地质学的思维.pdf

第一章地壳演化思维的历史回顾个纪无疑，“地壳（岩石圈）处于永恒的演化之中”，这一观念在今天是普遍被接受的。然而这一认识的形成却经历了一个极其曲折的历史过程。世纪中叶当作经典地质学的肇始，那么，在从此年间，人们在“地壳（岩石圈）是如何演化的”这如果把至今的这一地质学的纲领性问题上，表现出四种观念形态，经历了三次观念转变。本章拟就这一问题加以总括性地评论。一、静态地壳观阶段（）这一时期，人们关于地壳的知识主要局限于显生宙的沉积盖层，主要任务是搜集基本地质学事实，对岩石、矿物进行肉眼观察分类、成因分类（水成或火成），建立生物地层系统以及确立经验地质学研究方法。可以看出，在这一时期静态（机械）的自然观始终束缚着人们的认识，同时宗教神学仍然是制约地壳演化思想发展的一道无形樊篱。是第一个用实验和布丰（年）相悖的数学方法解决地球演化问题的人，他用灼热铁球冷却法，求得了一个与宗教教义（年的地球年龄，并把个阶段。这本是一个对机械自然观及宗教神学地球演化划分为年划分为教循环论中的 “ 的有意义突破，然而迫于教会的淫威，他却不得不违心地附和宗个宇宙天”，把。现今的变化规则在地质史中永。正如恩格斯批评莱无限的地质史中永恒地存在变论”实际上把地球看作一个无始地终的实体地质过程“没有开端的迹象，也没有终结的前景”。在莱氏看来，变化是存在的，但却极其缓慢，现今存在和发生的，必定在远适用（。他们所犯的错误是混淆了方法论上的均伊尔讲的，“地球的冷却对他来说是不存在的，地球不是按照一定的方向发展着” ，把现实主义原则的适应范围夸大到不变与本体论上的均变适当的程度。）的灾变论居维叶（）完全是科学事实与观念冲突的产物。一方面，他通过实际观察看到了生物化石在各地层中的差异性，甚至总结了一些在时间上的变化规律，另一方面，“物种不变”的自然观和根深蒂固的宗教情感却不允许他做出一个合乎理性的解释，于是只能借助于上帝之手。，）或“渐）系统化了的“均变论” 莱伊尔（）提出、由赫顿（认为圣经条文是解释自然的最终根据）则更加露骨地宣扬神创论，生詹姆森（。他的学地表变化的原因归于不可预测的某种超自然的力量这与牛顿的 “自然法则”何其相似他把 “万有建造”的、普遍适用的地层序列程。在他看来，地壳是僵硬不动的，并且存在一个一成不变矿物的性质、用途和地理分布，而不大关心矿物成因和形成过，旨在研究化的学者，他建立了一门“地球构成学” 魏纳（是第一个把地质知识系统。“违背了宗教信条”，使得他后来不得不放弃自己的学说处。尽管这样，巴黎大学还是宣布在他的著作中有二、探究地壳、岩矿成因阶段）、麦其生这一时期，人们关于地壳演化的知识的增长和观念变化主要有如下五个方面、席基威克（①经过阿尔伯蒂（等人的努力，建立了较完整的显生宙地层表。这对以后的地质学发展具有奠基性意义。 ②从波蒙（）到徐）的论山系）的地球面貌士（，反映了地质学开始从区域地层、全球山脉走向及走向变化、构造形态、排布规律等的对比分析上思考山脉形成机理和地壳演化问题。这反映出区域地层、古生物、岩相古地理等地质资料的日益丰富，也反映出全球地貌研究的迅速发展。 ③槽台学说的创立。由美国人霍尔（）创立的，后经欧洲学者奥格（、徐士等人完善化了的地槽一地台理论，第一次详尽地讨论了地表狭长的活动带与宽阔的稳定地块、盆地与山脉、洋壳与陆壳之间的生因关系。首次建立了一个基于可靠经验事实之上的地壳演化模式。 ④以尼科尔（后经索尔比（）等几代师生薪尽火传的努力，到了一套完整的岩矿显微结构研究的方法和理论。罗多夫（年代以人们便超越了传统的肉眼观察方法，能够对矿物的显微结构、结晶规律、理化性质等做出可靠的说明。尤其重要的是、齐尔克尔（偏光显微镜的发明为肇始，、罗森布什年代末建立，俄国的费）又发明了双环测角器（费氏台）。此时，和丹纳、冠伯整个这一时期是以冷缩说占主导地位的地物理学家（以估算地球年龄。 ②由于没有可靠的同位素测龄方法，对于山脉、岩石等地质体的年龄、同时性、序次性等不能给出准确的答案，因而限制了对地质客体的历史演化、生因关系及事件的持续久暂等做有效讨论。 ③在地壳演化模式上，地槽学说无疑是一个里程碑。但该学说从一开始就陷于“是此非彼”的思维模式，即“非槽即台，非岩石分类体系（）等创立的后，由于地球化学的兴起，使人们能够把显微方法与化学分析相结合对岩石学进行有效分类和成因探讨。