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1、第一篇 地质学的研究方法,成都地质矿产研究所 潘桂棠,前 言,地质学是研究地球的科学，主要研究地球（主要是岩石圈）的物质组成、物理化学性质、结构构造、成因机制及演化历史，区别于物理学和化学。目的是重建地球史，即重建独特型地质体的时间序列，而且是探索支配地球变化的一般性规律。,研究地表特征和地质作用：地貌学、冰川地质学 海洋地质学、动力地质学,地质学的分支学科,研究地球物质组成：矿物学、岩石学、地球化学 地球物理学、同位素地质学,研究地球的历史：地层学、地史学、古生物学 前寒武纪地质学、第四纪地质学,研究地壳运动：构造地质学、大地构造学、火山学、地震学,研究和开发能源及矿产资源：矿床学、石油天然
2、气地质学、煤田地质学、水文地质学研究人类生存环境和工程建设：环境地质学、工程地质学、灾害地质学此外，地质调查和勘查的还涉及一系列方法和新技术研究,地质学的知识与结构,按理性增大和发展方向依次为：（1）经验知识基础水平：古代人类对矿产的应用；对火山、地震-地壳变动 的认识，如公元四世纪就有“沧海桑田”的海陆变迁的思想；宋代沈括在 1086年提出华北平原与太行山隆升的关系（2）经验资料的系统概括水平：17世纪，地质学开始发展；1785年赫顿(英)出版地球的学说，提出“均变论”、“今天是过去的钥匙”等，并于 1788年提出“火成论”思想；1812年居维叶（法）根据对第三纪化石的 研究，提出“灾变论”
3、；1815年史密斯（英）编制了第一张地质图英 国地质图，1830年莱伊尔地质学原理，奠定了地质学基础。,当代地质学最高水平板块构造学,（3）理论水平：整体性原理的系统论 相关性原理的过程论 动态性原理的转化论,地壳运动过程中，伸展扩张作用与挤压作用对立统一，热膨胀与冷收缩的对立统一，地壳垂直运动与水平运动辩证统一,地质学的思维和方法论,地质历史的发展是均变性稳态发展与灾变性动态变革对立统一的过程，是连续性与阶段性的对立统一,古老的地质体制制约新的地质事件，新生的地质事件继承并改造古老的地质记录,一、“一分为二的二元论”与“一分为三方法论”,在扩张带，既有伸展构造，也包含挤压构造收缩造山带；既有
4、挤压构造，又包含有拆离构造高原隆起与周边盆地的耦合,自然界颜色的“三原色”（三种感觉单元）：红色、蓝色、绿色物质基本存在状态（凝聚态的问题）：固态、液态、气态各种物体对太阳光具有吸收、反射和透射三种特性,在探索大自然奥秘时，“一分为二”是对事物性质的哲学分析，“一分为三”是对事物存在状态的哲学分析。在地球科学等自然科学领域，“一分为三”具有普遍意义!,地质学的思维和方法论,数学：正数、零、负数化学：碱性、中性、酸性生物学：植物、动物、微生物,地质年代（时间）：显生宙(540Ma以来）元古宙(540-2500Ma）太古宙（2500Ma)地壳类型：大陆地壳、过渡带、大洋地壳板块边界：洋中脊、俯冲带
5、、转换断层构造变形：逆冲、滑脱拆离、走滑构造应变：压、张、扭,地质学中的“一分为三”,地球内部的分层结构传统分层：地壳-地幔-地核新的圈层结构：岩石圈-地幔圈-核圈,地壳岩石类型：沉积岩 岩浆岩 变质岩,岩浆岩（喷出）,岩浆岩（侵入）,沉积岩,变质岩,岩 浆,现代宇宙学还在触及一份十分有趣而神秘神圣的命题，即宇宙诞生问题,近20年来，由维里金、哈特尔、霍金等根据量子力学基本原理创立的量子宇宙学，其核心理论思想：“宇宙的所有守量均应为零”，认为宇宙是从“无”经过量子跃迁而生的，“无”定义为无物质、无时间和无宇宙的状态。基本含义是：能量/质量守恒要求宇宙物质的正能量（正质量）和重力场的负能量（负质
6、量）的总和为零；物质与反物质应严格对称。,中国大思想家老子的“无中生有”，“无”即零，亦是道，“道生一，一生二，二生三，三生万物”的宇宙观，是与现代宇宙学在哲学上的吻合，表明东方思想家擅长的归纳法、综合法，与西方思想家擅长的演绎法、分析法，在大自然探秘的殊途同归。,二、比较构造地质学方法论,比较构造地质学方法论“将今论古”和“将古论今”,3、在时间上将研究区的地质构造形成演化放在全球构造的背景上，与过去或现代正在发生的地质作用形成的地质构造进行比较，如，将地史中青藏高原地质构造形成演化与现代东南亚多岛弧盆系的形成演化进行比较构造地质学研究，以加深理解。,比较构造地质学方法论“将今论古”和“将古
