地質學研究的方法論

『壹』 科學家研究地球表面有哪些方法

• （1）野外調查 空間的廣泛性決定了地球科學工作者首先必須到野外去觀察自然界，把自然界當作天然的實驗室進行研究，而不可能把龐大而復雜的大自然搬到室內來進行研究。野外調查是地球科學工作最基本和最重要的環節，它能獲取所研究對象的第一手資料。例如野外地質調查、水系與水文狀態調查、自然地理調查、土壤調查、資源與環境調查等。只有針對性地到現場去認真、細致地收集原始資料，才能為正確地解決地球科學問題提供可能。

• （2）儀器觀測 儀器觀測是地球科學用來獲取研究對象的定性和定量資料的重要手段，通過儀器觀測可以了解到研究對象的各種物理、化學性質、參量的靜態特徵和動態變化，為科學的分析、推理提供了依據。儀器觀測為地球科學步入科學軌道提供了條件，例如16～17世紀氣溫、氣壓、濕度等氣象儀器的發明與創造，使氣象學逐漸發展成為一門完善的學科。現代高精度的常規與高空氣象儀器觀測仍然是氣象學的重要研究基礎。同樣，儀器觀測在水文學、海洋學研究中也佔有特殊重要的位置。儀器觀測對於現代地球物理學、地質學的地球內部研究，對於土壤學的研究特別是對於環境地學中的各種監測與評價，都具有極其重要的作用。在現場進行的儀器觀測也屬於第一手資料，除了科學工作者根據不同的研究目的在現場進行各種觀測外，人們還常常設立各種定點觀測台站，如氣象站、水文站、地震台站、環境監測站等，並通過大量的台站建立觀測網，以便獲得系統的觀測資料。

• （3）大地測量 這是地球科學中既古老而又發展迅速的一種重要研究方法，它在推動地球科學的發展中起了重要作用。早在古埃及和古中國的遠古時代，人們就藉助於步測及其它一些簡單的測量工具，進行土地規劃、地形與地理制圖、水利與工程建設等。到了近代，隨著測量儀器的進步，逐漸發展成為傳統的大地水準測量和大地三角測量。本世紀中葉發展起來的海洋測深技術（聲納）對於海洋學的發展和地質學的革命曾起了決定性的作用。近些年發展起來的激光測距、人造衛星定位系統（GPS）又給地球科學帶來了深刻影響。大地測量的方法對於地理學、地質學、海洋學、水文學及土壤學等的研究十分重要。

• （4）航空、航天和遙感技術 現代航空、航天和遙感技術極大地推動了地球科學的發展，成為現代地球科學不可缺少或不可忽視的重要研究方法。由於地球的空間廣大，要在短時間內獲取大區域的資料，特別是大區域的動態變化狀況，就必須充分利用航空、航天和遙感技術，如衛星雲圖、衛星遙感影像、航空照片等。航空、航天和遙感技術對現代氣象學的發展和進步起了決定性作用，成為其重要支柱。它們也是現代海洋學、地理學的主要研究手段，而且對於現代地質學、土壤學、水文學、環境地學等也發揮著重要作用。

• （5）實驗室分析、測試與科學實驗 這是地球科學中各門學科均普遍採用的研究方法，主要是從研究對象中取得所需的各種樣品或標本，然後在實驗室進行分析、測試，以便獲取物質成分、結構、物理與化學性質以及形成歷史等方面的定性和定量資料，並通過科學實驗分析和推斷其形成、演變過程、發展趨勢等。隨著科學的發展，地球科學中的實驗科學已有相當的進步。但由於自然過程的影響因素復雜，加之時間的漫長性與空間的廣泛性以及現代實驗技術水平的限制，在地球科學中有時很難進行與自然界一致的真實實驗。因此，地球科學上常採取簡化影響因素、創造一些特定的物理、化學環境，模擬自然現象的成因、過程和發展規律，這種方法稱為模擬實驗。模擬實驗只能是近似的，實驗結果往往與自然過程有一定差距，但它在再造自然現象的過程、驗證和探索地球科學規律方面發揮著重要作用。

