barazangi, 1986; Hamblin and Christiansen, 2003; Kummerow et al., 2004; Rebesco et al., 2004; Lüschen et al., 2006; Kashubin et al., 2006; Acton et al., 2011; Zhao Wenjin et al., 2011; Deville et al., 2015; Xu Qiang et al., 2015; Paul and Mitra, 2017; Singh et al., 2017, 2021; Teixell et al., 2018; Chevrot et al., 2018; Malusà et al., 2021),尤其是蛇綠混雜帶或高壓相系變質(zhì)巖(李繼亮,1992; Hsü, 1995; 肖文交等,2017),它可以有也可以沒(méi)有高聳的山脈(后期被剝蝕夷平);而山脈(mountain)強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)時(shí)的地貌狀態(tài),關(guān)鍵是有高程差,是地理學(xué)/地貌學(xué)名詞,是差異隆升作用造成的,可以形成于任何構(gòu)造環(huán)境,可以沒(méi)有也可以有匯聚板塊邊緣的巖石構(gòu)造組合(侯泉林,2018)。山脈形成的地質(zhì)作用可以用“成山作用”(mountain building)一詞。
山脈與造山帶是既有交集又不重合的兩個(gè)不同概念,不可混淆,也不存在所謂的板內(nèi)/陸內(nèi)造山帶(侯泉林,2018)。位于我國(guó)境內(nèi)不同時(shí)期的造山帶均形成于當(dāng)時(shí)的板塊邊界(侯泉林,2018)。
造山幕(orogenic episode)又稱褶皺幕(folding episode)、構(gòu)造幕(tectonic episode)。這一概念最早是由Stille于1924年提出來(lái)的,其含義是地槽轉(zhuǎn)變?yōu)轳薨檸У倪^(guò)程中整個(gè)地槽區(qū)、乃至全球所有的地槽區(qū)都是近于同時(shí)發(fā)生的,而且造山幕是根據(jù)地層間的角度不整合來(lái)確定的(侯泉林,2018)。他1924劃分了25個(gè)全球造山幕,1940增加到42個(gè),1955增加到50個(gè)。60年代地球科學(xué)革命開(kāi)始就沒(méi)再繼續(xù)數(shù)下去。
板塊構(gòu)造理論認(rèn)為,從大洋巖石圈的俯沖到大陸巖石圈的碰撞,以及其后的持續(xù)碰撞造山作用是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程(Hamblin and Christiansen,2003;侯泉林,2018)。在此過(guò)程中,可以形成經(jīng)歷變形和遭受剝蝕的高地(山脈),也可同時(shí)形成接受沉積的洼地(盆地),也就是說(shuō)在同一次造山作用過(guò)程中會(huì)形成若干個(gè)角度不整合,而且一個(gè)地方遭受剝蝕形成角度不整合和另一個(gè)地方接受連續(xù)沉積可以是同時(shí)進(jìn)行的,并不存在統(tǒng)一的角度不整合。角度不整合的成因也是多種多樣的,同一個(gè)角度不整合的不同位置可能是穿時(shí)的。因此,造山作用過(guò)程中不存在幕式造山,角度不整合也不與任何所謂造山幕有對(duì)應(yīng)關(guān)系(侯泉林,2018)。
板塊構(gòu)造理論取代槽臺(tái)學(xué)說(shuō)之后,地槽、深大斷裂、全球性的造山幕、造山運(yùn)動(dòng)(如加里東運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng))等術(shù)語(yǔ)已不應(yīng)再使用,規(guī)范的地質(zhì)學(xué)教科書(shū)中也沒(méi)有了這些概念(侯泉林,2018)。加里東期、燕山期、喜馬拉雅期之類術(shù)語(yǔ)仍被廣泛使用,其含義僅代表時(shí)代概念。
大洋巖石圈從其在洋中脊處形成到在俯沖帶處消亡,是一個(gè)連續(xù)過(guò)程(Hamblin and Christiansen, 2003),不同時(shí)代的蛇綠巖僅表示不同時(shí)代的洋殼碎塊以不同方式就位于混雜帶中或其周邊,任一蛇綠巖塊的時(shí)代只代表該洋殼殘片的形成時(shí)代,既可以就位于俯沖階段也可以就位于碰撞階段(Bird and Dewey, 1970; Acton et al., 2011;Ando et al., 1984)。因此,蛇綠巖的形成時(shí)代和就位時(shí)代與大洋閉合、兩側(cè)大陸發(fā)生碰撞的時(shí)間沒(méi)有直接聯(lián)系,不能代表碰撞造山的時(shí)代(侯泉林,2018)。最年輕的蛇綠巖可作為大洋閉合和碰撞事件發(fā)生的下限,但往往有較大誤差。
蛇綠巖就位有多種方式,不同的就位方式會(huì)導(dǎo)致其位置不同,而且在俯沖階段及碰撞造山作用過(guò)程中還可能經(jīng)歷遠(yuǎn)距離推覆(Deville et al. 2015; Chevrot et al., 2018),因此蛇綠巖出露位置并不一定能代表縫合帶的位置。
