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从19世纪下半叶开始到20世纪中叶，由于区域地质调查工作的迅速开展和科学技术的进步，地质科学获得了蓬勃的发展，建立和完善了地质学的学科体系，提出了一系列地质学的学说和理论。第二次世纪大战以后，随着大量海洋调查工作的开展，发现了全球裂谷系、海底热流异常、海底磁异常及转换断层等事实，于60年代末，在“海底扩张”说的基础上，提出了板块构造学说，引发了地学领域的一场大革命。 随着社会的发展和人口的急剧增加，当前社会正面临着人口、资源、环境、灾害等诸方面的严重挑战，地质科学除为社会经济发展提供充足的矿产资源、能源以外，还必须协助解决人类生存和社会发展所面临的有关生态环境和自然灾害的许多重大科学问题。“上天、入地、下海、登极”，地质科学在不断扩大其研究的时空范围，向未知的领域进军，实行学科的联合、交叉与渗透，用新的知识去认识和解决一系列资源合理利用与改善环境的科学难题。现代科学技术的迅速发展，推动了地质科学的进步，对地球的观测、探测、分析、模拟技术水平的提高，加速器质谱仪、同步辐射、移动式热红外谱等测试新手段的运用；金刚石大腔体技术和高速计算机的发展等，都是对地质科学研究向宏观与微观领域的延拓，提高观测研究的精度和水平，发挥了重要作用。正是在上述社会需求、科学自身发展和技术进步三大动力的驱动下，使地质科学进入了一个以建立地球系统科学知识体系为标志的新的转折时期，不但诞生了许多新的交叉学科，而且推动了地质学各传统分支学科的发展和进步，产生了许多新的学科生长点，涌现出一批有可能给社会和经济发展带来巨大推动的前沿性课题。这里，不可能全面论述和讨论所有这些学科领域的进展和前沿性课题，只挑选几个基础的学科领域予以简述。 1 矿物学研究的三个发展阶段? 矿物学的研究在20世纪有三次重大变革，先后经历了光性矿物学、晶体结构和晶体化学以及实验矿物学的三个发展阶段。60年代以来，矿物学研究引入固体物理、近代化学键理论以及矿物光谱、波谱、电子微束技术和实验合成方法，使矿物学研究发生了质的飞跃，跨入了“现代矿物学”或“高级矿物学(Advanced Mineralogy)”的阶段。1995年由Marfunin组织编写的《Advanced Mineralogy》是对20世纪矿物学发展新阶段的总结。当前矿物学的发展集中在晶体化学和晶体结构、矿物物理、高温高压实验和矿物材料四方面。90年代初，环境矿物学和信息矿物学也被提到研究日程。? 现代微束技术，尤其是高分辨透射电镜技术的发展，极大地丰富了矿物晶体化学和晶体结构的内容，而准晶体的发现则是对传统晶体学的一次猛烈冲击。准晶体中新发现的5次及高于6次对称性的存在，是80年代晶体结构研究领域一个重大突破性进展。1985年，一种类似足球的C 60 分子被首次发现，不久又发现了C 70、C 80 、C 240 、C 540 等庞大家族。这是80年代晶体学领域又一重大突破性进展，开拓了一个新的矿物学研究领域。? 矿物物理学是应用量子力学、量子化学和固体物理的基本理论和最新实验技术来揭示矿物学中有关矿物结构、组成、物理化学性质和成因规律的一门科学，矿物谱学是矿物物理学的最重要组成部分。大量的谱学方法，如可见—紫外吸收光谱、红外光谱、激光拉曼光谱、顺磁共振谱、核磁共振谱、穆斯鲍尔谱，特别是固体魔角自旋核磁共振谱和以同步幅射加速器为光源的外延X射线精细结构谱和X射线吸收近边结构谱等的应用，推动了矿物物理学飞速的发展。扫描隧道显微镜和原子力显微镜的出现，是对矿物表面研究的重要突破。? 实验矿物学除通过高温高压实验探索矿物和矿床的形成条件外，20世纪70年代以来，最重要的突破性进展就是金刚石压腔的应用。目前产生的最高静压已超过500 GPa，达到了相当于地核的压力。由于技术上的突破，现已查明地幔过渡带和下地幔存在的矿物相。美国地球深部合作研究委员会于1994年提出了“地幔的矿物学模型”。陨石冲击熔脉中最近发现了多种地幔过渡带和下地幔的高压矿物等类型，为地幔矿物学模型的修改提供了新的依据，推动了高压矿物学的新分支——“动态高压矿物学”的形成与发展。? 矿物材料学是60年代才逐渐形成的，压电石英和II型金刚石的广泛应用推动了无线电电子学和半导体材料的迅速发展。非金属矿物的利用近30年来有了突飞猛进的发展，其产值从1950年的407亿美元增长到1980年的1580亿美元，预计2000年将达到2 000亿美元。