• （6）歷史比較法 這是地質學最基本的方法論。時間的漫長性決定了地質學必須用歷史的、辯證的方法來進行研究。雖然人類不可能目睹地質事件發生的全過程，但是，可以通過各種地質事件遺留下來的地質現象與結果，利用現今地質作用的規律，反推古代地質事件發生的條件、過程及其特點，這就是所謂的「歷史比較法」（或稱「將今論古」、「現實主義原則」）的原理。這一原理是由英國地質學家萊伊爾（C.Lyell，1791—1875年）在郝屯（J.Hutton，1726—1797年，英國學者）的均變論學說的基礎上提出來的。萊伊爾明確指出：「現在是了解過去的鑰匙」。例如，現代珊瑚只生活在溫暖、平靜、水質清潔的淺海環境中，如果在古代形成的岩石中發現有珊瑚化石，便可推斷這些岩石也是在古代溫暖、清潔的淺海環境中形成的；又如，現在的火山噴發能形成一種特殊的岩石——火山岩，如果在一個地區發現有古代火山岩存在，我們就可以推斷當時這一地區曾發生過火山噴發作用，等等。歷史比較法是一種研究地球發展歷史的分析推理方法，它的提出，對現代地質學的發展起了重要的促進作用。這一原理的理論基礎是「均變論」。均變論認為，在漫長的地質歷史過程中，地球的演變總是以漸進的方式持續地進行，無論是過去還是現在，其方式和結果都是一致的。但是，現代地質學的研究證明，均變論的觀點是片面和機械的。地球演變的過程是不可逆的，現在並不是過去的簡單重復，而是既具有相似性，又具有前進性。例如，地質學的多方面研究揭示，在地球演變過程中，地表大氣圈、水圈、生物圈的組成、數量、溫壓以及地球或地殼內部的結構、構造等特徵都在發生不斷地變化，與現代的狀況存在不同程度的差異，這些必然會導致當時發生的地質作用的方式與過程具有一系列與今天不同的特點。地球演變的過程也並不總是以漸進、均變的形式進行，而是在均變的過程中存在著一些短暫的、劇烈的激變過程。例如，在岩層中常常發現其物質組成及結構構造發生突然性的變化；在古生物演化中也常常發現大量的生物種屬在短期內突然絕滅的現象，如7000萬年前後恐龍全部迅速絕滅等。所以整個地球的發展過程應是一個漸變—激變—漸變的前進式往復發展過程，這也符合量變—質變—量變的哲學規律。因此，在運用歷史比較法時，必須用歷史的、辯證的、發展的思想作指導，而不是簡單地、機械地「將今論古」，這樣才能得出正確的結論。地質學的「將今論古」分析方法，實際上對於地球科學的地球物理學、地理學、氣象學、水文學、海洋學、土壤學、環境地學等幾門學科也均具有一定的借鑒意義。

• （7）綜合分析 自然過程的復雜性和不可逆性決定了地球科學必須採用綜合分析的研究方法。在漫長的地球演化過程中，不同時期、不同方式（物理、化學、生物等）、不同環境（地表、地下、空中等）的自然作用給我們留下的是一幅錯蹤復雜的結果圖案。要根據這一圖案恢復和解析自然界發展的過程，就必須利用多學科的原理和方法，結合復雜的影響因素，進行綜合分析。這一點與數、理、化等學科利用單純的推導、實驗等方法進行研究是大不一樣的。例如在地質學中，由於過程和影響因素很復雜，根據某些個別特徵，利用單學科的原理和方法，往往會得出片面甚至錯誤的結論，這就是在地質學研究中經常碰到的「多解性」或「不確定性」問題。所以，只有在綜合各方面研究的基礎上，才能得出統一的、最合乎實際情況的結論。

• （8）電子計算機技術應用 有人說20世紀後半葉以來，人類社會已步入電子計算機的時代，電子計算機技術的應用已給各門自然科學帶來了深刻的影響和革命性的變化。對地球科學也是一樣，例如在現代氣象學、地理學、地質學、地球物理學、海洋學、環境地學等領域中，計算機技術已發揮出了巨大的作用，成為不可缺少的研究手段和方法。而且計算機技術正在向地球科學的各個領域中滲透。計算機技術的應用，為解決地球科學的研究對象的空間廣闊、觀測處理資料量大、模擬形成演變過程復雜等等問題帶來了無限的前景。因此，要想提高地球科學的研究水平，必須充分地重視、加強和進一步開拓電子計算機這一方法技術在地學中的應用。

• 地球科學研究的工作方法通常具有下列程序：

（1）資料收集 根據所要研究的課題和所要解決的問題，盡可能詳盡、客觀和系統地收集各種有關的數據、樣品和其它資料。資料的來源包括對研究區詳細的野外調查、儀器觀測和收集、分析已有的各種資料和成果等。

（2）歸納、綜合和推論 對所收集的資料進行加工整理、歸納、綜合，並利用地球科學的研究方法和原理，作出符合客觀實際的推論。

（3）推論的驗證 通過生產實踐或科學實驗來證實或檢驗推論是否正確，並在實踐的過程中不斷地修正錯誤，提高認識，總結規律。

地球科學是一門實踐性很強的科學。人們通過不斷地科學實踐，逐漸形成了若干假說和學說。假說是根據某些客觀現象歸納得出的結論，它有待進一步驗證；而學說則是經過了一定的實踐檢驗、在一定的學術領域中形成的理論或主張。假說和學說對推動地球科學的發展起著重要的作用，它們為探索地球科學的客觀規律指出了方向，對實踐起著一定的指導作用，同時在實踐中不斷得到檢驗、補充和修正，使其日趨完善。當然，有些假說和學說也可能在實踐中被揚棄或否定。

『貳』 如何理解地質思維中「將今論古」方法論的基本思想

在地質學研究的過程中，通過各種地質事件遺留下來的地質現象與結果，利用現今地質作用的規律，反推古代地質事件發生的條件、過程及特點，這就是「歷史比較法」，或稱將顫旦今論古。
「將今論古」是地質學的傳統思維方法。地質學的現有成果很大程度上時間茄租擾里在這一方法論之上的。但是隨著人們對客觀現象認識的深入，已經發現不同地質時期內條件是不同的，地質作用的規律也有相應的變化，現在並不是簡單地重復著過去。因而不能將過去的地質作用規律和現代正在進型沒行的地質作用規律不加分析地機械地等同起來。如海百合現在只生長在深海，但是在數億年前，海百合卻同造礁珊瑚等典型的淺海生物生活在一起。

『叄』 地質學研究方法有哪些

我是學地理的，書上的原話是這樣的：1.野外調查（最基本、最主要的研究方法）；2.室內實驗和模擬實驗；3.歷史比較法（現實類比法）；4.數字研究法：利用3S技術進行研究

