科学网—向中国大地构造学派致敬
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2024-7-17 13:36
| 个人分类: 大陆漂移 | 系统分类: 科研笔记
向中国大地构造学派致敬
梁光河
大地构造学是地球科学的上层建筑和宪法，是地质构造运动发展的规律性宏观描述。地质力学、断块构造说、地洼说、多旋回构造、波浪状镶嵌构造学说是我国老一辈地质学家对我国大地构造特征的总结，被称为“中国五大地质构造学派”，除此之外还有 “ 重力构造 ” 学派。因此可称为“中国六大地质构造学派”，它们都有各自的优缺点，优点是针对性强，结合中国大陆地质构造具体问题具体分析，特别是由“重力构造”发展出来的“开合构造”给出了大陆漂移的动力机制，与笔者提出的新大陆漂移动力模式具有异曲同工的观点。但中国大地构造学派也有显著的缺陷，它们大多是定性文字描述，缺少一个简单易懂的模式图，欠缺一个类似海底扩张和地幔对流的动力机制卡通图；更欠缺对于海洋地质的研究。
1 李四光 - 地质力学
20 世纪 40 年代，地质学家李四光在研究中国和东亚构造的基础上于创立了地质力学。主张用力学的观点研究地质构造现象，研究地壳各部分构造形变的分布及其发生、发展过程，用来揭示不同构造形变间的内在联系。认为地球的自转速度变化对地球上构造的形成起决定作用。当地球自转加快，地球表层就有由两极向赤道挤压的运动。同时，如果某些大陆部分粘在地幔上不大牢固，它们就会落后于地球自转速度增加的要求，或多或少地向西滑动。因此，地壳产生了纬向与经向水平错动，对地幔发生摩擦，起了好像 “ 自动刹车 ” 的 “ 车阀 ” 作用。并做了大量模拟实验工作，在地球仪模型上包裹软泥，模仿地球旋转，观察地球表层的构造变化。在合适的边界条件约束下，的确模拟出了 “ 山字形 ” 构造特征，并结合中国东部大地构造特征，给出了新华夏构造体系，且出版了相关专著和图册。但存在的问题是，在宏观尺度上，模仿的地球旋转过程中的旋转加速或减速，难以找到合理的动力机制。而“山字形”等构造特征的形成机制用大陆板块陆陆碰撞解释更为符合地质历史，因此在板块构造假说流行下，地质力学理论逐渐衰落。在中观尺度上，他提出走滑断裂拖动机制（齿条带动齿轮旋转）解释印支地块和东南亚歹字形构造特征，符合实际构造运动过程，也能合理解释印支地块的右旋和海南岛地块的左旋对偶运动过程。总之，李四光先生的地质力学是站在全球构造演化的角度看问题，虽然一些力学机制可能并不完美，但对一些中观尺度的地质构造演化规律的认识是正确的。
2 张文佑-断块学说
1974 年，中国科学院地质研究所张文佑教授提出了断块构造说。断块构造学说认为岩石圈固结之后，断裂活动就占据了主导地位。断块就是被岩石圈中不同深度的断裂及层间滑动断裂所切割成的块体，各块体之间在物质组成、构造滑动性和地质演化诸方面均有明显的差异。断裂块体分为 4 个等级，即岩石圈断块、地壳断块、基底断块和盖层断块。断块构造不反对板块学说的合理性的部分，认为板块构造学是在大量海洋地质资料基础上发展起来的，中国学者不具备这些资料，但我们拥有丰富的大陆构造研究的成果，断块构造的理论是基于大陆构造发展起来的。他反对俯冲机制，认为大陆深部的活化，岩浆活动有其自身规律，真正的动力来自大陆的深部断裂活动而导致的岩浆活动，大陆的扩张导致部分大陆向大洋仰冲，还可以导致大陆边缘的裂解。大陆内部有巨大规模的陆内岩浆活动，远离所谓的俯冲带，用消减模式不能解释。大陆裂解造洋，大陆拼合造山。断块学说强调地壳地幔的分层，不同层对应不同深度的断裂，不同深度的断裂围限不同级别的断块，不同级别的断裂活动控制不同层次的构造。深部控制浅部，基底控制盖层 ( 蔡新平 ,2019) 。不能机械套用板块理论到大陆构造。断块构造说强调块缘的形成与形变研究，因为它们是认识断块形成演化及其运动学和动力学的主要标志；同时也重视断块内结构不均一性的研究，因为断块内各种不均一地质因素，都可在同一区域应力场情况下导致断块内应力的分布形式和边界条件的变化，使断块内应变图像变得十分复杂。断块构造对中国大陆内部地震带的解释符合事实，地震带大多分布在断块边缘区域。
大陆聚合后，随着构造演化，在大陆内部会形成一系列不同尺度的断块，这些断块如果进一步发展，断离距离越来越远，就发展到地体构造和大陆漂移。因此断块学说是大陆漂移完整过程的一个初始阶段。总之，断块理论很有道理，但也不完善，主要是缺乏动力机制。特别是断块断离后的漂移动力机制没有给出合理解释。