(超)高壓變質(zhì)是指低地溫梯度(高的P/T值,即高壓變質(zhì)相系)下的變質(zhì)作用,而非高的P絕對(duì)值,如麻粒巖的變質(zhì)壓力可能超過(guò)藍(lán)片巖和榴輝巖,但因中等的P/T值而屬中壓變質(zhì)相系;藍(lán)片巖和榴輝巖因其高的P/T值而屬于高壓相系變質(zhì)。
俯沖板片因其較低的溫度,具有高的P/T值,所以高壓變質(zhì)也稱為俯沖帶變質(zhì),也就是說(shuō)高壓變質(zhì)與俯沖作用密切相關(guān)。碰撞過(guò)程因其正常地溫梯度(中等P/T值),主要為巴洛式區(qū)域變質(zhì),而不是高壓(相系)變質(zhì)。高壓變質(zhì)與碰撞作用密切相關(guān)的觀點(diǎn)是個(gè)誤區(qū)。
俯沖帶可以將混雜帶中的任何物質(zhì)包括其中的陸殼物質(zhì)碎片攜帶至深部發(fā)生高壓變質(zhì),然后再折返就位,此時(shí)碰撞作用并未發(fā)生,如北美弗朗西斯科增生雜巖中有大量的榴輝巖和藍(lán)片巖,而太平洋遠(yuǎn)未閉合。盡管大洋板塊俯沖階段大陸物質(zhì)(陸殼物質(zhì)碎片)可以被深俯沖,但是大陸板塊碰撞階段不會(huì)發(fā)生(超)高壓變質(zhì)。另外,與會(huì)者有人指出由于浮力效應(yīng),低密度的大陸板塊不可能發(fā)生深俯沖。
所以高壓變質(zhì)作用(即俯沖變質(zhì)作用)與碰撞事件并無(wú)關(guān)聯(lián),因此也不能用高壓變質(zhì)峰期年齡來(lái)確定碰撞時(shí)間。
另外,俯沖帶是強(qiáng)烈的構(gòu)造變形帶,存在很大的構(gòu)造差異應(yīng)力,按照靜巖壓力(三軸等壓)狀態(tài)下測(cè)算的俯沖帶變質(zhì)壓力不能反映真實(shí)的深度(計(jì)算深度會(huì)偏大很多)。這方面有待深入研究。
確定一個(gè)構(gòu)造變形期區(qū)域主應(yīng)力方向是構(gòu)造解析的基本工作,主要是通過(guò)構(gòu)造形跡(斷層、褶皺、節(jié)理和劈理)的展布方向來(lái)實(shí)現(xiàn),但目前經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造形跡與區(qū)域構(gòu)造作用方向不當(dāng)關(guān)聯(lián)的問(wèn)題,其中斷層的不當(dāng)關(guān)聯(lián)問(wèn)題最為嚴(yán)重。
現(xiàn)有的斷層構(gòu)造解析多基于均勻介質(zhì)的變形理論(如庫(kù)倫準(zhǔn)則和Anderson斷層模式),但實(shí)際地質(zhì)體是非均質(zhì)的(其中先存斷裂的存在是地質(zhì)體非均質(zhì)最顯著的表現(xiàn)方式,Byerlee,1978;Morley,2002;Morley et al.,2004,2007;童亨茂等,2009,2013,2018)。庫(kù)倫準(zhǔn)則和Anderson斷層模式(Anderson,1951)這些經(jīng)典構(gòu)造基礎(chǔ)理論在實(shí)際應(yīng)用中具有顯著的局限性(Tong Hengmao et al.,2010;Tong Hengmao and Yin An,2011),這是斷層與區(qū)域構(gòu)造作用方向不當(dāng)關(guān)聯(lián)的源頭。
最近的研究表明,在有先存斷裂的情況下發(fā)生的構(gòu)造作用,可以形成先存構(gòu)造復(fù)活斷層、先存構(gòu)造相關(guān)斷層以及與先存構(gòu)造無(wú)關(guān)的斷層(Tong Hengmao et al.,2014)。其中先存構(gòu)造復(fù)活斷層、先存構(gòu)造相關(guān)斷層的走向主要受控于先存構(gòu)造的走向(McClay and White,1995),不能反映區(qū)域構(gòu)造作用方向,只有與先存構(gòu)造無(wú)關(guān)的庫(kù)倫斷層才能反映區(qū)域作用方向(Tong Hengmao et al.,2014)。若不分析斷層的成因類型,很容易造成斷層和區(qū)域構(gòu)造作用方向的不當(dāng)關(guān)聯(lián)問(wèn)題。尤其是中國(guó),由于多期構(gòu)造作用形成的先存構(gòu)造普遍存在(童亨茂等,2018),斜向伸展和斜向擠壓作用十分普遍,更容易造成這種不當(dāng)關(guān)聯(lián)。
在區(qū)域構(gòu)造作用方向保持不變的情況下,在遞進(jìn)變形過(guò)程中,由于先存構(gòu)造復(fù)活斷層、先存構(gòu)造相關(guān)斷層和先存構(gòu)造無(wú)關(guān)斷層的發(fā)育是此消彼長(zhǎng)的,斷層的長(zhǎng)度加權(quán)平均方向是不斷發(fā)生旋轉(zhuǎn)的(Tong Hengmao et al.,2014)。這需要特別注意,這種斷層方向的旋轉(zhuǎn)不能判定為區(qū)域構(gòu)造作用方向的旋轉(zhuǎn)(童亨茂等,2013,2018)。