『肆』 工程地質學的研究方法有哪些

1 地質分析法

即自然歷史分析法。是運用地質學的理論，查明工程地質條件和地質現象的空間分布以及它在工程建築物作用下的發展變化，用自然歷史的觀點分析研究其產生過程和發展趨勢，進行定性的判斷。它是工程地質研究的基本方法，也是其他研究方法的基礎。

工程地質工作中，必須綜合運用上述方法，才能取得可靠的結論，對可能發生的工程地質問題制定出合理的防治對策。

『伍』 構造地質學的研究方法

岩石圈或地殼中的各種地質構造是在漫長的地質演化過程中形成的。人們無法直接觀察到各種地質構造的形成過程，也很難在實驗室中再造，因此，只能通過野外地質調查，研究岩石變形的幾何學、運動學特徵；研究構造變形時的作用力性質、大小、方向及應力場在空間上的變化；結合野外觀察和室內對有關資料的綜合研究，分析各種地質構造的形成過程、構造演化和地球動力學背景。這種研究方法稱為「反序法」。

盡管目前有多種研究地質構造的方法，但野外地質調查和地質填圖是構造地質學研究的最重要方法。通過地質填圖不僅可以了解研究區的岩石、岩層、岩體的分布、產狀、相互間的關系和形成的先後順序，而且可以認識研究區各種地質構造的幾何特徵、組合型式和變形序列等。地質構造是三維空間的地質實體，將野外觀測到的各種地質現象用一定比例尺反映在平面圖和剖面圖上，這對於分析構造的幾何形態是十分重要的。通過繪制地質剖面圖或者根據地表構造形態的觀測及鑽井和地球物理手段獲得的資料編制的構造等高線圖、地層厚度分布圖等，都能較好地反映深部地質構造的形態特徵。

變形模擬實驗是構造地質學研究的另一個重要研究方法，也是構造地質學研究中進展比較顯著的一個領域。由於透射電鏡、電子計算機及高溫、高壓設備的引入，構造模擬已從定性的物理模擬發展到定量的數學模擬；從宏觀的岩石礦物的實驗發展到微觀的模擬礦物變形實驗；從常溫、常壓條件下的實驗發展到高溫、高壓條件下的實驗。這些實驗手段的更新不但使構造變形研究深入到超微觀的晶體變形中，而且對不同層次構造的形成條件、形成機制和形成過程提供了重要依據。但自然界地質構造形成時的內部和外部邊界條件十分復雜，而且變形作用經歷的地質歷史十分漫長，這些都是實驗室所不能模擬的，所以在進行地質構造形成的力學機制的分析和探討中，模擬實驗仍然是一種有用的輔助手段。

現代航空、航天技術的進步與發展，為構造地質學的研究提供了大量的地球表面遙感信息，擴大了構造地質的視野和深度，彌補了野外地質調查的局限性。鑽探和地球物理方法在構造地質學研究中的應用，為研究深部地質構造提供了重要資料。

近年來，數學地質的發展和計算機技術的應用，使構造地質的研究向定量的數理分析方向發展。如應用概率統計處理分析構造數據；應用有限單元法來計算一定地區內的各點的應力方向和大小，進而對該地區的構造應力場做出數學模擬，據此推斷相應的構造圖像，並與該地區的地質構造特徵進行比較。

地質構造是在漫長的地質歷史中形成的，這種過程是人類歷史無法經歷和難以重復的，也是野外地質調查中難以觀察到的。因此，對地質構造的研究，應該是在野外觀測、收集的各種地質資料綜合整理和變形實驗研究的基礎上，進行全面的綜合分析，以便取得對地質構造的幾何學和運動學特徵、變形機制、構造演化等方面的理論認識。把取得的理性認識，再應用到工作實踐中，解決工作中遇到的各種地質問題，使研究成果不斷得到修正、補充和完善。

『陸』 工程地質有哪些常用的研究方法

工程地質研究的主內容有：確定岩土組分、組織結構（微觀結構）、物理、化學與力學性質（特別是強度及應變）及其對建築工程穩定性的影響，進行岩土工程地質分類，提出改良岩土的建築性能的方法；研究由於人類工程活動的影響而破壞的自然環境的平衡，以及自然發生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質作用對工程建築的危害及其預測、評價和防治措施；研究解決各類工程建築中的地基穩定性，如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室，以及黃土的濕陷、岩石的裂隙的破壞等，制定一套科學的勘察程序、方法和手段，直接為各類工程的設計、施工提供地質依據；研究建築場區地下水運動規律及其對工程建築的影響，制定必要的利用和防護方案；研究區域工程地質條件的特徵，預報人類工程活動對其影響而產生的變化，作出區域穩定性評價，進行工程地質分區和編圖。隨著大規模工程建設的發展，其研究領域日益擴大。除了岩土學和工程動力地質學、專門工程地質學和區域工程地質學外，一些新的分支學科正在逐漸形成，如礦山工程地質學、海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學。