经济发达国家的非金属矿产产值已大大超过了金属矿产的产值。近年来，以石英为主要原料的光导纤维的利用，导致电讯工业的蓬勃发展。? 环境矿物学是90年代初刚刚兴起的矿物学分支学科，其内容之一是研究污染环境的矿物；二是研究能用于治理环境的矿物；三是研究矿物在受到污染的环境中的风化、损伤过程及灾害的防治对策。特别是利用矿物表面活性、超细效应、晶体结构特性等来处理有毒物质，具有净化环境和修复环境的功能，受到愈来愈多的矿物学工作者的重视。估计今后20年环境矿物学将会有突破性的进展。? 信息矿物学是随着计算机技术和信息科学的发展于近年内才出现的一个研究方向。信息矿物学是“数字地球”的重要内容之一，未来20年内有望得到长足进展。 通过对西藏地质的学科研究，发现了一些具有重要意义的矿物。80年代在蛇绿岩豆荚状铬铁矿中找到金刚石，还发现八面体蛇纹石假象，它是橄榄石蚀变物，因此确定矿床为深部地幔成因。此外还找到MgSiO 3—钙钛矿（Perovskite）、斯石英(Stishorite)等的线索，体现了一种深部环境。加强我国如西藏高原的矿物学的研究，可能会发现更多的深部地幔矿物的信息。 2 岩浆岩研究的进展? 岩浆岩又称火成岩是组成大陆地壳的主要岩石，而花岗岩类则是早期岩浆岩石学的主要研究对象。近30年国际上关于花岗岩的研究大体上经历了三个里程碑时期：1974年，澳大利亚Chappell 和White根据花岗岩的成岩物质来源将花岗岩划分为I型和S型。其后不久，徐克勤又将花岗岩进一步划分为4个类型和9个亚型，在国际上引起很大反响。1979—1993年，英国的Pitcher将花岗岩的研究与构造联系起来，提出花岗岩成因的构造环境分类，Pierce在此基础上又提出花岗岩构造分类的地球化学判别图，引用者甚众。现在有关花岗岩的研究进入了第三个里程碑时期，由于国际大陆动力学计划的提出和实施，赋于花岗岩研究以新的活力，标志是将花岗岩的形成与壳幔作用联系起来，这将是21世纪前20年重点研究的问题之一。? 当前，对花岗岩的特征有如下基本认识：①花岗岩基本上是经过地壳重熔，在广泛的温压条件下由多种地质作用相互制约而形成的，大体上可用重熔实验来模拟；②花岗岩实际上可能是一种地壳来源和地幔来源之间的连续谱系，由于不同来源的混合程度有别及经历的过程不尽相同，造成了花岗岩类岩石的多样性；③导致地壳熔融形成花岗岩浆的过程中，地幔提供的热能起了十分重要的作用；④由于热流传递机理不完全相同，花岗岩可以分为以热流传导体制为主的超变质作用型(混合花岗岩)和以热流对流体制为主的深熔型(花岗岩)两种类型，在一定条件下它们之间也可以相互转化；⑤ H2O及其它挥发份对花岗岩浆的物理性质和状态、化学性质有重要影响，因而也对花岗岩浆的形成起重要的控制作用；⑥花岗岩的形成同它所处的构造环境有密切的联系。? 20世纪80年代以来，我国在包括花岗岩在内岩浆岩石学研究逐步走向与国际接轨，岩浆岩石学研究与其它学科交叉渗透，形成三个新的学科生长点：一是岩石大地构造学，着重研究岩浆作用与大地构造背景的关系，重建构造—岩浆的时空格局，代表性的著作如：Tatsumi & Eggins (1995)的《Subduction ZoneMagmatism》和Pitcher (1993）的《The Nature and Origin of Granite》；二是岩石地球化学，以大量主元素、微量元素和同位素地球化学为基础，研究岩浆岩的成因和演化，代表性著作如：Wilson (1989) 《Igneous Petrogenesis》；三是岩石物理化学，模拟岩石的部分熔融作用和岩浆的结晶分异作用，重现岩浆的产生和结晶过程，代表性著作如：《Petrogenesis and Experimental Petrology of Granitic Rocks》。? 近20年来，我国在岩浆岩特别是在花岗岩、地幔岩以及区域岩浆岩与成矿三方面的研究取得了突破性的进展。近年来，花岗岩的研究进入一个更深的层次，着重研究壳—幔作用及其对花岗岩形成的影响，出版了一批有影响的高水平成果。? 考虑到国际岩浆岩研究动向及我国的具体情况，21世纪的前20年的重点发展方向应围绕大陆动力学这个优先领域，开展“岩浆系统”与“火山系统”的深层次研究。除注意壳—幔边界反应外，更需要注重岩石圈底部与软流圈界面的反应动力学研究。