另外,拉伸線理與剪切帶運(yùn)動(dòng)方向往往并不平行;還有應(yīng)變分配(strain partitioning)會(huì)造成逆沖推覆構(gòu)造走向與走滑斷層走向平行,主壓應(yīng)力(σ1)與走滑斷層垂直等情況。若仍按傳統(tǒng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)觀念去分析會(huì)有較大風(fēng)險(xiǎn),甚至造成誤導(dǎo)。
確定一個(gè)地區(qū)的構(gòu)造變形期次也是構(gòu)造解析的基本工作。按照庫(kù)倫準(zhǔn)則和Anderson斷層模式(Anderson,1951),斷層活動(dòng)期次與構(gòu)造作用期次是一一對(duì)應(yīng)的,通過(guò)斷層活動(dòng)期次的分析就可以確定構(gòu)造作用的期次。但在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常忽略庫(kù)倫準(zhǔn)則和Anderson斷層模式僅適用于均勻介質(zhì)這一假設(shè)前提,這是斷層活動(dòng)期次與構(gòu)造作用期次的不當(dāng)關(guān)聯(lián)的源頭。
在有多個(gè)先存構(gòu)造的條件下,在一次構(gòu)造作用過(guò)程中,不同先存構(gòu)造復(fù)活斷層(以及相關(guān)褶皺)的形成次序有先有后、持續(xù)的時(shí)間有長(zhǎng)有短,即存在多種斷層活動(dòng)期次(Tong Hengmao et al.,2014)。因此,不同先存構(gòu)造復(fù)活斷層的活動(dòng)期次不能直接反應(yīng)構(gòu)造作用的期次,只有與不同期次的先存構(gòu)造無(wú)關(guān)的斷層才能反映構(gòu)造作用期次(童亨茂等,2018)。
常見(jiàn)的構(gòu)造應(yīng)力體制(狀態(tài))包括伸展應(yīng)力體制(σ1直立)、走滑應(yīng)力體制(σ2直立)和擠壓應(yīng)力體制(σ3直立),按照Anderson斷層模式,分別發(fā)育正斷層、走滑斷層和逆沖斷層(Anderson,1951)。隨著走滑應(yīng)變橢圓的提出,明確走滑作用可以派生出各種類型的斷層,包括正斷層、逆斷層、張剪斷層(R破裂)和壓剪斷層(P破裂)。
上述是傳統(tǒng)觀念對(duì)斷層性質(zhì)及平—剖面組合型式與構(gòu)造應(yīng)力機(jī)制進(jìn)行關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí),認(rèn)為只要出現(xiàn)走滑斷層以及走滑變形的平—剖面組合型式(如雁列構(gòu)造、梳狀構(gòu)造、花狀構(gòu)造等),就認(rèn)為是走滑應(yīng)力體制,這實(shí)際上是一錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。
隨著變換斷層(transfer fault)概念的提出(Morley et al., 1990),特別是本世紀(jì)以來(lái)三維地震資料的大量應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)裂陷盆地(伸展應(yīng)力體制)和壓陷盆地(擠壓應(yīng)力體制)內(nèi)存在走滑斷層以及走滑變形的平—剖面組合型式(Arreola and Morandi, 2005;Morley et al., 2007;童亨茂等,2018),表明走滑斷層及走滑變形的平—剖面組合型式不是走滑應(yīng)力體制的專有產(chǎn)物(童亨茂等,2018)。如渤海灣盆地和北部灣盆地是中國(guó)比較典型的新生代裂陷盆地,但在渤海海域地區(qū)發(fā)育一系列的走滑斷層以及典型的走滑變形的平—剖面組合型式,北部灣盆地的二號(hào)斷層帶發(fā)育了盆地尺度的雁列構(gòu)造帶。
裂陷盆地和壓陷盆地內(nèi)發(fā)育的走滑斷層均是變換斷層,起傳遞應(yīng)變(位移)的作用,其形成與先存構(gòu)造直接或間接相關(guān)(Morley,2007;童亨茂等,2018)。
力學(xué)概念應(yīng)用到構(gòu)造數(shù)值模擬時(shí),有些公式或概念是有適用條件的,如金屬結(jié)構(gòu)力學(xué)中用的泛米塞斯力就不能應(yīng)用到地質(zhì)數(shù)值模擬。在構(gòu)造數(shù)值模擬中加入水的作用目前處于嘗試階段,模型過(guò)于簡(jiǎn)單等效化。
目前普遍存在重方法手段、輕地質(zhì)模型的問(wèn)題。實(shí)際上構(gòu)造數(shù)值模擬的根本問(wèn)題還是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)問(wèn)題,模型的構(gòu)建、力學(xué)參數(shù)的選取、邊界條件的設(shè)置、變形本構(gòu)關(guān)系的設(shè)定等都要以地質(zhì)模型為基礎(chǔ)。地質(zhì)模型建立不好,后面的模擬就是基礎(chǔ)不牢的“沙雕”。
值得注意的是,數(shù)值模擬是一種論證手段,是仿真的數(shù)值推理,不能作為證據(jù),證據(jù)還是基于地質(zhì)觀測(cè)。