1工程地質與岩土工程的區別工程地質是研究與工程建設有關地質問題的科學(張咸恭等著《中國工程地質學》)。工程地質學的應用性很強,各種工程的規劃、設計、施工和運行都要做工程地質研究,才能使工程與地質相互協調,既保證工程的安全可靠、經濟合理、正常運行,又保證地質環境不因工程建設而惡化,造成對工程本身或地質環境的危害。工程地質學研究的內容有:土體工程地質研究、岩體工程地質研究、工程動力地質作用與地質災害的研究、工程地質勘察理論與技術方法的研究、區域工程地質研究、環境工程地質研究等。岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、處理或改良的科學技術(國家標准《岩土工程基本術語標准》)。岩土工程的理論基礎主要是工程地質學、岩石力學和土力學;研究內容涉及岩土體作為工程的承載體、作為工程荷載、作為工程材料、作為傳導介質或環境介質等諸多方面;包括岩土工程的勘察、設計、施工、檢測和監測等等。由此可見,工程地質是地質學的一個分支,其本質是一門應用科學;岩土工程是土木工程的一個分支,其本質是一種工程技術。從事工程地質工作的是地質專家(地質師),側重於地質現象、地質成因和演化、地質規律、地質與工程相互作用的研究;從事岩土工程的是工程師,關心的是如何根據工程目標和地質條件,建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解決工程建設中的岩土技術問題。2工程地質與岩土工程的關系雖然工程地質與岩土工程分屬地質學和土木工程,但關系非常密切,這是不言而喻的。有人說:工程地質是岩土工程的基礎,岩土工程是工程地質的延伸,是有一定道理的。工程地質學的產生源於土木工程的需要,作為土木工程分支的岩土工程,是以傳統的力學理論為基礎發展起來的。但單純的力學計算不能解決實際問題,從一開始就和工程地質結下了不解之緣。與結構工程比較,結構工程面臨的是混凝土、鋼材等人工製造的材料,材質相對均勻,材料和結構都是工程師自己選定或設計的,可控的。計算條件十分明確,因而建立在材料力學、結構力學基礎上的計算是可信的。而岩土材料,無論性能或結構,都是自然形成,都是經過了漫長的地質歷史時期,在多種復雜地質作用下的產物,對其材質和結構,工程師不能任意選用和控制,只能通過勘察查明,而實際上又不可能完全查清。岩土工程師不敢相信單純的計算結果,單純的計算是不可靠的,原因就在於工程地質條件的不確知性和岩土參數的不確定性,不同程度地存在計算條件的模糊性和信息的不完全性。因而雖然土力學、岩石力學、計算技術取得了長足進步,並在岩土工程設計中發揮了重要作用,但由於計算假定、計算模式、計算方法、計算參數等與實際之間存在很多不一致,計算結果總是與工程實際有相當大的差別,需要進行綜合判斷。

『柒』 構造地質學的研究指導思想和具體方法

1.構造地質學研究的指導思想

地質構造，是組成地殼或岩石圈的岩層和岩體經歷了漫長地質發展歷史的地殼運動作用而形成的。人們不可能親自觀察到現存的地質構造形成的全過程。雖然在實驗室可以做些模擬實驗，但在規模和時間上都不能達到自然界的同等條件。所以，研究地質構造，要強調以大自然為實驗室，投身於實踐，充分觀察和收集現存的地質構造痕跡；進行綜合、分析、推理；再到實踐中去驗證，修正錯誤的認識。即所謂「將今論古」的方法，又稱為「反序法」。

2.構造地質學研究的具體方法

實踐證明，要做好構造地質學的研究工作，不僅要有正確的指導思想，而且要有完善的行之有效的具體方法。

最基本的方法是傳統的地質測量（地質制圖或地質填圖）。通過在野外對自然露頭的觀察和描述，將獲得的地質現象標繪在一定比例尺的地質圖、剖面圖以及其他地質圖件上，用以表示地質構造在空間的形態。

在地質測量過程中，對地表以下的地質構造的解釋，是根據在地表所見到的地質現象進行推測的。如果地表是被第四紀鬆散堆積層所覆蓋，則對地表以下的地質構造的推測就更為困難。為了正確解釋地表以下的地質構造，還必須採用其他方法和手段，取得地表以下的有關地質資料。例如，槽探、巷探、鑽探、地球物理勘探等，是當前揭露地表以下地質構造不可缺少的方法和手段。

變形模擬實驗是構造研究的重要手段，也是構造中進展比較顯著的一個領域。透射電鏡、電子計算機及高溫、高壓設備的引入，構造模擬已從定性的物理模擬發展到定量的數學模擬；從宏觀的礦物岩石的實驗到微觀的模擬礦物變形實驗；從常溫、常壓條件下的實驗到高溫、高壓條件下的實驗。近年來，構造地質的發展與電子計算機的應用相結合，使構造地質的研究向定量的數理分析方向發展。如應用有限單元法來計算一定區域內的各點應力方向和大小，並由該地區的構造應力場做數學模擬，據此，可與該地區的地質構造特徵進行比較。這些模擬手段的更新不但使地質構造研究深入到超微觀的晶體變形中，而且給不同層次構造的形成條件和形成機制提供科學的依據。

近二三十年來，構造地質學發展迅猛。學科之間的相互滲透，新的技術方法的廣泛採用，使構造地質學的研究領域日益擴大和深入。航空、航天遙感技術的應用和地球物理探測方法的發展，使得對地球構造的研究，從陸地發展到海洋，從地殼表層深入到深層，並可將地球作為一個整體來研究，可與宇宙星體進行類比。