采取有限目标，重点放在中国东部和青藏高原周边等地区。例如可优先考虑中国东部中新生代岩浆—火山系统与地幔动力学、地幔柱构造与大火成岩省(LIP)的成因、碰撞造山带构造—岩浆—成矿作用等研究项目。 3 铁镁—超铁镁岩研究的重大进展? 20世纪地质学家在花岗岩类的研究方面取得重大成就的同时，在镁铁—超镁铁岩类的研究中也获得了突破性进展。这是因为研究这类岩石能获取大量有关大地构造、地球形成演化、大洋成因以及一些特殊的矿产形成方面的信息。? 60年代，M. T. Viljoen和R. P. Viljoen兄弟证实有一种高镁质熔浆的存在(MgO质量百分含量为20%~30%)，打破了20世纪上半叶关于超镁铁质熔浆激烈争论的局面。由于发现了科马提岩(Komatiite)，公认有超镁铁质岩浆存在。1967年，以Wyllie为代表的地质学家结合岩石形成的构造环境，将镁铁—超镁铁岩做了分类，分为：巨大的层状辉长岩—苏长岩—橄榄岩侵入体、镁铁质岩床和超镁铁质侵入体、同心状纯橄榄岩—辉长岩体、阿尔卑斯型蛇绿岩、环状碱性—超基性岩体、金伯利岩、超镁铁质岩流、玄武岩中的包体等。? 蛇绿岩概念的建立是20世纪岩石成因研究的重大进展，早期人们曾把褶皱带中的蛇纹岩、橄榄岩、辉长岩、细碧—角斑岩、玄武岩和放射虫硅质岩归类为蛇绿岩(Steinmann,1926)，认为它是优地槽中的岩浆体。1972年起地质学家认同了Penrose国际蛇绿岩会议定义的蛇绿岩新概念，将大陆上的蛇绿岩剖面与大洋壳对比，认为蛇绿岩是古大洋壳残余岩块。这一新概念大大推动了大陆地质学、大地构造学的研究。 榴辉岩虽然很早就被发现，但直至1982年于法国召开第一届榴辉岩会议后，才被大多数人所重视。我国于50年代在山东和大别山发现了榴辉岩，至今仍是研究的热点。对榴辉岩成因的争论集中在它是板块下插和回返的超高压岩石，抑或是下地壳或上地幔的岩石。榴辉岩属高压成因早被人们所注意。20年前在南乌拉尔Maksutov杂岩中发现柯石英假象，1986年在挪威榴辉岩中也发现柯石英这种标型高压矿物，近年来又在榴辉岩中发现了金刚石(Sobolev,1990;Xu,1992;Yang等, 1998)。? 为了对地幔有更多的了解，20世纪中期以后岩石学家对广布在世界各地的玄武岩和金伯利岩中的橄榄岩类包体进行了大量岩石学、地球化学和矿物学研究，其结果认为岩石包体来自上地幔，深度在10~200 km以上，岩石类型繁多。无论在玄武岩、金伯利岩深源包体抑或蛇绿岩和大洋橄榄岩中，超镁铁矿物橄榄石和辉石都见有蠕变(流变)结构，显微结构观察结果与实验吻合，表明上地幔具流变性质。研究表明，橄榄岩尤其是蛇绿岩中的橄榄岩，是原始地幔局部熔化抽出玄武岩类熔体后的残余物。 新技术的运用深化了人们对高温高压地幔岩的矿物相的了解，自金刚石压腔技术发明以来，超高压和高压实验几乎可以模拟地核压力。最有意义的是有关Mg 2SiO 4的相转变研究，在17 GPa和900 ℃条件下，橄榄石Mg 2SiO 4转变为尖晶石，比重增加了1％。现在实验证明下地幔的物质结构主要为钙钛矿结构的Mg 2SiO 3、斯石英、方镁石及少量富铝和富钙相矿物。? 据对越来越多的地球深部岩石样品的分析，估计地幔主要组分及其每100克含量为：SiO 2（45.0~46.2）、MgO（35.5~38.3）；Al 2O 3（3.3~4.8）、CaO（3.1~4.4）、FeO（7.5~8.4）。 与镁铁、超镁铁岩石相伴生的有重要价值的矿产，哈萨克斯坦蛇绿岩中发现了豆荚状冶金级铬矿，矿石储量超过1亿吨，远景储量在10亿吨以上；在西伯利亚与暗色岩系伴生的镁铁—超镁铁岩(苦橄岩类)中发现大型铂矿床。我国金川大型镍矿，攀西层状钒钛磁铁矿，都是20世纪发现的与镁铁—超镁铁岩有关的重要矿床，在西藏也找到了我国最大的铬铁矿床。 镁铁—超镁铁岩在研究地壳深部物质结构、地球成因和大地构造方面有着不可替代的作用，近20~30年来一直是研究的热点。今后若干年它仍将是地质学家研究的重点，特别是壳幔物质的相互作用与深部过程、中国西部造山带榴辉岩和蛇绿岩的形成以及侵位动力学等方面的研究将得到加强。 4 变质岩及变质作用研究的进展 变质岩和变质作用是地壳深部在壳幔相互作用下，受深部热流影响而发生的岩石(包括洋壳)的固体重结晶直至部分重熔的调整作用，属于当代地壳动力学研究范畴。 20世纪，变质岩及变质作用的研究可分成3个阶段。50年代以前可看作是学科形成阶段。