地质思维的物质观和时空观.doc

地质思维的物质观和时空观 许洪才 谷永昌 姚宝刚 赵永利 来源河北地质学院学报，1995，18（6）618-622 地质思维是地质现象在人脑中间接而概括的反映，如何分析地质现象是地质思维的重要内容。地质现象是在一定地质时期和一定空间范围内形成的，包括矿物、岩石、矿床、构造等现象的总和，它经历了形成、发展和演化的复杂过程。因此，要正确地分析地质现象，以及其形成原因，就必须遵循正确的物质观和时空观。 自然界的统一性在于其物质性，而物质又存在于一定的时空中，所以科学的物质观和时空观是研究一切事物形成、发展和演化的基础。物质的根本属性是经常处在不停地运动和发展变化之中，因而客观地质现象也不例外。它既有机械运动、生物运动形式，也有物理、化学运动形式。按物质观和时空观进行分析，地质现象形成、发展和演化可以划分为渐变型和突变型。二者的主要区别在于岩浆演化、构造演化、生物演化和沉积建造等时空上是否连续。 地质作用多种多样，形成的地质现象也是多种多样，它们在演化时间上不是自在存在而是进入自为存在或称为自组织存在，它们的多样性统一在演化之中，而时空是它们活动演化的物质结构。尽管它们的特征及时空上存在许多差异，然而它们却按照一定的原理运动、发展和变化这些原理主要有层次原理、循环原理和重演原理它们存在于各种地质现象形成、发展和演化之中，具有一定的普遍意义。 1 层次原理 层次是表征物质系统内部结构不同等级的范畴，任何客观物质系统都可以依据不同的结构水平，划分为若干层次，这种划分是相对的，而且每一层次又具有其特殊的量和质。具体来说，地质学中的层次主要是指地质对象有序地分层，包括水平层次和圈层。由于时间、空间划分尺度不等，因此层次可大可小。 就整个地球而言，科学家按照地球内部存在着的两个主要不连续面古登堡面、莫霍面，将其分为地壳、地幔、地核三个大的圈层。以孔拉蔼面为界，又将地壳分为硅铝层和硅镁层。根据物质成分及物理特征上的差异，又分为上地幔和下地幔。有人根据地壳演化结果及其在时空上的相互关系和转化，将其划分为八重态模式，即地台、膨胀期陆洼、收缩期陆洼、陆槽、海岭、膨胀期海洼、收缩期海洼、海槽。用它们代表由地球脉动引起的地壳生消和发展。 地壳历史及其发展演化有其特殊的规律性。根据地壳运动、生物演化特征及古地理的巨大变化，分为太古宙、元古宙、古生代、中生代、新生代，同时它们还可以划分为纪、世等年代地层单位。 太古宙时期地壳运动强烈，原岩建造既有侵入岩、火山岩，又有沉积岩，经过多次变质变形，它们都以不同形式保存下来，通常是以花岗岩类岩石及其演变而来的片麻杂岩为主体，以及少量残存的变质火山沉积岩石组成的片麻杂岩或花岗绿岩地体。根据它们在时空上的包容、切割等接触关系及物质成分、结构构造等差异，可以划分为表壳岩、TTG岩系英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩、紫苏花岗岩、钾质花岗岩、辉长岩、基性岩墙。如重建冀东三屯营地区太古宙地质，提出了我国第一份太古宙高级变质区新一代的地质图。以新的变质变形理论为基础，以动态的方式重建岩石地层单位和构造演化序列，它们都依从于层次原理。 元古宙早元古代主要由变质微弱的火山岩、沉积岩组成。中、晚元古代除被冰雪覆盖的高山地区外，由于海侵和海退，因而使得沉积物在时空上有规律地分布。