構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題引起了與會(huì)專家的熱議,并進(jìn)入了深入的討論,其中學(xué)生方面、教師方面、以及課程設(shè)置和師資隊(duì)伍建設(shè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了比較集中的討論,提出了一些建設(shè)性意見(jiàn)和建議。
學(xué)生方面,基礎(chǔ)理論(包括對(duì)基本概念的理解不夠透徹和基本理論的認(rèn)識(shí)比較模糊)和動(dòng)手能力(如野外基本功及構(gòu)造圖件的編制)等方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng),在提升學(xué)生對(duì)地質(zhì)學(xué)的興趣和創(chuàng)新能力方面還需下更大的功夫。
教師方面,也提出了一些建議:① 授課的思路和方式需要更新,如構(gòu)造地質(zhì)學(xué)講褶皺分類,學(xué)生認(rèn)為繁瑣,無(wú)趣。② 對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的基本概念和基本理論理解應(yīng)更加準(zhǔn)確和深化,對(duì)構(gòu)造變形的物理過(guò)程和力學(xué)機(jī)理(物理本質(zhì))的講解應(yīng)深入淺出、引人入勝。③ 進(jìn)一步突出授課重點(diǎn)。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)(structural geology)的重點(diǎn)是斷裂(斷層和節(jié)理)、褶皺、劈理等,其中斷層是重中之重;大地構(gòu)造學(xué)(tectonics)的重點(diǎn)是板塊構(gòu)造理論。④ 隨著學(xué)科發(fā)展及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。這方面在大地構(gòu)造的課程中比較突出,如有的老師還用較大篇幅講解槽臺(tái)學(xué)說(shuō)和其他已過(guò)時(shí)的大地構(gòu)造觀點(diǎn);⑤ 講課中應(yīng)充分利用實(shí)物教具和動(dòng)畫(huà)演示。如果沒(méi)有直觀的實(shí)物教具和三維動(dòng)畫(huà)配合,同學(xué)們很難理解構(gòu)造變形的三維結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程。
課程設(shè)置和師資隊(duì)伍建設(shè)還需進(jìn)一步加強(qiáng):① 加強(qiáng)對(duì)《大地構(gòu)造學(xué)》的課程建設(shè),有些地質(zhì)類高校和院系在與地質(zhì)相關(guān)的許多專業(yè)中沒(méi)有開(kāi)設(shè)《大地構(gòu)造學(xué)》。以板塊構(gòu)造理論為核心的《大地構(gòu)造學(xué)》是地質(zhì)類專業(yè)特別重要的基礎(chǔ)課程。板塊構(gòu)造理論的創(chuàng)立是地質(zhì)學(xué)的一場(chǎng)革命,是地質(zhì)學(xué)史上最突出的成果,已成為現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)研究的范式。50年過(guò)去了,如果不能很好地理解和掌握板塊構(gòu)造理論,對(duì)以后學(xué)習(xí)和工作中的影響會(huì)是比較顯著的。② 以板塊構(gòu)造理論為核心的《大地構(gòu)造學(xué)》的師資隊(duì)伍尚需進(jìn)一步加強(qiáng)。③ 重視對(duì)年輕教師的培訓(xùn)和培養(yǎng)。④ 加強(qiáng)教學(xué)研討和交流。有專家認(rèn)為,可將大學(xué)或研究生的《大地構(gòu)造學(xué)》課程改為《板塊構(gòu)造學(xué)》。
構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的未來(lái)發(fā)展方向是本次會(huì)議的重點(diǎn)議題之一,經(jīng)深入研討,與會(huì)代表形成了如下共識(shí)。
20世紀(jì)以來(lái),探測(cè)(如三維地震、CT、GPS、超顯微、激光掃描等)和數(shù)據(jù)處理(人工智能、CAD、超算系統(tǒng)等)新技術(shù)高速發(fā)展。充分利用這些新技術(shù)手段及產(chǎn)生的數(shù)據(jù),可以為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和資料支撐。
到目前階段,利用單一的技術(shù)方法以及構(gòu)造很難產(chǎn)生高質(zhì)量的成果,構(gòu)造解析、物理模擬、數(shù)值模擬和測(cè)試分析的緊密結(jié)合是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究和未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì),這一點(diǎn)值得構(gòu)造地質(zhì)研究人員和相關(guān)部門(mén)的重視。尤其是構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn),自20世紀(jì)末期以來(lái)繼McClay等(McClay and Ellis, 1987;McClay,1990)的開(kāi)創(chuàng)性工作后,已成為構(gòu)造機(jī)理研究的基本手段。