隨著地質構造研究的不斷深入，人們對從地表到地下深處的構造有了更進一步的了解，認識到地殼或岩石圈不同深度區的變形過程、變形機制和變形產物以及構造特點都是很不同的。因而，提出了「構造層次」的概念。構造層次是指在一定變形幕過程中，由於在地殼不同深度因溫度、壓力的不同而引起岩石物性的變化，從而形成各具特色的構造分層，或不同構造階段引起的構造疊加。一般把地殼或岩石圈劃分為淺、中、深構造層次。各層次之間的界限並非等深圈層面，而是常常表現為漸變的過渡帶（或剪切帶）。由於構造作用，特別是逆沖斷裂的推覆作用，可以把地殼深層或上部地幔的岩石推至地表，因而，在地表的構造斷裂帶中可以見到地殼深層和上地幔的岩石零星分布。

『捌』 地質學的特點和研究方法

地質學的特點和研究方法如下：

1、研究組成地球的物質；

2、研究岩石在整個地球內部的空間分布:

3、研究地球的歷史;

4、研究地質學的應用問題研究地質學的研究方法與手段；

5、綜合性研究。我國著名的地質學家有: 李四光、劉東生、李捷等人物。

(8)地質學研究的方法論擴展閱讀：

3、研究地球的歷史；

4、研究地質學的應用問題研究地質學的研究方法與手段；

5、綜合性研究。擴展:地質學的研究對象:地球，目前主要是研究固體地球的上層，即地殼和地慢的上部。

我國地質科學的發展是近60年的事情，但地質思想的萌消嫌芽在遠古就已經產生。

如北宋沈括根據山崖上出現的卵石和螺蚌，推測此地為昔日之海濱；東漢時期就知道石拿游手油，而煤作為燃料始自漢朝等。以上實例說明我國古人很早就知道利用礦產了，但是這些科學思想在當時未能得到發展，甚至受到束縛扼殺以致淹沒。

『玖』 地球科學的研究方法

由於地球科學以龐大的地球作為研究對象，並具有很強的實踐性和應用性，所以它的研究方法與其他自然科學有較大的差異。它既要藉助於數學、物理、化學、生物學及天文學的一些研究方法，同時又有自己的特殊性。

地球科學的研究方法與其研究對象的特點有關，地球作為其研究對象主要有以下特點：

（1）空間的廣泛性與微觀性

地球是一個龐大的物體，其周長超過4×10⁴ km，表面積超過5×10⁸ km²。因此，無論是研究大氣圈、水圈、生物圈以及固體地球，其空間都是十分廣大的。這樣一個巨大的空間及物體本身由不同尺度或規模的空間和物質體所組成。因此，要研究龐大的地球，就必須研究不同尺度或規模的空間及其物質體，特別是要注重研究微觀的空間和物質特徵，如不同學科都要研究其相應對象的化學成分、化學元素的特性等。地質學要研究礦物晶體結構，水文學和海洋學要研究水質點的運動等，氣象學要研究氣體分子的活動等。而且，整個地球系統是一個開放的動力系統，其與宇宙環境（地-月系、太陽系及銀河系等）之間總是不斷地進行著物質、能量的交換；地球系統中各種自然現象、作用過程的發生、發展和演化與其所處的宇宙環境是分不開的。因此，現代地球科學已開始充分重視宇宙環境對地球系統的影響研究；也就是說研究的空間范圍還要超越地球系統，涉及更加宏觀的宇宙環境（圖0-1）。只有把不同尺度的研究結合起來，把宏觀和微觀結合起來，才能獲得正確的和規律性的認識。

（2）整體性（或系統性）與分異性（或差異性、多元性）

整個地球是一個有機的整體，是由不同層次的、具有緊密聯系的子系統組成的統一系統；不僅在空間上地球的內部圈層、外部圈層都表現為連續的整體性，而且地球的各內部圈層之間、內部與外部圈層之間、各外部圈層之間也都是相互作用、相互影響、相互滲透的，某一個圈層或某一個部分的運動與變化，都會不同程度地影響其他部分甚至其他圈層的變化，這也充分表現了它們的有機整體性。然而，地球也是一個非均質體，它的不同的組成部分（或子系統）無論在物質狀態還是運動和演變特點上都具有一定的差異，表現出分異性或多元性。例如，不同地區的地理環境、氣候環境具有明顯的差異，不同地區的水文條件也具有明顯差異。固體地球特別是地殼的不同地區或不同組成部分的差異性更為顯著，如大陸、海洋、山系、平原等。這種差異性不僅表現在空間和物質組成上，也表現在它們的運動、變化與形成、發展上。

（3）時間的漫長性與瞬間性

據科學測算，目前可追溯的地球年齡長達46億年。在這漫長的時間里，地球上曾發生過許多重要的自然事件，諸如海陸變遷、山脈形成、生物進化等。這些事件的發生過程多數是極其緩慢的，往往要經過數百萬年甚至數千萬年才能完成。短暫的人生很難目睹這些事件發生的全過程，而只能觀察到事件完成後留下來的結果以及正在發生的事件的某一階段的情況。但是，有些事件的發生可以在很短的時間內完成。例如，天氣現象往往表現為幾天、幾小時甚至更短的時間，地震、火山爆發等也都發生在極短的時間內。

（4）自然過程的復雜性與有序性

地球演化至今經歷了復雜的過程。其中既有物理變化，也有化學變化；既有地表常溫、常壓狀態下的作用過程，也有地下深處高溫、高壓狀態下的作用過程。此外，各種自然過程還會受地區性條件的影響而具有地區的差異性。所以，自然過程是極其復雜的，而且這種過程由於其漫長性和不可逆性，依靠人類的力量很難完全重塑和再現其過程，因而更增添了地球科學研究工作的艱巨性。但是，這些復雜的自然過程並不是雜亂無章的，它們都具有其發生、發展的條件和過程，都具有一定的規律可循，這也正是地球科學工作者的重要研究任務。