以天津蓟县中、上元古界剖面为例，由早至晚可以划分为12个岩石地层单位一组。岩性主要为石英岩状砂岩、黑色页岩、泥晶白云岩、含粉砂泥状白云岩、含砾长石砂岩、海绿石砂岩。 古生代时期按照地壳发展及古生物演化的特点，可分为早古生代和晚古生代。前者根据 古生物在时空上分布是否连续划分为寒武系、奥陶系、志留系。之后根据特殊动物群的化石及与相邻地层的关系划分为泥盆系、石炭系、二叠系。 中生代时期根据地壳升降运动、岩浆强烈活动和动、植物演化兴衰等特点，划分为三叠系、侏罗系、白垩系。 新生代时期根据生物的演化与地壳运动特点，划分为第三系和第四系。 层次原理在研究客观地质现象中具有动态特征划分的尺度总是相对于物质在时空上的客观特征及其变化例如，沉积物岩在水平方向上往往表现为侧向堆积，而在垂直方向上表现为上下叠覆关系，总体表现为普遍穿时。火山岩的形成方式由于既有沉积岩特点，又有侵入岩特点，因此在时空上不同的火山岩相．就反映了其发展、演化的状态与过程。变质岩依据原岩建造和温压、构造条件的不同，使其变质变形存在着明显的差异，在不同深度表现出层次性，由浅至探变质变形逐渐加强。 变质岩、沉积岩、火山岩和侵入岩地质特征尽管不同，但是按照岩性特征、岩石组合类型在时空上的变化规律，可以划分为许多岩石地层单位包括正式、非正式岩石地层单位。 沉积岩和火山岩可以划分为群、组、段、层；侵入岩花岗岩类可以划分为侵入体、单元、超单元、超单元组合岩石谱系单位；变质岩根据原岩建造不同，除可以划分为上述岩石地层单位外，变质火山沉积岩系构造岩石地层狭义单位可划分为岩群、岩组、岩段，变质侵入体构造岩石单位可划分为片麻岩套、片麻杂岩、片麻岩体。层次原理在研究大陆岩石圈构造上具有重要意义，它使中国及其邻区的大陆岩石圈在三维空间上呈现出极为复杂的多层次镶叠式结构。另外，它对沉积地层多重划分，基本层序调查、地层格架调查和地层模型研究以及层序地层学的研究,都有重要的指导作用。总之，层次原理反映了物质形成的先后顺序，以及物质发展、演化和分异的结果。 2 循环原理 所谓循环是指事物周而复始地运动或变化。自然界的存在和发展始终遵循着这个原理。循环是量的积累和质的飞跃，是波浪式前进和螺旋式上升。 循环原理在地壳运动及其所形成的地质现象中比比皆是，如岩石的剥蚀、搬运、沉积下降、成岩变质、重熔上升，然后再次被剥蚀搬运，就是一个明显的循环运动。下面以中国大陆范围主要限于阴山带与南岭带之间元古代以后的海水进退规程海水 进退为例，说明循环特性存在于地质发展、演化过程中。主要有三次大规模的海进海退运动，其海相沉积物主要为泥质灰岩、页岩、砂岩和粉砂岩等。武寒纪一中奥陶世为第一次大海进，晚奥陶世一晚志留世为第一次大海退；第二次大海进为泥盆纪一中石炭世，第二次大海退为晚石炭世晚二叠世；第三次大海进为早三叠世一中三叠世，第三次大海退为晚三叠世。每一次海进，方向大多是自南而北；每一次海退，方向大多是自北而南。每一次海进海退都形成了一个循环，但是每一次循环运动的范围是逐渐缩小的。第一次大海进，海水直达中国北方}第二次大海进，华北已是海陆交互的状态；第三次大海进，海水只限于秦岭以 南， 尔后侏罗纪及第三纪海进，则仅见于中国南部濒海的边缘地带。 我国不同时代的花岗岩类在时空分布上明显地受到不同时期板块构造活动的控制, 常呈带状分布，岩浆活动及其演化特点遵循着循环原理，随着地壳由硅镁质向硅铝质转化，花岗岩类岩石的成分由偏基性向酸碱性方向演化，花岗岩类的成因类型由简单到复杂，最终导致不同成因的花岗岩类在空间上互相叠置。 