主要工作是变质作用分类、变质带(barrow)、变质相(eskola)及矿物相(goldschmidt)的建立，变质反应实验的引入。在应力和形变方面，由于经典的比利牛斯山脉（Pyrennes）地区的工作(Zwart)开辟了对变质作用构造幕(phase)的追踪。这一阶段初步建立了以平衡热力学为理论基础的分支体系。但由于地质观察的局限性及理论上一定的束缚，把变质作用看成是深度带的反映，把它的发生和发展过程看作是一个没有时间量纲的稳定状态，不能反映其客观的内在规律。? 1960—1980年的研究可称之为向动态转变的过渡阶段，以变质相系的研究为代表(Miyashiro)，通过对各个变质相的研究，总结出它们的温度—压力梯度(dt/dp)，梯度的不同和改变可形成一系列变质相系列变化，并可随大地构造环境有所变化。这一研究初步引入了热源传导体制是变质作用主因的概念，时间量纲成为一个主要控制因素。但在具体描述变质作用发生的轨迹时仍遵循着没有时间变数的地热梯度曲线，未能摆脱原有的稳定状态的观念。在此期间，由于大力开展变质反应实验，建立了地质温压计学(geothermobarometry)。同时在高压测定技术方面也有突破，解决了榴辉岩相的高压问题，并进一步扩大了榴辉岩相超高压问题的研究。同时加强了变质地区应力和应变的研究，尤其是在显微构造分析方面，把变质演化过程中的结晶和形变联成一体，划分出变质事件和变质阶段，深化了变质作用历程中它们所起作用的认识。 1980年以后可称为转型阶段。在进一步综合的前提下，从以稳定状态为基础的热力学理论体系转向一个以时间为量纲的热流传递理论为基础的动力学体系。可用变质作用的P-T-t轨变研究为其代表(Oxburgh, Richardson, England,Thompson, Spear等)。初步建立了热流传导机制和造山带中地壳加厚的模式，建立了P-T-t的理论模拟和地质观察模拟，从静态的P-T研究转向以P-T-t量纲为坐标系的热流传递的动态研究，并进一步把热流的扰动和大地构造的扰动相联系，找出它们之间的相应关系。地质观察模拟也不断地把变质作用的轨迹通过显微构造分析、数学解析的微分热力学(differential thermodymamics) ，把地质温压计的P-T计算从单一点发展为连线的相对温压计学，并通过微区的同位素年龄为形成一系列的观察模式的理论模式铺平道路。此外，区域性的变质作用的编图在世界范围得到开展，在变质作用类型与区域性大地构造演化上提供了若干有价值的信息。? 在我国，80年代以后在大量区域地质调查资料基础上，进行了全国范围的变质作用的区域总结和1∶400万变质地质图的编图，对我国的变质作用类型的基本特性，时空分布以及与大地构造环境的联系，做出了较明确的阐述。在华北、扬子、大别、苏、鲁及部分秦岭、祁连等地区进行了变质相、相系及其与大地构造联系的地质温压计学及P-T-t轨迹专题研究，从地球化学图解探讨了其与大地构造环境的联系。其中如中条山和冀东太古代变质作用的研究，大别山、苏、鲁地区超高压变质作用的研究以及扬子、祁连、新疆蓝片岩带的研究等，为世界所瞩目。? 变质作用研究经历了一个从地质观察为基础的定性描述到定量定位，从经验等同性到基础理念的引入，从静止状态的基础理论到以时间量纲的热流传递理论为基础的动力学方向的发展过程，是推理和地质实际间不断反馈的结果，扩大其原有的范围。实验及以它们为基础的岩石、矿物、地球化学元素的共生组合伴随着演化中的显微构造、结构分析的研究起着重要的纽带作用。? 目前P-T-t轨迹的研究仍处于起始阶段，但它的发展将把岩浆—变质—构造的三位一体组合的古老命题在热流传递机制理论中得到深入阐述。变质岩及变质作用的重大课题如前寒武纪麻粒岩区的变质作用、高压相系及超高压变质作用的发生和发展、高压及超高压上升时的移(对)流机理的研究都将有重大突破。? 21世纪我们要打好基础，在一些重点地区坚持长期深入研究，同时要建立较高水平热力学实验室及化学反应动力学实验室；做好P-T-t研究，力争在前寒武纪麻粒岩区理论和观察研究方面，以及在伸展构造和造山带的变质作用由传递体制转向对流体制花岗岩的研究上有所突破。 5 沉积学和沉积盆地研究的进展和发展趋势 早期的沉积岩石学是建立在野外的直观观察描述以及古今对比的经验总结的基础上的，对沉积岩只有初始的表面认识。50年代末至60年代初，由于引入了泥沙运动力学的理论，碳酸盐岩机械沉积的观点得到公认，才有了沉积学的理论，科学的沉积学得以建立。