從科學(xué)哲學(xué)角度看,包括構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在內(nèi)的地質(zhì)學(xué)并不構(gòu)成完全獨(dú)立之自然學(xué)科,其方法論和認(rèn)識(shí)論多借鑒于物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)自然學(xué)科(侯泉林,2021)。構(gòu)造地質(zhì)(structural geology)是研究巖石/礦物對(duì)應(yīng)力作用的響應(yīng),包括物理響應(yīng)和化學(xué)響應(yīng)(侯泉林等,2021);大地構(gòu)造主要研究巖石圈的形成演化及地球各圈層的相互作用,其本質(zhì)也是物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程。研究其物理化學(xué)過(guò)程及其機(jī)理,并進(jìn)而用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行表達(dá),是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)未來(lái)發(fā)展的方向(泉林等,2021)。其中構(gòu)造應(yīng)力化學(xué)、地質(zhì)力學(xué)(Geomechanics,構(gòu)造和力學(xué)結(jié)合的學(xué)科,不同于李四光的大地構(gòu)造學(xué)派)、流變構(gòu)造學(xué)等在未來(lái)有很大的發(fā)展空間(泉林等,2021)。
隨著深地、深空探測(cè)技術(shù)的高速發(fā)展和資料的不斷積累,為構(gòu)造地質(zhì)研究向深地和深空發(fā)展提供了條件。目前地質(zhì)科學(xué)家已經(jīng)意識(shí)到,固體地球、生物圈和大氣圈是協(xié)同演進(jìn)的,其中構(gòu)造過(guò)程是重要紐帶;太陽(yáng)系中的不同行星演化具有相關(guān)性。這一認(rèn)識(shí)為構(gòu)造地質(zhì)研究向深地和深空發(fā)展指明了方向。
斷層是構(gòu)造變形最基本的方式,斷層分布和活動(dòng)與人類的生活(包括資源、災(zāi)害、工程、環(huán)境)息息相關(guān)。斷層研究是一古老的課題,Anderson于1905年創(chuàng)立的Anderson 斷層模式也已有一個(gè)多世紀(jì),不能適應(yīng)非均質(zhì)和各向異性地質(zhì)條件,因此斷層在時(shí)—空中全過(guò)程行為的研究仍是一個(gè)新的課題。
構(gòu)造作用對(duì)地貌(包括古地貌)具有控制作用的認(rèn)識(shí)由來(lái)已久,地表過(guò)程、景觀演化與構(gòu)造存在相互作用,但總體還處在比較初級(jí)的階段。隨著與沉積作用相關(guān)的礦產(chǎn)資源(特別是油氣)勘探的不斷深入以及人類對(duì)環(huán)境的要求不斷提升,對(duì)地貌(含古地貌)分布特征和演化規(guī)律認(rèn)識(shí)的要求和期望不斷提升,這給構(gòu)造地貌學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和數(shù)據(jù)支撐。
地震和滑坡是破壞力最大的兩個(gè)地質(zhì)災(zāi)害,但其預(yù)測(cè)和防治一直沒(méi)有得到很好的解決。地震和滑坡問(wèn)題從本質(zhì)上講是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)問(wèn)題,只有從構(gòu)造機(jī)理研究出發(fā),結(jié)合其他技術(shù)手段,地震和滑坡的預(yù)測(cè)和防治才有可能取得根本性的進(jìn)展。最近的研究發(fā)現(xiàn),無(wú)論是板塊邊緣還是大陸內(nèi)部,地震多發(fā)生于先存構(gòu)造帶及其附近;滑坡的產(chǎn)生也往往與先存斷裂和薄弱帶有關(guān)。這樣地震和滑坡預(yù)測(cè)所依據(jù)的基礎(chǔ)理論必須突破庫(kù)倫準(zhǔn)則,應(yīng)用和發(fā)展先存構(gòu)造條件下的斷層作用理論,其預(yù)測(cè)和防治才有可能產(chǎn)生突破性的進(jìn)展。
很多礦產(chǎn)資源(如油氣、地下水、熱液成因的金屬礦產(chǎn)等)受控于構(gòu)造,與斷層的分布、性質(zhì)、活動(dòng)演化歷史直接或間接相關(guān)。隨著礦產(chǎn)資源的勘探不斷向深部進(jìn)軍,勘探難度越來(lái)越大,簡(jiǎn)單地用傳統(tǒng)的勘探方法往往難以取得很好的成效,揭示成礦機(jī)理、搞清礦產(chǎn)的分布規(guī)律和控制因素是未來(lái)礦產(chǎn)資源勘探取得突破的重要基礎(chǔ)。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與受控于構(gòu)造的礦產(chǎn)資源勘探緊密結(jié)合,一方面可以提升礦產(chǎn)資源的勘探成效,另一方面可以為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐,是未來(lái)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展的重要方向。