研究對象的特點決定了地球科學具有一些獨特的研究方法，並且隨著科學技術的發展和進步，地球科學的研究方法也會得到不斷的補充和推進。現擇要簡述研究方法如下：

（1）野外調查

空間的廣泛性決定了地球科學工作者首先必須到野外去觀察自然界，把自然界當做天然的實驗室進行研究，而不可能把龐大而復雜的大自然搬到室內來進行研究。野外調查是地球科學工作最基本和最重要的環節，它能獲取所研究對象的第一手資料。例如野外地質調查、水系與水文狀態調查、自然地理調查、土壤調查、資源與環境調查等。只有有針對性地到現場去認真、細致地收集原始資料，才能為正確地解決地球科學問題提供可能。

（2）儀器觀測

儀器觀測是地球科學用來獲取研究對象的定性和定量資料的重要手段，通過儀器觀測可以了解到研究對象的各種物理、化學性質，參量的靜態特徵和動態變化，為科學的分析、推理提供依據。儀器觀測為地球的研究步入科學的軌道提供了條件，例如，16～17世紀氣溫、氣壓、濕度等氣象儀器的發明與創造，使氣象學逐漸發展成為一門完善的學科。現代高精度的常規與高空氣象儀器觀測仍然是氣象學的重要研究基礎。同樣，儀器觀測在水文學、海洋學研究中也佔有特殊重要的位置。儀器觀測對於現代地球物理學、地質學的地球內部研究，對於土壤學的研究特別是對於環境地學中的各種監測與評價，都具有極其重要的作用。在現場進行的儀器觀測也屬於第一手資料，除了科學工作者根據不同的研究目的在現場進行各種觀測外，人們還常常設立各種定點觀測台站，如氣象站、水文站、地震台站、環境監測站等，並通過大量的台站建立觀測網，以便獲得系統的觀測資料。

（3）大地測量

這是地球科學中既古老而又發展迅速的一種重要研究方法，它對推動地球科學的發展起了重要作用。早在古埃及和古中國的時代，人們就藉助於步測及其他一些簡單的測量工具，進行土地規劃、地形與地理制圖、水利與工程建設等。到了近代，隨著測量儀器的進步，逐漸發展成為傳統的大地水準測量和大地三角測量。20世紀中葉發展起來的海洋測深技術（聲吶）對於海洋學的發展和地質學的革命曾起了決定性的作用。近些年發展起來的激光測距、全球定位系統（GPS）又給地球科學帶來了深刻影響。大地測量的方法對於地理學、地質學、海洋學、水文學及土壤學等的研究十分重要。

（4）航空、航天和遙感技術

現代航空、航天和遙感技術極大地推動了地球科學的發展，成為現代地球科學不可缺少或不可忽視的重要研究方法。由於地球的空間廣大，要在短時間內獲取大區域的資料，特別是大區域的動態變化情況，就必須充分利用航空、航天和遙感技術，如衛星雲圖、衛星遙感影像、航空照片等。航空、航天和遙感技術對現代氣象學的發展和進步起了決定性作用，成為其重要支柱。它們也是現代海洋學、地理學的主要研究手段，而且對於現代地質學、土壤學、水文學、環境地學等也發揮著重要作用。

（5）實驗室分析、測試與科學實驗

這是地球科學中各門學科均普遍採用的研究方法，主要是從研究對象中取得所需的各種樣品或標本，然後在實驗室進行分析、測試，以便獲取物質成分、結構、物理與化學性質以及形成歷史等方面的定性和定量資料，並通過科學實驗分析推斷其形成、演變過程和發展趨勢等。隨著科學的發展，地球科學中的實驗科學已有相當的進步。但由於自然過程的影響因素復雜，加之時間的漫長性與空間的廣泛性以及現代實驗技術水平的限制，在地球科學中有時很難進行與自然界一致的真實實驗。因此，地球科學上常採取簡化影響因素，創造一些特定的物理、化學環境，模擬自然現象的成因、過程和發展規律，這種方法稱為模擬實驗。模擬實驗只能是近似的，實驗結果往往與自然過程有一定差距，但它在再造自然現象的過程、驗證和探索地球科學規律方面發揮著重要作用。

（6）歷史比較法

這是地質學最基本的方法論。時間的漫長性決定了地質學必須用歷史的、辯證的方法來進行研究。雖然人類不可能目睹地質事件發生的全過程，但是，可以通過各種地質事件遺留下來的地質現象與結果，利用現今地質作用的規律，反推古代地質事件發生的條件、過程及其特點，這就是所謂的「歷史比較法」（或稱「將今論古」「現實主義原則」）的原理。這一原理是由英國地質學家萊伊爾（C.Lyell，1791～1875年，現代地質學的創立者）在赫頓（J.Hutton，1726～1797年，蘇格蘭地質學家，被譽為現代地質學之父）的均變論學說的基礎上提出來的（圖0-2，圖0-3）。萊伊爾明確指出：「現在是了解過去的鑰匙。」例如，現代珊瑚只生活在溫暖、平靜、水質清潔的淺海環境中，如果在古代形成的岩石中發現有珊瑚化石，便可推斷這些岩石也是在古代溫暖、清潔的淺海環境中形成的（圖0-4）；又如，現在的火山噴發能形成一種特殊的岩石——火山岩，如果在一個地區發現有古代火山岩存在，我們就可以推斷當時這一地區曾發生過火山噴發作用，等等。歷史比較法是一種研究地球發展歷史的分析推理方法，它的提出，對現代地質學的發展起到了重要的促進作用。