板块学说的崛起使古地理研究不得不考虑移动的大陆和陆块对沉积作用的影响，特别是古地理的再建。盆地充填作用中的构造因素、沉积动力学、成岩成矿理论、碳酸盐沉积和重力流的理论都成为科学的沉积学的理论支柱。? 70年代末，在全球变化研究的背景下，层序地层学、事件地质学、天文地层学的出现和新灾变论的崛起，以及板块构造对沉积作用及古地理演化的深刻认识，推动了沉积学和岩相古地理学的发展，形成了新的分支学科和研究生长点，到80年代趋于成熟，使沉积学进入另外一个里程碑时期。80~90年代形成了沉积学或沉积学与其它学科交叉的研究热点，其中最瞩目和影响最大的是层序地层学、盆地分析和地质流体的研究。? 层序地层学被认为是20世纪后期出现的沉积学和地层学的重大进展，它事实上是沉积学、地层学与地球物理学科交叉、渗透的结果。1977年Vail等利用地震资料所解释的界面作为划分层序的依据，并把层序的成因与全球性海平面变化联系起来，提出了著名的海平面变动曲线。由于它涉及的是海平面所产生的全球同时性沉积问题，有可能成为划分地层、定年和解释沉积成因的有效方法，因此受到地质学家的极大重视，同时也引起了强烈的讨论。关键问题在于如何估计区域构造沉积作用的影响。层序地层的主要研究内容是识别层序界面和划分层序，经典的层序地层学以地震地层学为基础，在层序界面性质的识别和地质解释上存在一定局限性和不足，而后来发展起来的露头层序地层学能够在生物群落、沉积相等方面详细研究，显得更为完善。? 高分辨率层序地层学概念首先由Posamentier等(1991)和Ross等(1994)提出，以三维露头、岩芯、测井和高分辨率地震反射剖面资料的分析为基础。它作为一次海平面升降旋回的沉积响应，分级单位仍是层序。通过有限的盆地内地层对比，可精确预测沉积相几何形态及其变化，并可应用于陆相地层。高频层序地层概念由Wagoner等提出，相当于Miall等(1990)和Posamentier等(1982)的4~5级甚至6级旋回，周期为0.01~0.6 Ma,为米兰科维奇驱动的气候和高频短周期海平面变化的综合产物，属行星轨道参数(偏心率、偏度和岁)不规则旋回层序。? 从70年代的地震地层学到80年代的层序地层学提出建立等时地层格架并成为沉积体预测的有效方法，推动了古海平面变化的系统研究，层序地层学已被国际石油界做为地层等时对比和储集体预测的权威性工具。? 沉积盆地是能源和许多沉积、层控矿床形成、聚集和蕴藏的宝库。70年代人们从板块构造理论重新认识盆地的成因及其与板块格架的关系，重新识别和划分了沉积盆地的沉降机制及其与油气聚集的关系，Dickinson的成果(1974、1976)可作为代表。盆地形成过程的研究包括盆地成因机制、盆地沉降的动力机制、区域构造背景、盆地沉降与沉积补偿的关系、盆地与周围地质的古地理环境、沉降中的热动力作用、盆地的垂直和水平变形历史以及成盆过程，烃源岩、储集岩、盖层和圈闭的发育等。? 90年代初Dickinson指出，当今研究应该由盆地的类型转向盆地形成演化动力过程的研究。1997年美国地球动力学委员会(VSGC)编写了具有先导性的纲要“盆地动力学”，突出了流体动力学研究，在盆地形成的动力背景上不仅研究板块构造格架，而且考虑地幔动力学背景。按照盆地形成机制提出的地质—地球物理模型而发展起来的定量动力学计算机模拟技术使盆地的研究进入一个新阶段，历史地、定量地再现盆地演化的沉降、充填、热演化过程。这些方法已在基础研究和石油地质勘探工作中广泛应用，使盆地研究方法更为现代化。? 近年来与沉积盆地研究有关的研究热点是盆地流体与成藏和成矿作用。盆地流体研究在许多国家已成为最活跃的领域，除了众所周知的油气资源以外，在金属矿床成矿作用方面成矿流体动力学已成为核心研究问题，而富含烃类的盆地热流体的成矿作用也是关注的焦点；在盆地性质背景下对水的动力学研究也有很大发展。当前有关盆地流体的研究集中在盆地的流体循环系统及其驱动机制；盆地流体的成分、性质及其与岩石的相互作用、地质流体的识别、追踪技术与定量动力学模拟；流体输导系统及渗流动力过程；以及流体与成藏和成矿系统的关系研究等。? 综上所述，沉积学的发展有以下特点：①从局部的地区性研究发展到全球性研究；②由于学科交叉渗透形成了新的学科分支及研究热点，能在更深层次上进行起点高、难度大、科学意义明显的研究；③已成为与当代人类活动的三大基本问题——人口、资源、环境密切相关的研究问题。