學(xué)科健康發(fā)展是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)家提出的新的話題(NASEM,2008,2020),而“走構(gòu)造地質(zhì)學(xué)健康發(fā)展之路”也成為本次會(huì)議研討的重要議題。與會(huì)代表就構(gòu)造地質(zhì)學(xué)健康發(fā)展之路及其實(shí)現(xiàn)途徑展開(kāi)了深入的研討,并形成了以下認(rèn)識(shí)。
構(gòu)造地質(zhì)學(xué)健康發(fā)展之路最根本的是學(xué)科可持續(xù)發(fā)展,具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。
4.1.1具有支撐學(xué)科持續(xù)發(fā)展的資源
經(jīng)費(fèi)和資料(數(shù)據(jù))是學(xué)科持續(xù)發(fā)展的支撐。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)屬于基礎(chǔ)學(xué)科,經(jīng)費(fèi)主要來(lái)源于國(guó)家(國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部、地質(zhì)調(diào)查局等部門(mén)),能持續(xù)獲得國(guó)家相對(duì)穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持十分必要。除此之外,與產(chǎn)業(yè)部門(mén)(如石油、煤炭、冶金、鐵路等)的良好合作,獲得經(jīng)費(fèi)支持和數(shù)據(jù)資料也十分重要。另外,倡導(dǎo)建立產(chǎn)業(yè)部門(mén)資料的解密制度(如產(chǎn)業(yè)部門(mén)取得的資料20年后可以共享)和國(guó)家共享數(shù)據(jù)中心,這可以很好地滿足構(gòu)造地質(zhì)學(xué)持續(xù)發(fā)展的資料需求。
4.1.2建立和維護(hù)強(qiáng)有力的科學(xué)共同體
便于交流的平臺(tái)、團(tuán)結(jié)互助的合作環(huán)境、信息和資料共享的機(jī)制、學(xué)科影響力的擴(kuò)展等對(duì)現(xiàn)代學(xué)科發(fā)展特別重要,這需要建立和維護(hù)強(qiáng)有力的科學(xué)共同體來(lái)實(shí)現(xiàn)和保障,這一點(diǎn)已達(dá)成共識(shí)。另外,與會(huì)代表一致同意恢復(fù)每年一次的“構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)研討會(huì)”,并倡導(dǎo)支持青年科學(xué)家的成長(zhǎng)。
4.1.3人才培養(yǎng)的良好環(huán)境和機(jī)制
人才是學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)和核心。建立人才培養(yǎng)的良好環(huán)境和機(jī)制,能持續(xù)地吸引優(yōu)秀青年學(xué)子加入構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究和教學(xué)隊(duì)伍,并不斷促進(jìn)青年學(xué)者的健康成長(zhǎng)。
4.1.4學(xué)科發(fā)展具有多樣性
學(xué)科發(fā)展具有多樣性是學(xué)科充滿活力的標(biāo)志。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)科發(fā)展的多樣性包括①學(xué)科方向的多樣性;②人才結(jié)構(gòu)和類型的多樣性;③技術(shù)手段的多樣性;④服務(wù)對(duì)象的多樣性等。
4.1.5定量化技術(shù)和手段的充分應(yīng)用
4.1.6與社會(huì)的廣泛交流與服務(wù)
學(xué)科發(fā)展的最終目的是服務(wù)社會(huì),包括滿足社會(huì)對(duì)學(xué)科的需求及公眾的好奇心,這需要通過(guò)與社會(huì)的廣泛有效的交流、增強(qiáng)影響力來(lái)實(shí)現(xiàn)。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)科與人類生活(資源、災(zāi)害、環(huán)境及公眾的好奇心),學(xué)科的這一特點(diǎn)決定了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)科在社會(huì)上產(chǎn)生廣泛影響力的可能性,實(shí)現(xiàn)后對(duì)獲取資源和公眾支持也十分有利。