表现地壳运动具有循环运动特征的大地构造学说有“多旋回学说”和“板块构造说”等。前者为我国地质学家黄汲清教授提出，他认为一个地槽系的褶皱运动，不是单旋回的，而是具有多次活动的特点; 后者利用地幔的对流，解释不同地质历史时期所形成的板块在洋中脊分离、扩大，在俯冲带和地缝合线俯冲、消失。 不同地质历史时期的地壳运动，如岩浆侵入、火山喷发、沉积作用和变质作用等也具有循环性。如志留纪末发生的加里东运动、石炭纪中期发生的华里西运动，都使我国有些地方褶皱上升形成山地，同时伴有岩浆的侵入活动和岩层的形成。循环原理在成岩成矿作用中也具有明显表现，如具有周期性特点的蒸发岩的分布和碳酸盐岩的形成等。 3 重演原理 所谓重演原理，是指不同地质历史时期同一地质作用及其所形成的地质现象多次重复出现。重演原理在地质历史发展进程中表现明显在我国不同时代火山岩的时空分布中就可见一斑。无论是太古代、元古代、古生代，还是中生代、新生代，都有火山喷发活动，但它们在形成环境上和变质程度上又存在着很大差别。 太古宙火山岩通常经受了区域变质作用，形成各种绿片岩、角闪片岩、斜长角闪岩、变粒岩、片麻岩和混合岩等；元古代火山岩轻微变质，分布广泛，主要为变玄武岩、变安山岩、变流纹岩或细碧岩、角斑岩等组合。古生代火山岩多为海相、海陆交互相、局部为陆相。中生代火山岩主要为陆相火山喷发，海相和海陆交互相分布局限。新生代火山岩大部分是陆相。 我国地质历史时期三次大的成煤期，即晚古生代的二叠纪，中生代的三叠纪、像罗纪，都反映了当时陆地森林生长繁盛，气候温暖湿润等多次重演特征。重演现象在地质体中形成的构造也较常见，主要有环带构造和条带构造。如变质分异条带、韵律条带矽卡岩，层状韵律条带基性超基性火成岩、韵律环带玛瑙和成分振荡分带的矿物等等。 自然界地质现象的存在和发展是各种规律综合作用的结果。层次原理通常反映地质现象的发展、演化部分或阶段性特征；循环原理反映地质现象发展、演化的一个完整过程；重演原理反映相同地质条件或环境及某些地质现象反复出现的特征。任何一个地质现象和作用发展、演化过程尽管长短、大小不一，但是它们都有这些规律存在，在表现方式上是各有侧重的。 层次原理、循环原理、重演原理是对立统一规律、量变质变规律和否定之否定规律在地球物质运动中的表现。如反映量变质变规律的火山喷发、古地磁极反向、恐龙灭绝、外星撞击地球、地震、地层的连续沉积与间断即旋同性、阶段性等；反映对立统一规律的地壳的上升与下降，板块的聚合与离散，沉积物的搬运与沉积等；反映否定之否定规律的生物演化，岩石的多次变质变形，构造的多次活动，古地理、古气候的多次变迁，沧海桑田等。 总之，自然界的地质现象的存在和发展有着自己的规律性。有时尽管错综复杂、时间上不连续、空间上规模大小不同，但我们按照物质在组成、结构构造上量变规律和质变差异，整个与局部的关系以及时间上的演化特点，仍可发现地质现象形成、发展和演化的规律，其重要方法就是运用正确的地质思维，其主要内容就是以动态的观点研究不断演化着的地质现象， 通过系统思维、多向思维、历史的思维方法及创造性思维，科学而客观地反映它们在时空上的关系及其变化规律，减少盲目性和人为性，依据客观规律确定彼此之间的相互关系，最终达到认识和掌握地球上既往地质作用过程的本质的目的，为人类利用自然、改造自然服务。