由美国岩石学家克鲁斯根据矿物共生规律，把化学分析年算成一系列标准矿物并依此进行分类的方法）是一个典型的例子。年代以后⑤基于岩矿分析化学、地球化学的迅速发展，出现了丰富的岩石、矿床、矿物的成因理论。例如德国的鱼特的火成岩同源岩浆分异说，俄国列文生一列星格）与美国的戴利（假说，德国的尚德伯格（）的低共同化分异）关于矿脉成因的侧分泌说等还等。此外，法国的一批学者如达罗切尔（提出了花岗岩生成理论，提出了岩石旋回（原生沉积一变质一花岗岩）等假说，这反映出人们已注意到三大岩类的成因及转化关系。这一时期存在的问题可归纳为如下几点 ①由于地壳放射性元素的存在及其功能的无知，人们对地内热状态缺乏准确的知识。总体上仍停留在布丰的“单纯冷却”模式上，对地壳运动的能量来源尚处于直观、模糊的猜测阶段。有两个显著的表现壳演化模式，把地壳收缩的水平作用力当作山脉形成的主因；为代表）仍坚持以热球冷却法来三、递进演化的地壳观形成阶段）年代才真正树立起来。则是徐士思想的继承和发台即槽”，递进演化思想尚不具备。）的提出是一个重大 ④在海陆位置及其关系上固定论占据统治地位。此外，必须指出，达尔文进化论（。但是，概念的普遍使用并不等于对概念的深刻理的地质学事件。它对于整个地质学的发展具有观念变革的意义。如果说以前自然科学家的信条是“自然的固定秩序”，那么从这时开始，自然科学家的格言就变成了“进化”。人类学、文化史、比较生态学，甚至比较宗教学都开始积极地寻找与生物进化论的接合部位世纪解，尤其在地壳演化这一地质学纲领性问题上，递进演化的观念直至这一时期地壳演化知识的主要进展如下的活动论思想倾向就是以此为基础的，而泰 ①活动论的兴起。新世纪活动论的兴起有两个重要原因。一是区域地层、古生物、岩相古地理、宏观构造形态等地质资料的大量积累，使得人们能从横向比较上悟出各大陆在地史上的几何关系。徐士（的活动论（勒（又是对泰勒思想的完善化。由于展。后来的李四光思想（物理学革命对放射性元素蜕变释热功能的揭示（居里夫妇，）及其在地壳岩石中的广泛分布这一事实的发现，使得人们相信这足以补偿甚至超过地壳散失的总热量（这无疑为地壳运动找到了巨大的动力源泉。这一事实不仅和地球就需要整体降温冷缩说产生明显的冲突（如按冷缩说单是形成第三纪褶皱，地球，没有足够的补偿，漫长地史中的构造运动就难以解释），而且只有在地球膨胀时表壳才会有一个相互；二是与当时已知的“大西洋、印度洋下面许多地方仍是年代以前，槽分离、飘移的几何空间。所以这一条是魏格纳活动论的最重要依据。顺便指出，魏格纳的活动论与泰勒一李四光活动论存在三点区别。一是前者关注的是诸大陆形态上的可拼接性，后者则从两极一赤道地质建造的规律性变化上得到启示；二是前者以南美与非洲的古生物地层对比为基础，而后者则立足于全球构造形态的规则性和连贯性；三是前者把地球转动作为陆块分离的动力，而后者则强调地球自转速度的变化造就了全球构造系统。 ②槽台学说的精致化。魏格纳活动论之所以在当时被视为标新立异甚至“轻率的空想”，其主要原因有两方面，一是它只注意到各大陆壳体的运动学特征，而忽视了地球历史建造方面，这显得与根深蒂固的、有扎实基础的“槽台”说的对立太突出、尖锐。所以直到下沉的陆地”等重大事实不符台”理论仍占据着主导地位，并不断走向精致化。“槽台”学说在这一时期的主要进展有对地槽空间结构的研究。例如史蒂勒（）把地槽分为“阿尔卑斯型”和“日耳曼型”。并在年将地槽分为正地槽、准地槽。别洛乌索夫（）划出中央隆起、前缘坳陷、山间坳陷等。提对地槽演化史的研究。典型的例子是史蒂勒（出的正地槽岩浆演化的四个阶段先造山期（形成蛇绿岩），同造山期（硅铝壳成岩作用期），安山岩型火山作用期，后造山作用期（玄武岩喷发）。对秦岭地槽迁移对地槽活动横向迁移的研究。如葛利普（）对喜马拉雅山的研究，黄汲清（的研究。对造山作用全球同时性或准同时性、幕次性的讨论。如）等先后注意到，中亚、别洛乌索史蒂勒（、丁文江（、黄汲清（的研究和讨论。对地槽演化与地壳深层分异联系起来进行研究。如别洛乌索夫指出地槽的发展伴随着地壳深部不断的物质分异，结果导致硅铝壳酸性组分不断增加 ③从槽台论到“动一静”递进转化观。