在對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)存在問(wèn)題、未來(lái)發(fā)展方向及構(gòu)造地質(zhì)學(xué)健康發(fā)展之路研討分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況,與會(huì)專家就如何走上構(gòu)造地質(zhì)學(xué)健康發(fā)展之路建言獻(xiàn)策,深入研討,并取得了一些共識(shí)。
4.2.1加強(qiáng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)青年教師和研究人員的培訓(xùn)和交流
由于歷史的原因,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教師隊(duì)伍人員的水平參差不齊,不同人對(duì)同一概念(構(gòu)造地質(zhì)用語(yǔ))、同一理論和同一方法的理解存在一定的差異,不光影響學(xué)科的發(fā)展,同時(shí)也影響學(xué)生的培養(yǎng)。通過(guò)青年教師和研究人員的培訓(xùn)和交流在一定程度上可以解決這一問(wèn)題。建議由地質(zhì)教育指導(dǎo)委員會(huì)、地質(zhì)教育分會(huì)、構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合組織每年一次的青年教師和研究人員的培訓(xùn),并倡導(dǎo)國(guó)內(nèi)地質(zhì)類高校的教師積極參加。
4.2.2建立構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)學(xué)生的分類培養(yǎng)模式
分類培養(yǎng)是本次要熱議的話題,提議把從事基礎(chǔ)科學(xué)研究和應(yīng)用的學(xué)生進(jìn)行分類培養(yǎng),從事基礎(chǔ)科學(xué)研究的學(xué)生少而精。建議我國(guó)有條件的地質(zhì)相關(guān)院校設(shè)置20人左右的地質(zhì)學(xué)強(qiáng)基班,采用本—碩—博一體化的培養(yǎng)模式,并設(shè)置不同的方向(構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方向每年5~6人)。本科期間加強(qiáng)與地質(zhì)學(xué)相關(guān)的數(shù)理基礎(chǔ)(如立體幾何、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、固體力學(xué)、流體力學(xué)等)和地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課程,配置優(yōu)秀教師,并配套能吸引優(yōu)秀學(xué)生的政策。
4.2.3重視野外地質(zhì)和地震資料解釋及基本功訓(xùn)練
野外工作和三維地震資料解釋分別是開(kāi)展地表和地下構(gòu)造分析的基礎(chǔ)工作,這是取得原創(chuàng)性成果的基礎(chǔ)。構(gòu)造研究若沒(méi)有扎實(shí)的野外工作和(或)三維地震資料解釋來(lái)支撐,就難以充分利用天然實(shí)驗(yàn)室資源,也難以取得一流的成果。采集幾塊樣品、做一些測(cè)試后套模式發(fā)表論文(業(yè)界戲稱為“粉末地質(zhì)學(xué)”),只能是跟蹤研究而無(wú)法原創(chuàng)。重視野外地質(zhì)和地震資料解釋一方面需要政策,在項(xiàng)目申請(qǐng)、成果發(fā)表上支持,另一方面也需要觀念(如價(jià)值觀)的改變。
扎實(shí)的野外工作和三維地震資料解釋功底是一個(gè)反復(fù)實(shí)踐、長(zhǎng)期積累的過(guò)程,需要從基本功訓(xùn)練做起。對(duì)于強(qiáng)基班的學(xué)生,這方面的訓(xùn)練尤為重要。
4.2.4改變觀念,拓展方向
隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用和生產(chǎn)力的高速發(fā)展,行業(yè)對(duì)學(xué)科不斷地提出新的需求和要求,包括對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在內(nèi)的教師和研究人員不斷地提出新的挑戰(zhàn)。只有不墨守成規(guī)、走出舒適區(qū),積極改變觀念,不斷拓展方向來(lái)迎接挑戰(zhàn),才能走向健康發(fā)展的道路,否則會(huì)面臨被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。
觀念改變中很重要的是價(jià)值觀的改變,樹(shù)立把創(chuàng)造知識(shí)、培養(yǎng)人才、服務(wù)社會(huì)成為作為自我價(jià)值實(shí)現(xiàn)最重要途徑的理念。坐得住冷板凳、打牢基礎(chǔ)、厚積薄發(fā),才有可能取得一流的成果。
4.2.5增強(qiáng)社會(huì)服務(wù)意識(shí),提高服務(wù)質(zhì)量