7、论今”1、将现今不同学术观点的大地构造学说加以比较，吸取各家所长；2、将三维空间上各个大地构造单元、各构造带以及各种构造地质事件加以比较，从中找出共同性、普遍性及其差异性；,二、比较构造地质学方法论,1）.多岛弧盆系的构造位置东南亚多岛弧盆系集中分布在西太平洋向西突出部位，邻接欧亚大陆南隅。其南西边缘的爪哇海沟，标志着印度洋板块长期俯冲于泛华夏板块之下的位置。俯冲作用始于晚中生代；北东边缘的马里亚纳海沟是新生代太平洋板块俯冲带的标志。,东南亚多岛弧盆系的研究已经积累了众多研究成果，其基本特征可归纳为:,2）.从比较俯冲学看全球构造中边缘盆地的发育，东南亚多岛弧盆系受到西太平洋板块和印度洋板块俯
8、冲的双重双向制约,邻接大洋岩石圈俯冲带的岛弧为前锋弧。印度尼西亚岛弧，在前锋弧后面，拥有大小不等的数十个弧后盆地以及无数的浅滩和数百个岛礁。伊豆-小笠原-马里亚纳洋内弧是与西太平洋板块俯冲作用相关的前锋弧，其西也有一系列弧后盆地、海岭和岛弧系统。,3）一个大洋从发生-扩展到消亡是一个漫长的过程(600-800Ma)。与主大洋相比，多岛弧盆系内一个边缘海盆地或弧后盆地的生命期是短暂的，通常只有几十百万年。,（据广州海洋地质调查局）,第一类时空结构是从前锋弧向内的弧后盆地或弧后洋盆形成时间逐个变老,4）.前锋弧之后的弧后盆地或弧后洋盆时空结构发展有两种过程,可以预见，西太平洋岩石圈板块后退式俯冲形
9、成的弧-盆系在将来还要向东不断推进，弧的分裂使新生的弧间裂谷-弧后洋盆被残余弧或新生海岭海脊分隔。太平洋最终消亡不是大陆碰撞，而应是弧-弧或弧-陆碰撞。,第二类时空结构是前锋弧向内的弧后盆地形成时间逐个变新如印度尼西亚-帝汶前锋弧之后（向北）盆地群依次变新,5）东南亚多岛弧盆系的3种造山作用,研究表明，该多岛弧盆系现今的地质地貌特征主要是由新近纪三大岩石圈板块相互作用的结果而形成，即菲律宾海板块向运动（8cm/a）、印度洋板块NNE向运动（7cm/a）、亚洲板块缓幔向向运动（约0.4cm/a）,受大洋俯冲制约的岛弧造山作用受弧后洋盆消减制约的造山作用 受大陆克拉通俯冲控制的碰撞造山作用,在印度
10、尼西亚前锋弧及其北的东南亚多岛弧盆系的发展过程中，除弧后扩张盆地的形成以外，尤其表现为3类受不同动力学机制制约的造山作用,东南亚地区新第三纪以来的碰撞造山过程示意图,爪哇造山作用,苏门答腊造山作用,马鲁古造山作用,苏拉威西造山作用,班达造山作用,美拉尼西亚造山作用,从第一类第二类第三类造山作用，其时限依次变新,第一类：受大洋俯冲制约的岛弧造山作用,第二类：受弧后洋盆消减制约的造山作用,第三类：受大陆克拉通俯冲制约的碰撞造山作用,以大地构造系统论、构造演化过程论和构造体制转换论的理念，拟编青藏高原及邻区大地构造相时空结构图。,大地构造相时空结构图,在岩石-构造组合、大地构造亚相、大型变形构造以及
11、综合信息研究的基础上，确定区内大地构造相或更高级别大地构造相的类型，各类大地构造相的边界。研究各构造相单元的边界条件、物质组成、构造结构及其演化过程。,进行比较大地构造学研究，构建演化模式,依据显生宙17个断代构造-岩相古地理复原重塑成果，构建青藏高原形成演化过程模式图,早古生代南侧被动边缘、北侧活动大地边缘,晚古生代中生代双向俯冲,新生代大陆碰撞周边陆内汇聚,青藏高原及邻区特提斯构造演化模式,以特定区域主构造事件形成的优势大地构造相的时空结构组成和碰撞造山过程划分青藏高原大地构造单元。,大地构造学或当今的板块构造学，其实质即是在一定构造阶段和大地构造环境中形成的、各个不同尺度、不同层次、不同岩石建造组合的构造地层地质体（称之为构造单元）之间的相互关系学。,以构造单元之间的相互关系为对象的时空结构分析，包含横向的结构学含义，是鉴别各构造单元的大地构造相组合，纵向演化学的含义，则是构造单元在构造演化过程中的历时性转化关系表现。,三、大地构造相时空结构分析方法论,