3 陈国达 - 地洼学说
1956 年，中国科学院陈国达院士在总结中外地质资料的基础上提出了地洼学说，形成了发源于中国的国际地洼学派。地洼学说认为，在地壳演化史上，不只活动区可以转化为“稳定”区，而“稳定”区也可转化为新的活动区。大陆地壳的发展由地槽 - 地台 - 地洼。其大地构造性质既不是地台，也与地槽有别，而是一种新型活动区，故称地洼。
地洼学说主要是针对华北地台的构造演化研究而的得出的，华北地台在中生代以来经历了活化过程，从稳定的地台变成了活动区，最终形成了当前的华北新生代断陷盆地 - 地洼。这个过程换个说法就是目前流行的 “ 克拉通破坏 ” 。这事实上是一个造山过程和造山后的伸展过程。中国东部，包括华北和华南，在中生代首先经历了强烈的造山碰撞过程， 170Ma 左右阿穆尔地块从北向南漂移与华北碰撞，而东南亚以加里曼丹为主的地块组合从南向北与华南碰撞。西部在大西洋裂解的驱动下，欧亚整体向北东漂移，东侧是太平洋板块的阻挡。因此中生代早期在中国东部形成了一个强烈的挤压造山区域。在 135Ma 左右，整个欧亚东部特别是中国东部发生了造山后的伸展过程。这个过程延续到印度欧亚碰撞，在 65Ma 之后，中国东部在前期伸展构造基础上又发生了陆缘裂解，使得原来拼贴在中国大陆东缘的海南岛、日本、朝鲜半岛、堪察加等陆块发生了裂解漂移，形成了当前的地形地貌格局。陈国达先生指出 “ 陆缘扩张 ” 是新生代以来中国东部陆壳拉伸过程中的主要构造作用 , 并强调整个亚洲东部大陆边缘的形成都是由于陆缘扩张所致。这些描述都与事实相符合，但缺陷仍然是缺乏动力机制的描述。
4 黄汲清 - 地槽地台多旋回学说
1954 年，黄汲清院士在其著作《中国主要地质构造单位》中正式提出“多旋回说”。这是一种关于地壳演化规律的学说。该学说认为，一个地槽系的发生，发展到结束，不只经历一个而是若干个构造旋回（即多旋回），才逐步转化成褶皱系的。
这个过程也可以用地块的裂解和拼合旋回得到合理解释。褶皱系的形成可以用陆陆碰撞挤压褶皱造山得到解释，地槽系可以用大陆板块的裂解过程得到合理解释。因此地槽地台多旋回学说实际上反映的是超大陆聚合裂离旋回，从宏观构造演化规律讲，它无疑是一个正确的学说，但随着板块构造学说的兴起，这种以槽台学说为基础的多旋回学说逐渐淡出历史舞台。该学说也存在动力机制的问题。没有清晰地给出这些演化过程是什么力量驱动的？具体怎么驱动的？也没有给出一个动力机制模型。
5 张伯声 - 波浪镶嵌构造
1962 年，张伯声提出波浪状镶嵌构造说，这是一种阐明地壳的统一构造格局及地壳运动规律的假说。他认为，整个地壳的构造是由大小不同的地壳块体和大小不同的活动带镶嵌而成的复杂构造图案，称为地壳的镶嵌构造。同一级别的活动带与地块带相间分布 , 在构造地貌上显示峰谷起伏及疏密相间，并具有近等间距性，称为波浪状构造。
镶嵌构造说认识到地球表层的大地构造主要发生在地壳层次，是地壳层次不同块体的拼合过程，这种认识无疑是符合事实的。这个构造运动过程可以用地体构造的或大陆块体的漂移拼合来得到合理解释。镶嵌构造学说符合地质事实，因为大的大陆板块都是由多个陆块或微陆块拼合镶嵌构成的，但该学说同样存在动力机制的问题，地壳为什么会运动？为什么会镶嵌在一起？驱动其运动动力机制是什么？具体怎么驱动的？缺乏一个动力机制模型。
6 马杏垣 - 重力构造
上世纪 80 年代，马杏垣等基于野外观测到的低角度滑脱构造 - 提出了重力滑脱构造，认为重力作用导致岩石圈 - 软流圈重力失稳，会产生势能驱动全球板块的水平运动。但一次重力失稳难以解释板块大规模的水平运动。
杨巍然等在此基础上提出了 “ 开合构造 ” 学说，从形态学方面给出了大陆漂移的拼合以及分离过程，这个运动学特征和板块构造与大陆漂移一样。该学说也给出了动力机制，提出热能上升（为开）和重力势能下滑（为合）耦合是驱动大陆板块的动力。也就是说是热能和重力势能耦合产生的动能驱动大陆发生漂移，这个说法与我们的新大陆漂移动力机制是完全吻合的。但尚需一个类似海底扩张和地幔对流的动力机制模式图，来描述热能和势能是如何联合驱动板块运动的。
总之，中国大地构造学派的前辈们做了大量研究工作，他们的很多工作非常有意义，都有借鉴的价值，值得进一步研究发掘，而不应该被遗忘并淡出历史舞台。 特撰写此文 向他们致敬！
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