21世纪初的沉积学仍将沿此方向发展，重点应考虑：①大陆动力沉积学：特别是造山带的大地构造背景下古地理、沉积相、沉积过程、地层格架、层序与充填系列、流体作用与盆山系统形成演化的耦合关系。由于青藏高原所处的重要地位，要研究高原隆升与沉积响应、盆—山转换与古地理变迁、盆地充填与层序等；②沉积盆地分析：包括盆地深部结构及与地幔对流系统的关系，建立不同构造体制下盆地形成演化的动力模型、盆地流体系统、盆地充填中的古气候、古环境和古海洋记录以及油气成藏和层控矿床成矿系统；③全球变化沉积学：包括气候历史的高精度再造、海平面变化、米兰科维奇旋回、非轨道力驱动旋回、温室—冰室气候、季风系统的动力过程、湖泊沉积与环境演变；④资源沉积学：重点应是成矿与盆山耦合、资源与环境生态的关系；⑤传统的沉积动力学和古地理学仍应是基础，但应注意学科交叉、引进，采用新技术，更新观念，培育新的学科分支和生长点。 6 多重地层分类与地质年代学研究的进展 以第1届国际地质大会(1878)所通过的国际标准地层表与20世纪末出版的国际地质年表相比，前者只是一个雏形，而后者则较为完整化、精细化了。变化主要有以下两个方面： 一是多重地层分类，即按地层的不同内在属性进行不同分类。目前被广泛使用的有以下5种分类：? （1） 岩石地层：按地层的岩石特征分类，其单位为群(Group)、组(Formation)、段(Member)、层(Bed)。世界各国均已以地层典(Lexicon)形式出版本国岩石地层汇编。我国也于90年代后期分别出版了中国各纪地层典10余册和区域岩石地层汇编约40册。? （2） 生物地层：按地层的化石内容分类。其单位为各种类型的生物带(Biozone)。目前已建立供全球对比性的生物带达数百个，中国学者在古生界—三叠系生物带全球对比方面有一定地位。? （3） 磁性地层：按地层的剩磁极性分类。其基本单位为正、负、极性带(PolarityZone)。目前已建立二叠纪—石炭纪超时以来的全球磁性地层表。其中，中生代晚期及新生代磁性地层在划分对比中有重要作用。? （4） 年代地层：按地层的地质年代分类，其单位为宇(Eonothem)、界(Erathem)、系(System)、统(Series)、阶(Stage)、亚阶(Substage)。? （5） 不整合界定地层：按不整合面分界的地层序列。原来以Synthem(序)为单位，但应用不广。目前广泛应用的是层序地层，其基本单位为层序。(Sequence)中国地层指南正式应用层序地层单位。? 二是地质年代学(Geochronology)和层型(Stratotype)的建立。后者致力于树立全球层型剖面和点(GSSP)，作为年代地层单位和界线的全球对比标准。目前大部分系的界线GSSP已经确立，正向统和阶扩展。区域性的层型建立亦在进行。前者利用同位素测年技术测定地层单位或界线的年龄，并利用内插法确定未测定地层的年龄，从而建立起整套地质年代系统(表1)。我国学者建立的二叠系—三叠系界线、乐平统(上二叠统)及其再分吴家坪阶与长兴阶、奥陶系Darriwolian阶底界等均已获得国际地层委员会或其分会通过，成为或正在成为GSSP。在鞍山测得38亿年的陆壳岩石被公认为是世界最老陆壳之一；在长兴测得的2.5亿年龄值被公认为是全球古生代、中生代界线年龄值。 7 构造地质学研究发生了革命性变化 板块构造造山理论的兴起在60年代迅速取代传统的槽台造山学说，使得造山带结构、组成、演化动力学研究取得长足进步，出现了“大地构造相分析”方法和“薄皮构造”、“厚皮构造”、“双重推覆构造”、“科伯构造”等新概念，大大深化了19世纪奠定于阿尔卑斯造山带研究所刻画的推覆体构造等经典构造样式。此外，马托埃(1980)提出的“构造层次”对筛分造山带的变形构造、恢复变形机制及探讨与造山带的演化关系等起到了高度概括作用。 70年代北美盆岭省大型伸展构造的认识(Devis，1979)使大陆造山带伸展构造研究成为构造地质学关注的热点，先后涌现出“变质核杂岩”、“拆离断层”、“滑脱带”等新概念，大大促进了构造学家对造山过程的认知过程。造山带伸展构造研究具有全球普遍意义，不同地区不同时代的造山带几乎都发育有伸展构造，如南非Barberto太古代花岗绿岩带、欧洲加里东和华力西造山带、中国大别秦岭、北美科迪勒拉及特提斯—喜马拉雅带等，伸展构造的研究还与造山过程、岩石圈的大规模减薄与软流上涌等深部事件密切联系，强调了伸展构造在固体地球层圈演化中的重要作用。? 