槽台学说的问世，打破了僵死不变的地壳观，因而具有革命性意义。然而科学上的巨大进步往往成为巨大的羁绊。随着“槽台”理论的创立，人们便把“槽”与“台”看作地壳上两种最基本的构造单元和构造性质。活动的“槽”转变为稳定的“台”被当作地壳演化的固定模式和惟一的发展方向，地槽一旦演化为地台就永恒地停止下来。别洛乌索夫和沙特斯基）曾经认为，在全部地球史中，地台面积的扩大和地槽面积的缩小，乃是地壳发展的“一般规律”。而裴伟（）则基于对前苏联和中国的）和西尼村（。这两种观点都是研究，认为在先寒武纪存在一个“泛地台” 传统“槽台”观念的衍生物。“泛地槽”说的错误在于假想地壳最终会走向永恒的宁静，而“泛地槽”说的错误在于认为地壳在亿年前已进入到近乎静止的状态，之后的演化只是微弱的活动。年至到了年，哈茵（夫、巴浦洛夫斯基（地区许多已经稳定了的地台在中生代以来又发生了强烈的构造运动。这种现象被称为地台“活化”，意指地槽在地台上的“复活”。别洛乌索夫开始觉悟到，这一发现说明，“地壳变为死亡” 的观念是错误的，并指出地壳演化会有很多周期，我们不能把这些周期比作一个圆圈，而应比作一条螺旋曲线也许由于特殊的大地构造背景和历史，中国学者很快认识到四、综合的、不可逆的地壳演化观形成）中国地台的非稳定性质。年后改为“多年，陈国达注意到华南的地台活化现象（后称之为“地洼区”）。同年黄汲清指出中国地台普遍具有不稳定性，提出“准地台”概念。黄陈二人的观点存在着观念上的分歧，由此展开了旷日持久的“黄陈论战”。今天看来，陈国达的地洼学说具有观念变革的意义，他清醒地意识到，地台不是地台演化的最终产物，地台的“活化”也决非地槽历史的简单重演，活化会导致一个内容新颖的构造层。而黄汲清的递进演化意识相对淡薄，当时他的提法是“多轮回” 年代以后，这一问题变得旋回”）。综合当时一些批评者的意见，“准地台”概念和“多轮回”说存在两方面问题。一是“准地台”假定了一个终极的、理想的稳定地台存在，这实际上是“非台即槽”观念的反映，二是 “多轮回”说把历史上的构造运动同等对待，否认了地壳“动一静”转化中的螺旋式递进性清楚了，从太古代开始，便出现了两种对立的构造单元“萌地槽”和“萌地台”，以后又有不同名称的活动与稳定二元构造单元同时存在。活动与稳定阶段不断交替，每一阶段都产生与以前性质迥异的地质体。年代至的地幔对流假说，为大陆年代初的海底三大发现（全球裂谷系、地热异常、地磁条带）与其说导致了活动论的复活，不如说使得传统固定论（“槽台”说）遭到致命挑战。海底巨裂谷系的巨大错移、地磁极的多端变化都是固定论无法解释的。而地热流异常却极大地支持了霍姆斯（漂移说解决了地壳驱动力问题。可以说，海底三大发现对新旧两种地质理论具有判决性事实的意义。微米）、快速的方板块构造理论（）的创立具有科学革命的意义。它不仅引起了地质学观念的变革，而且它给地质学带来了一个知识激增的时月。地质科学以广泛综合的方式迅速繁衍，新的方法、概念、理论大量涌现。标花宠草难以胜数，就地壳演化研究而论，以下几条是其梗概。 ①观测、探测、测试、分析技术日新月异。新的测试、分析技术不断问世，朝着高灵敏度、高精度（）可有向迅速发展，红外技术能用以观察化学反应动力学过程地震、重、磁手段广泛用于探测地球圈层结构、壳下地体物性状态；航测遥感技术用于普查和综合评价；全球定位系统（系等的化学分析，能确定构造背景、效测定板块位移速度和进行海洋钻探定位；通过对痕量元素及其同位素、稀土元素、物质来源、地壳成熟度、洋壳再循环、灾变事件等；同位素测年方法日益精细、多样化；高温、高压实验能模拟壳下、上地幔成岩成矿过程，对地壳演化机理和历史作出有效说明；新一代的计算机能处理复杂地质信息和进行地质绘图。之地。 ②研究对象在时、空两方面大大拓展。海洋板块理论的发迹年代，为了寻求新的证据，地质学家们在包括红海、地中海、北冰洋在内的各海洋、洋域展开了广泛的工作，取得了大量的地形、地热、地磁、构造、岩石、同位素等资料，极位。大加深了人们对海洋地质的认识，并使得板块理论获得支配性地年代，地质学把眼光转向大陆边缘。由于大陆地壳的高成熟度和演化记录的完整性，很快，地壳演化研究又向大陆内部转移。裂谷或裂谷系、造山带、盆地等成为新的热点。