服務(wù)社會(huì)(行業(yè)應(yīng)用及滿足公眾的好奇心)是學(xué)科發(fā)展的原動(dòng)力。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)科揭示地球的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)演化,同時(shí)與地震、滑坡等對(duì)人類破壞力最大的地質(zhì)災(zāi)害,礦產(chǎn)資源勘探、自然景觀的形成演化都密切相關(guān),在行業(yè)應(yīng)用及滿足公眾的好奇心方面具有很大的潛力。
增強(qiáng)社會(huì)服務(wù)意識(shí),走出象牙塔,積極尋求與相關(guān)的產(chǎn)業(yè)部門(mén)(如石油、煤炭、水利、鐵路、交通、冶金等部門(mén))與國(guó)家機(jī)構(gòu)(如國(guó)家應(yīng)急管理部)交流與合作的機(jī)會(huì),解決行業(yè)中與構(gòu)造地質(zhì)相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題(如低滲透砂巖、頁(yè)巖油—?dú)?、煤層氣等水力壓裂高效破巖的機(jī)理,斷層復(fù)活引發(fā)的井筒套管變形,油藏注氣開(kāi)發(fā)與地下儲(chǔ)氣庫(kù)的蓋層安全性預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià),與斷層相關(guān)的礦產(chǎn)資源富集機(jī)理,熱液礦藏中有效礦脈的預(yù)測(cè),與斷層活動(dòng)相關(guān)的地基安全性定量評(píng)價(jià)、大型工程與斷層相關(guān)的安全性預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)等方面問(wèn)題),探索地震預(yù)測(cè)、滑坡體安全的定量預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)方面的問(wèn)題。這些實(shí)際問(wèn)題的解決,會(huì)在行業(yè)內(nèi)和社會(huì)上產(chǎn)生重大影響,反過(guò)來(lái)會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展。
積極開(kāi)展與媒體合作,對(duì)公眾進(jìn)行宣傳和科普,特別是業(yè)內(nèi)有廣泛影響的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家能積極參與,編寫(xiě)有影響力的科普作品。
4.2.6充分利用我國(guó)優(yōu)勢(shì)的天然實(shí)驗(yàn)室資源,抓住構(gòu)造地質(zhì)學(xué)未來(lái)發(fā)展的機(jī)遇
中國(guó)在大地構(gòu)造上處在全球一個(gè)很特殊位置,①全球正在作用的最強(qiáng)烈活動(dòng)碰撞造山帶主體位于中國(guó)境內(nèi);②正在作用的大陸碰撞遠(yuǎn)程效應(yīng)區(qū)主體也在中國(guó)境內(nèi);③造山帶和盆地從數(shù)量上、時(shí)代分布上、空間展布上和地質(zhì)特征等方面具有世界其他地區(qū)不可比擬的優(yōu)勢(shì);④陸內(nèi)構(gòu)造變形的強(qiáng)度、類型均為世界之最;⑤中國(guó)構(gòu)造演化總體的復(fù)雜程度是世界其他區(qū)域不可相提并論的,這些都是我國(guó)未來(lái)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展得天獨(dú)厚的地域優(yōu)勢(shì)。充分利用這些占盡優(yōu)勢(shì)的天然實(shí)驗(yàn)室資源,就很有可能在造山帶、盆地、陸內(nèi)變形、疊加變形過(guò)程、大陸動(dòng)力學(xué)等方面取得一些原創(chuàng)性的、舉世矚目的成果,這也是我國(guó)未來(lái)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展的重大機(jī)遇。
4.2.7加強(qiáng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)學(xué)科共同體建設(shè)
科學(xué)共同體建設(shè)是現(xiàn)代學(xué)科發(fā)展的需要,如何加強(qiáng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)學(xué)科共同體建設(shè)也是這次會(huì)議熱議的話題。提議①恢復(fù)構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)年會(huì);②加強(qiáng)各單位的交流與合作,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ);③提高實(shí)驗(yàn)室等學(xué)術(shù)平臺(tái)的開(kāi)放性;④托舉優(yōu)秀青年人才;⑤積極宣傳和推廣國(guó)內(nèi)科學(xué)家的優(yōu)秀成果。