圖0-2 英國地質學家萊伊爾

（C.Lyell，1791～1875年）

圖0-3 蘇格蘭地質學家赫頓

（J.Hutton，1726～1797年）

圖0-4 生活在溫暖、清潔淺海中的珊瑚

a—現代珊瑚；b—2億多年前的珊瑚化石

這一原理的理論基礎是「均變論」。均變論認為，在漫長的地質歷史過程中，地球的演變總是以漸進的方式持續地進行，無論是過去還是現在，其方式和結果都是一致的。但是，現代地質學的研究證明，均變論的觀點是片面和機械的。地球演變的過程是不可逆的，現在並不是過去的簡單重復，而是既具有相似性，又具有前進性。例如，地質學的多方面研究揭示，在地球演變過程中，地表大氣圈、水圈、生物圈的組成、數量、溫壓以及地球或地殼內部的結構、構造等特徵都在發生不斷的變化，與現代的狀況存在不同程度的差異，這些必然會導致當時發生地質作用的方式與過程具有一系列與今天不同的特點。地球演變的過程也並不總是以漸進、均變的形式進行，而是在均變的過程中存在著一些短暫的、劇烈的激變過程。例如，在岩層中常常發現其物質組成及結構構造發生突然性的變化；在古生物演化中也常常發現大量的生物種屬在短期內突然絕滅的現象，如6500萬年前後恐龍全部迅速絕滅等。所以整個地球的發展過程應是一個漸變—激變—漸變的前進式往復發展過程，這也符合量變—質變—量變的哲學規律。

因此，在運用歷史比較法時，必須用歷史的、辯證的、發展的思想作指導，而不是簡單地、機械地「將今論古」，這樣才能得出正確的結論。地質學的「將今論古」分析方法，實際上對於地球科學中的地球物理學、地球化學、地理學、氣象學、水文學、海洋學、土壤學、環境地學等學科的研究均具有重要的借鑒意義。

（7）綜合分析

自然過程的復雜性和不可逆性決定了地球科學必須採用綜合分析的研究方法。在漫長的地球演化過程中，不同時期、不同方式（物理、化學、生物等）、不同環境（地表、地下、空中等）的自然作用給我們留下的是一幅錯綜復雜的結果圖案。要根據這一圖案恢復和解析自然界發展的過程，就必須利用多學科的原理和方法，結合復雜的影響因素，進行綜合分析。這一點與數學、物理、化學等學科利用單純的推導、實驗等方法進行研究是大不一樣的。例如，在地質學中，由於過程和影響因素很復雜，根據某些個別特徵，利用單學科的原理和方法，往往會得出片面甚至錯誤的結論，這就是在地質學研究中經常碰到的「多解性」或「不確定性」問題。所以，只有在綜合各方面研究的基礎上，才能得出統一的、最合乎實際情況的結論。

（8）計算機技術應用

有人說20世紀後半葉以來，人類社會已步入計算機的時代，計算機技術的應用已給各門自然科學帶來了深刻的影響和革命性的變化。對地球科學也是一樣，例如，在現代氣象學、地理學、地質學、地球物理學、海洋學、環境地學等領域中，計算機技術已發揮出巨大的作用，成為不可缺少的研究手段和方法。而且計算機技術正在向地球科學的各個領域滲透。計算機技術的應用，為解決地球科學的研究對象空間廣闊、觀測處理資料量大、模擬形成演變過程復雜等問題帶來了無限的前景。因此，要想提高地球科學的研究水平，必須充分地重視、加強和進一步開拓計算機技術在地學中的應用。

20世紀末期開始在全球范圍內廣泛興起的「數字地球」（Digital Earth）計劃或「數字地球學」研究正是現代計算機技術、信息科學與地球科學相結合的產物。「數字地球」主要是探討運用現代計算機技術、信息科學對整個地球系統進行全方位的定量化、數字化描述的方法，建立相關的「數字地球」資源平台，並服務於地球科學的研究、應用。因此，「數字地球」實質上是地球系統的一種數字化的表示形式，其基本的理論支撐主要包括相互聯系的兩個方面，即與地球科學有關的理論以及與數字化技術有關的理論。比「數字地球」稍早一些興起的「地理信息系統（GIS）」的成功開發與廣泛應用，可以說為推動「數字地球」的興起與發展奠定了良好的基礎；但「數字地球」將涵蓋地球科學的所有研究分支學科或領域（而不僅僅局限於地理學），其涉及的科學內容與數據量是「地理信息系統」所無法比擬的。1998年1月，美國前副總統戈爾在「開放地理信息系統協議（Open GIS Consortium）」年會上首次提出「數字地球」的概念，認為「數字地球」是指一個以地球坐標為依據的、具有多解析度的海量數據和多維顯示的虛擬系統。數字地球的概念一經提出便立刻引起了世界范圍的廣泛關注，並取得了快速發展。數字地球的研究和實現具有十分廣泛的應用前景，如資源與環境的監測與管理，氣候和各種自然災害的預測、預報與防治，土地利用與各種生產、生活的規劃及一些危機事件的處理等；它還為地球科學的教育和多學科的研究工作提供了極好的資源平台，特別是為地球系統科學的層圈相互作用研究、全球變化研究及人類可持續發展研究創造了有利條件。