另一个拓展是深部地质研究，主要有大陆超深钻（如科拉半岛超深钻已达万米）、深源地震、深部（超）高压、高温模拟、国际深大年阿波罗太空船在月球上取样开始，人断面、大陆岩石圈四维填图等。空间上的第三个拓展是比较行星地质学的建立。从年来，人们通过各种飞行器从太空取类进入了太空时代。近比值）、稀土元素、同位得了大量资料，包括月球、火星的照片、岩石样品等。通过对月岩、陨石的常量元素及微量元素（如素年龄的对比分析，大大加深了人们对地球早期（星子原地体阶段）历史、不均一性及地体成熟度的认识。时间拓展主要表现在对前寒武地体、古老地质、早期生命、早期大气圈、海洋化学岩等的多方位研究，初步勾勒出一幅地球早期演化的生动画面。倍。 ③关注地壳演化的多种因素。现在，人们不再把地壳看成一个孤立的壳体，而是把它置于一个复杂的地球物质系统甚至宇宙系统之中。当作一个与多种因素复杂相干的子系统。探讨地壳演化，不单考虑地壳本身的性质、地壳表层的海陆变化，而是同时考虑上地幔物源、温度、压力、重力、含矿热液、水分、生物、大气圈、天文事件以及时间效应等多种因素。如以水而论，水不仅是重要的外动力，而且能通过降低岩石熔点以影响深部地质过程；以含矿热液而论，它不仅可以成岩成矿，而且可以长距离运移，起到润滑剂作用以改变地壳运动的动力学条件；以生物而论，地球上曾经存在的生命质量总和等于地球质量的环和聚集生命演化直接影响大气构成，进而影响地表温度、化学元素的循；以天文事件而论，随着越来越多的灾变层位的发导现，人们不再只是把地层、古生物的缺失看作是地质记录的不完整，而是归结于周期性的天文事件。地外物体撞击地球所造成的动力学（气化、爆炸、熔融、破碎等）及环境效应日益为人们所关注；以时间而论，漫长的地质时间保证了地质客体能以蠕变或晶格错移的方式发生大幅度的韧性剪切或构造置换，使得固体地壳能产生与流体相似的形变。长时间的、平稳的作用累积可以致与骤变相同的效果。时间也帮助人们认识到地质作用的剧烈性与物理、化学的剧烈性之间的巨大差异。 ④新理论、新概念大量涌现。随着研究领域的拓展、深度的亿年前缺乏现今意义上的大洋和洋壳，亿年年代组织的“地球型俯冲、拆离构造、薄皮构加大、实践手段的进步，各个地质学科之间、各地质学科与其它基础科学和技术之间广泛地进行着杂交、嫁接。新的地壳演化理论、名词层出不穷，旧的概念又常常被赋以新的内涵。如太古代绿岩带、高级地体、三叉裂谷、造、厚皮构造、推覆构造、韧性剪切、盆地演化、大陆动力学、地幔柱构造理论、新灾变论、新脉动说等。由于科学事实的迅猛积累，在活动论得到普遍支持的同时，又扩大了其遭受攻击的面积。人们已不满足于一种单一的理论解释，试图寻找一个更加完美的、新的系统性行星地球演化理论体系。年代后期国际上开展的“地球物理 ⑤国际合作日益加强。由于地壳（岩石圈）客体的巨大性、复杂性、横向不均一性，任何一个国家或地区都难以实施全面而深入的研究。共享技术设备、资料、人才、资金及地质客体已成为各国地质学家的共识。年代初期的“上地幔计划”、年”活动、年代的“国际岩石圈计划”等为各国地质学家动力学计划”、提供了广泛的协作与竞争的舞台。与之同时，国际地科联组织的国际地质大会及其他学术会议为地质学家们提供了了解信息、交流思想的机会。 “板块革命”以来地壳演化观念的变化不仅由“稳定论”转向“活动论”，而且还突出表现在“不可逆”的地壳演化观逐渐形成，主要有如下两点一是对地质条件历史性的认识。每一时代都有其特殊的地壳演化背景和条件，地史时期的地壳面貌具有一去不复返的性质。各时代的地质条件既有可比的一面又有不可比的一面。以板块运动而论，至少。那时广泛存在的是亿年），蛇绿岩套与陆源碎屑前地球未形成整体性的软流圈和岩石圈陆间盆地，类似于秦岭宽坪群（岩的交替出现，便是明证。所以把板块理论无限外推便会遇到很的不断增值，导致温室效应，以致地表大的困难。以地壳演化的温压条件而论，由于早期岩石圈较现在薄，上地幔物源浅，分异程度低，地球半径仅是现在的一半，这公里的巨大深度，样形成类似于紫苏花岗岩、麻粒岩的区域深变质作用就不需要公里即可满足要求。否则就会得出像“快速冷侵入、上升”这样令人难以置信的结论含量的提高，进一二是对地壳演化的结果和原因的相互转化的认识。