随着观测技术的提高，构造地质学家在解剖宏观构造的同时向微观及超微观领域迈进。Sander(1930)创立了借助光学显微镜研究岩石组构的岩组学，对分析构造变形的运动学和动力学特征起了一定的促进作用。而Goctze（1975）则将金属物理学中推算金属变形时应力大小的理论方法引入构造地质学中，对恢复岩石变形时的古构造应力场提供了一种新方法。透射电镜技术的应用不仅发现了位错、动态重结晶等超微构造，捕捉到诱发岩石韧性变形的机制，而且为定量估算古应力值提供了一种手段。显微(超微)构造地质学的发展也大大推动了地质学家对宏观构造变形机制的探索进程。? 虽然早在19世纪末Claugh(1897)就提出了韧性断层的概念，但直到20世纪70年代Ramsay和Graham（1970）才系统介绍有关韧性剪切带的研究成果。1979年巴塞罗那国际剪切带会议促使代表强应变带的韧性剪切带的研究迅速在全球推广，并与造山过程、深部构造、流体作用、变质作用及大型金矿成矿作用的研究相结合，取得了突破性进展，深化了地质学家对造山动力学过程的认识。其中，“洋内型”、“俯冲型”、“仰冲型”、“碰撞陆内会聚型”韧性剪切带的识别极大丰富了板块造山理论的运动学和动力学过程细节，并为创立全新的大陆动力学理论提供了造山变形行为分析的重要基础。? 20世纪后半叶也是构造地质学从定性描述向定量刻画转变的时期。Ramsay(1983)系统总结了运用变形几何学理论进行三维应变分析的“有限应变测量”理论和方法，对认识变形构造的几何学特征、分析变形机制、解剖造山过程中的应变状态、探索地壳运动方式等起到了积极作用。而平衡剖面制作技术的出现(Dahlstrom,1969)则使定量估算造山带的缩短量成为现实。此外，近年来兴起的GPS定位测量技术和裂变径迹测年技术的运用，在定量确定大型块体或大型断裂构造的水平位移或旋转、现代山脉的隆升速率和古山脉中新生代以来的隆升等方面取得丰硕成果，使构造地质学的新增长点与人类生存和活动紧密联系，为人类社会可持续发展提供了有价值信息。? 总之，20世纪的构造地质学发生了深刻的革命变化，在从宏观到微观—超微观、从局部到全球，从定性到定量，从描述到理性思维，从单一学科探索到跨学科交叉等方面都取得了长足的发展，预计构造地质学发生重大理论创新时代即将再次来临。我国构造学家应抓住机遇，为新理论的诞生作出贡献。 8 板块构造学与大陆动力学研究的新进展 板块构造学是固体地球科学有史以来最伟大的学术成就，被誉为一次全新的革命，其特点是全球化的演化史观，以地壳和上地幔构成的统一均一的刚性岩石圈在其下部软流圈之上运动，属球面刚体转动规律，从而认识到了地质演化史实。? 50年代中期，对世界大洋底部测深研究发现，贯通全球大洋有高出洋底约2km的中央海岭，连绵总长达6万km以上，在海岭轴部洋中脊均有一纵向张性地堑型裂谷，当时被认为是地球膨胀痕迹。1961—1962年新的学说重新解释了大洋盆地的形成过程，认为在约200 Ma BP的有限时间段内，地球体积基本不变，而中下地幔高镁铁物质沿原始脆弱带上隆而发展形成为中央海岭的新生洋壳，因侧向扩张而使两侧岩石圈体向外漂移，当遇到块体时或发生碰撞造山或洋壳俯冲消减，其增生和消减总量基本平衡相等。这种运动边界已由地震震源分布特征所证实。? 这一假说极大地吸引了地质学家和地球物理学家为此进行努力探索。1963—1964年首先在印度洋中央海岭裂谷带两侧测得岩石古地磁极性倒转异常条带随时间有序排列，从而证实了中央海岭新生地壳向两侧扩张过程，这也很快从深海钻探的沉积物的时代及其古地磁测定所印证，并据此编制了世界洋底地磁极性异常条带图，它无异于一幅洋底地质图。1965年，由大洋新生洋壳区清晰的断裂系提出了转换断层这样一种新的构造类型，认为是刚性岩石圈在球面转动的轨迹，并提出北美西岸圣安得列斯走滑平移断层属转换断层，它把东太平洋中央海岭切断并被位移至温哥华岛外侧的旺德富卡的最大胆观测，且在当年即被成功地探测证实，转换断层的外延还认识了三联分叉，从而使全球岩石圈块体运动可定量描述，并推算出块体运动的转动(欧拉)极点。与此同时，在大陆地质研究中也确认了这种基本演化，如鉴定出因岩石圈块体漂移而被推挤到大陆造山带中的残余洋壳蛇绿岩套、混杂堆积和大推覆冲断薄皮构造系等，以及陆壳增厚造山过程。