地球科學研究的工作方法通常具有下列程序：

（1）資料收集

根據所要研究的課題和所要解決的問題，盡可能詳盡、客觀和系統地收集各種有關的數據、樣品和其他資料。資料的來源包括對研究區詳細的野外調查、儀器觀測和收集、分析已有的各種資料和成果等。

（2）歸納、綜合和推論

對所收集的資料進行加工整理、歸納、綜合，並利用地球科學的研究方法和原理，作出符合客觀實際的推論。

（3）推論的驗證

通過生產實踐或科學實驗來證實或檢驗推論是否正確，並在實踐的過程中不斷地修正錯誤，提高認識，總結規律。

地球科學是一門實踐性很強的科學。人們通過不斷地科學實踐，逐漸形成了若干假說和學說。假說是根據某些客觀現象歸納得出的結論，它有待進一步驗證；而學說則是經過了一定的實踐檢驗、在一定的學術領域中形成的理論或主張。假說和學說對推動地球科學的發展起著重要的作用，它們為探索地球科學的客觀規律指出了方向，對實踐起著一定的指導作用，同時在實踐中不斷得到檢驗、補充和修正，使其日趨完善。當然，有些假說和學說也可能在實踐中被拋棄或否定。

『拾』 構造地質學的研究方法

地質構造的研究應包括構造的幾何學、運動學和動力學的研究，以及構造發育、演化的歷史分析。①構造幾何學的研究是對各種地質構造的形態、產狀和規模及其組合型式和相互關系進行觀察、描述和測量; ②構造的運動學分析是根據構造幾何學的有關資料和數據，去追索現有構造狀態和位置的岩體在變形時，物質相繼發生的位移、轉動和應變等內部和外部的運動; ③動力學的研究則是探索構造變形時作用力的性質、大小、方向、應力場的演化以及外力與應力之間的關系; ④構造的歷史分析是通過野外觀察和室內對有關資料的綜合研究，闡明各種地質構造的形成時期及其發育順序。這幾個方面的研究是相互聯系、相輔相成的。對構造形態進行幾何分析則是構造地質學研究的基礎，有了構造幾何分析的基礎，才可能正確分析地質構造的演化歷史和成因，進而對各個地區的構造分析資料及其他方面的資料進行綜合分析，從而揭示出地殼構造的形成和發展規律。

盡管對不同岩石類型地區地質構造和不同尺度構造的研究任務和方法各有不同，但是，野外觀察和地質填圖始終是研究地質構造的基本方法。通過野外觀察填繪的地質圖，不僅可反映出一個地區各種岩層和岩體的分布，而且根據岩層和岩體的產狀、相互關系和各自的時代，可以認識該區各種地質構造的形態、組合特徵和發育史。通過繪制剖面圖和根據地面的構造形態觀測及鑽井和物探等提供的資料，編繪構造等高線圖和等厚圖，能較好地反映地下構造形態的特徵。

研究地質構造的形態、產狀及其相互關系，一方面是採用填繪地質圖、編制有關圖件以及相應文字描述的常規方法; 另一方面是通過對各種面狀構造和線狀構造要素的力學性質、產狀和相互幾何關系的系統觀察和測量，應用極射赤平投影或電子計算機作數理統計分析和自動化成圖，從而得出地質構造產狀方位的型式和對稱性的特徵，為建立地質構造三維空間圖像、分析構造變形機制和恢復變形歷史等提供依據。Bruna Sander ( 1930) 在《岩石組構學》中提出的變形岩石顯微組構的幾何分析方法和運動學解釋原則，經廣大地質學家在實踐中進行修正和補充，現已發展成為不僅可用於顯微構造分析，而且也可以應用於中、小型構造乃至大型構造分析。

現代航空、航天遙感技術和航片、衛片的採用，擴大了觀察地質構造的視域和深度，彌補了野外地質觀察的局限性; 而鑽探、物探等工程和探測技術的應用，為了解地下構造情況，提供了重要資料。

研究地質構造不能只滿足於形態描述，還要應用力學原理，鑒定各個構造的力學性質和相互關系，並分析它們的形成機制和各構造之間的內在聯系，以便得出區域地質構造的分布和演變規律。

研究地質構造形成的力學機制，常常需要進行模擬實驗。例如根據相似原理，用泥巴、石蠟、瀝青或凡士林等材料，做成某種形態和尺寸的試件，在設置的相應幾何邊界條件下，施加一定方式的力使之發生變形，觀察其變形特點、應力與應變之間的關系，並將實驗模型與自然界的構造原型進行類比，藉以說明這種構造的形成、發展和組合關系以及構造變形的邊界條件和應力作用方式。計算機的應用使構造地質的研究向定量的數理分析方向發展。如應用有限單元法來計算一定地區內的各點的應力方向和大小，進而對該地區的構造應力場做出數學模擬，據此，可以推斷出相應的構造圖像，並與該地區的地質構造特徵進行比較。

對地質構造進行歷史分析，一般是根據地層之間的不整合接觸關系及各種構造間成因聯系和交截、疊加關系，並結合沉積岩相、厚度以及岩漿活動等方面的分析，或配合同位素地質年代的測定資料，分析該區構造形成時代和發育順序，劃分構造發育的階段，恢復區域構造發展史，從而對該區地質構造的規律有一個較為正確的認識。

在構造地質學研究中，還需與岩石學、地層學、地貌學及地球物理學等學科密切結合。