地壳演化的产物反过来又作为地壳演化的条件，新的条件又导致新的产物 ⋯⋯如此不断递进。原始地球是一个炽热熔融球体，逐渐冷却导致了薄而不连续的陆壳产生。陆壳的产生改变了地壳演化的温压条件，减缓了地球释热速度；水圈的形成大大改变了地球外动力条件，沿深断裂的下渗作用可导致壳下岩石熔点的降低，并引起能量的积蓄和缓慢结晶。早期缺氧的大气圈层是生命出现的重要保证，而厌氧生物的出现又导致了大气圈步又导致了喜氧生物的产生。而生命的产生对调整大气组成有重要意义，否则会因。人类的活动不再被认为是一种水丧失殆尽，这就就会产生一个类似于金星表面的面貌，往后的演化及板块运动就难以想象生物力量，而是当作最强大的地质营力。人类活动对地壳物质迁移、生态面貌、大气圈组成的变化等方面的作用日益受到广泛关注。第二章地质理论中的思维因素地质学是研究地球演化历史和地球运动规律的一门学科。在地质学理论产生和形成过程中，地质思维具有十分重要的作用，这是地质学研究对象的特殊性所决定的。众所周知，地质学相对于其他学科，有自己的特殊性。这些特点我们作如下概括。 ①地质构造跨时空运动的多变性，地质体的多层次性，地壳运动的多阶段性，地质现象的模糊性，地质事件的多解性和地质记录的不完全性 ②研究对象超巨型，物质结构不均衡，并带有明显的区域性。在特定的场所和条件下，存在着特定的物体和状态，特别是在地质现象出现反复之际，常常呈现出难以把握的细微特征。 ③室内根本无法重演和直接模拟研究对象的本质特征，而理想的模拟人为因素太强，其结果只能作为参考，根本无法完全替代。 ④现存的地质现象只是地质历史的遗迹，破坏严重，支离破碎，留一失万，可供研究的证据十分不完整。 ⑤地理环境和人的寿命无情地制约着人们的地质实践的活动范围，无法经历和直接观察其演化、运动的全过程。地质理论产生时，“先人为主”的因素太重，致使人们对前人的结论产生不信赖感，对理论的通用性发生怀疑。传统的研究方法，尤其是人们常常选用的“将今论古”、 “以点代面”、“线性推理”的方法本身就潜在着危机与不足。一、地质理论中的思维因素所以，地质学的研究内容是一个极其错综复杂的体系，这个体系造成了地质学研究中形形色色的思考方式和各有千秋的认识过程。，从讨论地质学的定义出发，我们不难理解，地质学首先可以被看作是一门研究历史的科学，历史是“确已发生的事情” 而现存的地质现象只是地质历史演化进程中的一个侧面，可供研究的资料极不完整，地质历史的原貌又不可能重现。所以，地质学家只能依据从现存的地质现象中提取的资料，去推测、思考和判断已消失了的地质历史，并且创造出了许多地质科学的理论，这些理论中无疑渗透着人的关于地球科学的思维因素。。这一复合运动系统的制约因素又同地质演化地质学研究的第二个内容是地质运动的规律。地质运动，是自然界诸种物质运动形式的（包括机械的、物理的、化学的、生命的运动形式和地球内、外无机界和有机界乃至行星天体上的运动）综合效应的历史联结在一起，构成了一个动态系统，使传统的思维方式和普通的研究方法受到挑战，如果仅仅依靠自然科学的某一学科所提供的思想和研究方法去进行探索，显然是不够的。地质学家是用自身的知识结构、认识能力和思维方式来把握地质运动规律的。于是，便产生了形形色色的关于地质运动规律的学说和理论，这些理论同样凝聚了人的关于地球科学的思维因素。那么，人们关于地质科学思维的实质内容是什么通过研究后我们发现，人们所从事的地质学理论的研究，实际上是在运用现代时、空域中的地质参量构成的坐标系与地质历史时、空域中的地质参量构成的坐标系进行着不同形式的坐标变换和参量对普拉特集数十年地质研究之经验后指出“归根结底，也“似乎没比。这就向我们提出了一系列值得深思的问题如何确定地质参量和建立坐标系谁来承担绝对参照系的重任地质历史时、空域中的地质参量，是一个未知数，也是我们所要探求的最终结果，关于这一组坐标，在研究初期，只能通过想像来假设（是有一定科学根据的想像和假设，绝不是胡思乱想），它是不能够作为绝对参照系的。现代时、空域中的地质参量又不完全具备承担绝对参照系的重任，甚至研究程度较深的板块学说，，有一个板块能够提供绝对参照系。虽然，自科学地质学产生以来，地质研究工作从未间断过，新的地质理论层出不穷。