这些重大成果于1967—1968年促成了世界六大板块的划分，确立了板块构造学基本原理。至于板块构造运动的驱动力则仍在探索认识过程之中。? 20世纪70年代，板块构造学说被用来解释大陆构造，Dewey等用大陆碰撞作用分析了阿尔卑斯、喜马拉雅和阿帕拉契亚造山带的形成；毕庆昌则首先研究了大陆与岛弧碰撞造山作用。80年代中期，一门新的分支学科——碰撞大地构造学应运而生。至此，板块会聚作用取代地槽回返，成为造山带形成的唯一机制。90年代初许靖华提出了大地构造相，解决了造山带构造单元划分问题。? 90年代也是大陆构造研究的大发展时期。造山带的冲断构造、走滑旋转构造与伸展—侧向涌出构造得到深入研究；大陆碰撞增生得到确证；造山带超高压变质岩的折返机制得到深入探讨；蛇绿岩的多种成因也得到了共识。在此同时，罗迪尼亚大陆作为中—新元古代的超大陆，成为全球构造演化的重要课题。国际岩石圈委员会启动的沉积盆地成因任务组的研究，以潘诺尼亚（Pannonian）盆地为天然实验室，带动了各种大地构造环境的盆地成因和山—盆耦合研究，并通过岩石圈挠曲模式，论证了盆地形成的动力学机制。? 世界各大山脉包括我国的各山脉的研究，进一步阐明了漫长地质历史时期中板块活动的历史，同时也显示出山脉的复杂构造地质特征。新一代的各种空间尺度的大地构造图相继出版。研究表明，青藏高原是由欧亚大陆南缘而产生的。印度板块向欧亚板块之下的俯冲，使青藏高原不断隆升，并产生青藏高原的巨厚地壳。由中美合作在西藏进行的INDEPTH项目获得突破性成果，发现一条从雅鲁藏布江以南发生的第一个俯冲带；在深15~20km发现熔融层，系印度板块沿上述俯冲带向北俯冲产生熔融所致；确定缝合带南北地壳增厚方式，提出雅江南北基本上为上地壳逆冲叠覆、下地壳挤压，分层以不同方式增厚模式。新疆北部山脉和秦岭山脉的形成均代表了复杂的板块构造活动历史。? 80年代中期以来，相继在阿尔卑斯西段、哈萨克斯坦的科克切塔夫（Kokchetav）地块、大别山、挪威西部片麻岩区和德国厄尔士（Erzgebirge）等地的超高压变质岩中发现了柯石英、金刚石和石榴石中的a-PbO 2型的TiO 2,表明陆壳岩石向下俯冲至少130 km。? 板块构造学以突出空间演化的全球视点取代了百余年来以地槽学说为主的研究史，极大地改变了以地球自转为机制的大陆漂移说。随着观测手段现代化，如卫星重磁测量、对地观测、地球自转轴摆动、实时的GPS测量和高温高压实验模拟等都证实了板块构造基本原理的科学性和判别精度，也成为大陆地质学研究中的古大陆再建的基础。90年代初提出的大陆动力学对板块构造研究的重要性，如认识地球系统与大陆的相互作用、大陆变形成因、大陆离散和超大陆拼合成因、太古/元古古大陆保存至今的机制、深部物质及其运动与浅部关系的响应、盆地成因、岩浆侵位机制、地幔热柱动态等。此外，强烈活动的固体地球自身物质的交换循环与水圈、大气圈的相互作用，以及对当今全球变化的贡献和影响评价，都是21世纪板块构造学中有待探索的重大新课题。同时，建立重点区段实地观测实验室，更是未来固体地球科学研究现代化中不可或缺的重要组成。? 20世纪对大陆构造的主要构造单元——山脉和盆地的构造几何学与运动学研究，虽已取得突破性进展，但是它们形成的动力学研究尚属起步阶段。岩石圈的有效弹性厚度研究，有望能解决动力学问题，但有待于若干参数，特别是大陆热流性的精确测定，才能建立可信的模式。? 还有一个构造隆升与全球气候变化的问题，在20世纪后半叶国际上开展了全球性山脉与高原隆升与气候变化关系的研究，对于青藏、东非、南美高原新生代隆升对气候的影响进行了数值模拟；研究了隆升对风化、剥蚀、沉积作用，对大气环流、大洋环流、大洋中Sr、Os、O同位素以及碳循环影响。所取得的共识是50 Ma BP以来，全球气候有3次(36、15、1.6 Ma BP)突然变冷，而总的变化趋势是逐渐变冷，总体上与山脉、高原隆升有关。地表的隆升受地壳厚度增大控制，在目前，古代地表的地质标志和地壳厚度的演化仍是没有得到解决的问题。这两个问题在构造隆升与气候变化关系研究中是不可回避的，应是研究工作中首要的基本问题。?
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楼主: 小狼主
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雷达卡
发表于 2014-4-28 09:40
显身卡