可是，这两组坐标系究竟在哪里又是如何在起作用呢其实不难回答，是在地质学家的头脑中，并通过地质学家的思维活动在发挥作用。美国已故著名石油地质学家华莱士。地质学家是通过实首先找到石油的地方是在人们的脑海中” 践来把握现存的地质资料的，然后才将这些资料与自身的知识结合在一起，在脑海中建立坐标系并且进行地质参量的对比和坐标变换。由于具体的地质学家的知识结构的重心不同，思维品质的差异，所选择的绝对参照系不同，所作的变换艺术不同，故所产生的地质理论也有所不同。这些理论可以说是客观地质因素与人的因素，具体地说是人的思维因素相结合的产物，正是这一点，地质理论与其他自然科学的理论相比较，是极富特色的，地质学界学派林立，学术观点的争论也更为激烈。所以，在地质科学发展史上的几次大的革命，每一次传统观念和旧的地质理论框架的被突破，首先得益于地质学家思维模式的转换和思维艺术的提高。二、地质学思维及其特点研究地质学理论中的思维因素，是为了更深入地研究地质学思维（简称地质思维）。地质思维，是人们关于地球科学的思维，是人脑与地质体相互作用的过程中，对客观地质现象概括的、间接的反映作为人的一种高级心理活动，地质思维与普通思维有相同之处，也有不同之处。我们认为地质思维是受人们的地质学意识所控制的一种科学性的思维活动。地质学的研究领域非常宽广，它涉及到物理学、化学、生物学、数学、天文学等学科的主要内容，并具有自己鲜明的特性，这些均决定了地质思维研究的领域和内容，地质思维机理和方法的特殊性。为了深入地认识和把握地质思维的属性和特点，现作如下概括（一）思维机理思维问题是一个“黑箱”问题。地质学是研究地质历史的一门科学，地质历史本身是一个黑箱，作为具体研究对象的任何一个地质历史时期中的地质现象或地质事件，同样也是一个黑箱。地质思维的过程是人脑（主动黑箱）与地质体（被动黑箱）之间相互作用的过程，它们之间的关系是相互映射的关系（当然不是惟一的），从这一角度分析问题，完全可以建立地质思维形成机理的物理一数学模型。（二）思维形式通过研究，我们发现地质意识可以划分为两个单元，即地质潜意识单元和地质显意识单元，地质潜意识单元中所包含的地质思维是地质意识单元中地质思维过程的准备阶段。地质潜意识的思维过程，主要有地质混沌思维和地质灵感思维两种思维形式，后者是前者的继续，地质灵感是这一思维过程的最终产物，又是诱发地质显意识单元中思维现象的源泉。在地质显意识单元中，其思维过程又明显地划分为两个阶段，即地质形象思维阶段和地质理论思维阶段。在地质形象思维阶段，所使用的主要思维工具是地质画面语言；在地质理论思维阶段，所运用的思维工具是地质语言。（三）地质思维逻辑在不同的思维阶段中，所使用的思维逻辑不同。在潜意识单元中，主要运用的是混沌逻辑，其值域是朦胧状态的；在显意识单元中的形象思维阶段，主要使用的是模糊逻辑，其值域是模糊的，而抽象逻辑仅作为辅助；在地质理论思维阶段，主要采用的是抽象逻辑，而模糊逻辑被作为辅助工具。例如，在这一阶段中，地质学家表现出惊人的逻辑概括能力，十分复杂的地质现象均能简洁地归纳在二维空间的地质图幅上。总之，地质思维逻辑的值域十分宽泛，主要表现为多维、多值、多向等特点。（四）地质思维工具系统由于思维过程的不同，地质思维的工具系统由两部分组成地质画面语言子系统和地质语言子系统。地质画面语言子系统地质思维过程中，地质形象思维所经历的时间最久，也是主要的思维形式之一，魏格纳的大陆漂移说到今天的板块构造说，是地质形象思维最光辉的范例。地质画面语言是地质形象思维的工具，这一子系统包括时间画面语言、空间画面语言、空间的分割率和深度率，地质体的画面创造语言、投影语言、布局语言以及调合流动语言和地质画面的结构语言、形式语言、艺术语言和地质语言（是指地质画面中所含的地质参量值）等。。地质思维规律是地质思维的本质）地质语言子系统地质语言的特点是语义的模糊性，其意义要素和模糊属性均来自自然界中的地质属性。从认识论的逻辑学出发，地质现象反映在人的头脑中，经过形象思维后升迁到理论思维阶段时，思维主体（人）试图用语言或文字表达地质现象的本质，因为受到各种因素的限制，往往用语言和文字所表述的地质概念都是模糊的，其内涵和外延以及边界条件是不清晰的。地质语言系统是从讨论地质语义开始，研究地质单词、词组、语句的定义和文法，并用语气算子和模糊化算子、语义模糊集合的数学表达式进行描述，最终目的是能够用于计算机处理地质文件。（五）思维的时空域地质思维的时间域是已发生的地质事件的时间域，时态为过去时、过去进行时和过去将来时。地质思维从时间上看，可分为过去远期思维、中期思维和近期思维。它的空间域首先决定于时间域，从空间上看，可分为点式思维、线性思维、面式思维、立体思维和多维思维。把握地质思维时空域是确定地质参量和建立坐标系的关键，特别是地质思维中的时空概念把地质学中的诸多因素联系在一起，揭示了人类无法观察的时间、空间、物质和运动之间的内在联系，丰富并深化了时空是物质存在形式的原理。（六）思维的基本规律 “规律是本质的关系” 关系，它应该具有一系列规律，并且还存在着一个基本规律。如果把研究其规律的角度限定在反映论的限度中，反映同一律是地质思维的基本规律之一。反映同一律讲得是客体本质要如实地反映到人脑中，它所表示的是客体本质和移植到人脑中的客体本质亿之间的连续小数，不包括这两个点，即为和到之间的关系。但是鉴于地质学的特点和由于经过时空改造后的现存地质事件已经不能完全地显示地质事件的真实本质，造成了主、客体之间移植映象的误差。例如，现存的寒武纪资料并不是亿年前真实的寒武纪。可是，地质学严格的研究对象应到该是它的历史原貌，在这个条件下，针对地质学的具体对象，反映同一律虽然表示了它们之间一定程度的本质关系，但是有缺陷，缺陷就在于它不能完整地表示在反映结果中主体对客体的反映关系。那么，什么是地质思维的基本规律呢它应该是“反映同一相似律”。我们认为，反映同一相似律能够从反映同一、相似两个方面比较正确地表示地质思维的基本规律。因为反映同一对于地质思维而言，决不是十分简单的映象同一，反映同一或者物质同一的关系，而是这三者的结合。地质学中包涵着地质思维因素的大量的概念和定义，包括含义具体的和思辩的（指假说），它们所反映的映象关系和同一性应该有一个贴近度，贴近度的值域是之间的开区间。地质思维基本规律中的相似是指在反映同一性质中所产生的结果。地质思维结果的相似性是惟一的，这一点可以推广到地质学研究的各个领域，地质学研究的所有结论也只能是相似，不可能是同一的，正如地质学理论所描述的地质事件与历史地质事件不可能同一，也只能是相似。地质思维基本规律中的相似性如同反映同一性一样，二者不能分割，正是它们的结合和互补，才得以构成比较理想地、能较准确地描述其基本规律的“反映同一相似律” 。（七）思维方法是指在地质思维过程中，能够娴熟地建立、使用、变换和比较地质参量坐标系的技巧和主动地去改造旧图式和构筑新图式，以新的认识方式把握研究对象的本质和运动规律的艺术。其方法三、研究地质理论中思维因素的意义主要有立体思维、平面扩散思维、线性集中思维、模型思维、模糊思维、综合思维和整体思维等。当然，以上概括只能是初步和概括性的，有关内容我们将在后面的章节展开，有些问题也有待于深入。不管怎样，深入研究和把握地质思维的本质属性和基本特征，有助于培养和提高人们的地质思维的素质和水平，促进地质科学的繁荣和发展。在本章的第二部分，我们曾指出研究地质理论中思维因素的目的是为了讨论地质学思维的问题。由于这是一项理科学科的思维研究课题，它在自然科学思维的领域中既带有明显的共性，又具有十分突出的个性。它是通过对产生地质思维的物质背景和精神背景的研究以及对理论形成因素的分析，探讨地质思维的机理和方法以及在弥补地质理论中的不足时所发挥的实效，企图在地质科学历史发展的轨迹上寻找出形成科学地质理论的最佳途径。关于地质思维的研究是从思维科学的角度对地质历史、地质事件、地质实践和地质理论形成因素更深层次的开掘，这个开掘不仅揭示了地质学研究中多年来一直被忽视的人的因素与地质物质因素的本质关系，把地质理论的内涵清晰地展现在了地质工作者的面前，而且充实和深化了地质学研究的内容，建立了新的研究方向，拓宽和丰富了地质学的领域。地质思维研究的核心是地质学领域中人的精神世界和地质物质世界二个主要方向。人的精神世界是指在地质文化背景和地质哲学背景下的地质工作者的精神世界，它通过研究地质工作者的心理活动、思维活动和认识能力以及知识结构等带有普遍性的问题，寻找出共性和特点，讨论地质意识产生和思维活动过程中的规律和方法。对于地质物质世界的研究，主要是结合地质物质的特点，研究它们在经过时空变化的过程中所发生的变异，以及当它们作为地质学研究对象时在思维过程中的不同作用和所造成的违背“映象同一”的本质差异，这种差异给地质学理论所带来的多解性、预测性和相似性。通过对地质思维不断深入的研究，我们相信在不久的将来，不仅会有一门新的学科，即地质思维学产生，而将以它为核心，可能会建立一个包括地质思维基础理论、地质思维方法、地质科学研究方法和地质科学哲学等内容的地质思维科学体系。这个体系与现有的地质学体系相互对应，围绕着地质学的特点，结合在一起还会产生出一些辅助学科，如地学心理学、地学美学、地学教育学、地学社会学、地学哲学等新学科。这些学科不仅会对地质学的发展产生积极的作用，甚至还有可能对于人类的认识系统和思维科学领域赋予新的内容。地质工作，贵在创新。地质思维的研究有助于解放地质工作者的思想，强化地质意识，开拓视野，培养和提高地质工作者的思维品质和思维艺术。总之，这项工作将会对地质学现有理论的升华，新学说的产生，指导攻克重大的地质科研项目和建立正确的地质科学哲学和文化背景，培养“高、精、尖”的地质人才，加速矿产资源的开发，促进国民经济的发展，具有十分重要的作用。第三章论地质学实践的结构一、地质学实践的定义和性质在自然科学领域里，地质学是一门实践性极强的学科，它独特的研究内容、思维方式以及认识过程都首先是建立在地质学实践的基础之上的，因之，它的结构也有自己的特色。本章从讨论地学实践的性质和入手，通过分析它的特点来把握地质学实践的结构和层次，其最终目的是为了进一步探讨地学思维的机理和方法。地质学实践是地学主体能动地探索地质客体本质及规律的物质性活动。它不以改造地质客体为其直接目的，其主要目的在于认识地质学现象的本质和地质学的运动规律，发现和开拓新的研究领域，发展地质学理论和丰富人类的地学知识宝库。所以，它是依靠地质学实践主体的地学意识和高度的组织性与自觉性，以研究课题为中心展开的有计划、有目的探索性活动。这里所说的实践主体是指具体参与地质学实践活动的地质工作者，他们通过对地质对象的有限观察（观测）和有限变革（实验测试等），借助于自身的知识结构和思维能力实现对地质实体的认识。是依靠自然驱体和意识发生的物质力量，借助自身的知识结构和思维能力来认识地学实践的客体。地学实践的客体，即研究对象自然界中的天、地、生系统，这一系统是客观存在的，但是，客观存在的东西只有进入了人的实践活动的领域，作二、地质学实践的特点为实践活动的现实对象，才能成为实践的客体。地质学实践就是实践主体和实践客体这两种物质力量之间的相互作用。这是一个物质地表现出来的可感知的客观过程，在这一客观过程中，地质工作者充分表现出了他的主观能动性，依照一定的目的进行活动，时刻表现着他们的本质力量，并对地质的客体进行作用，或者引起客体的某些变化。所以，地质学实践的定义又可表达为，由地质学实践主体与客体两种物质力量的相互作用所引起地学实践变革的一种物质的、真正感性的活动。地质实践从一定意义上讲是一个客体主体化的过程，即把客体的内在联系、本质、规律内化为人的观念图式的过程。但是，在自然界中的地质学现象一般是由复合因素的相互影响而引起的，由于经历的时间太长，随着历史的变迁，遗迹破坏严重，支离破碎，留一失万，可供研究的证据受到限制，造成地质学实践活动的障碍。地质学现象的模糊性是自然界固有的属性，因之，致使地学理论的许多概念的内涵和外延不清晰。人们对于地质构造体系的争论、地理学中地带性与非地带性、显域性与非显域性、矿产资源的有限性与无限性，甚至人与猿、生物与非生物、脊椎动物与非脊椎动物等等这些对立的概念，都没有确定不移的界限。地球物质的非均一性是由内外多种动力因素相互叠加和多种复杂的运动形式造成的。特别是在地质现象出现反复之际，常常呈现出难以捉摸的细微特征，使人们对于理论的通用性发生怀疑，对前人的地质实践成果产生不依赖感。地质实践的客体时空跨度大，带有明显的区域性，在特定的场所和特定的条件下，存在着特定的特体和特定的状态。同时，三、地质学实践的结构地理环境和人类的寿命无情地制约着人们的地质实践活动的范围，人是无法经历和直接观察其演化、运动的全过程，而现存的状态又只是进化过程中的一个侧面，造成了地