A. 研究思路
以活动论思想和区域成矿学理论为指导(翟裕生等,1999),野外地质调查和室内综合分析手段相结合,并综合矿床学、岩石学、流体包裹体、同位素地质年代学、同位素地球化学、岩石地球化学等多学科知识,对北山南带构造-岩浆-流体活动与金成矿的关系开展综合性研究,在工作过程中贯穿以下准则:①由于北山南带金矿床分布广泛、类型多样,不可能“点点”俱到,故选取具代表性矿床开展重点解剖研究。②对代表性金矿床周边的矿床“点”在可能情况下进行实地考察,并与代表性金矿床开展地质特征比较,进行室内综合分析,做到“点带”结合。③物质是矿床形成的基础,通过主微量元素地球化学、同位素地球化学示踪成矿物质来源;流体是成矿物质的载体,其来源、运移和卸载贯穿整个成矿作用过程,通过流体包裹体、稳定同位素地球化学示踪流体的来源与演化;年龄代表矿床在地球演化历史中的时间维坐标,通过同位素地质年代学限定成岩成矿时代。物质-流体-时代三者结合探讨典型金矿床的成矿作用机制。④综合分析区域地层、构造、岩浆活动等控矿因素,建立北山南带金矿床时空演化的区域成矿模式,指明找矿方向。
B. 研究思路及方法
本图集在板块构造、地幔柱和盆地分析等理论框架的指导下,在分析相关资料基础上,选取11个时间节点(600Ma、520Ma、470Ma、430Ma、390Ma、330Ma、260Ma、220Ma、160Ma、120Ma、50Ma)进行全球古板块再造研究成图。通过借鉴前人丰富的研究成果,在板块再造图上,补充并更新了区域地质、同位素测年、沉积岩相、古生物地理、古气候恢复、烃源岩分布和干酪根类型等资料和数据,依次得到了震旦纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪和始新世等11个时代的古地理图、重要古生物分布图、沉积岩相图和烃源岩分布图。具体操作方法如下:
(1)全球古板块再造主要依据古地磁学的方法,基于全球古地磁数据库(GPMDB 4.6),更新补充了2004年之后新发表的古地磁数据,采用国际上通用的V90判别标准,筛选品质因子Q≥3的古地磁数据。通过“Fisher统计”的方法合并相同时代的古地磁数据,利用“球面样条法”(Spherical Spline Method),选择Q值为加权值以及合适的样条参数,对各个板块的视极移曲线进行拟合,最后使用Gmap等软件对古板块位置进行恢复。
(2)对于没有精确古地磁数据的板块,主要采用生物地层对比及构造-热事件分析来制约古板块的位置。中-新生代以来的古板块再造,除了利用古地磁数据制约其古位置外,还通过分析热点和地幔低速带(LSVZ)异常区位置之间的关系,来制约板块绝对位置(经度)以及运动指向。同时,参考前人成果图件,对古板块位置进行校对和修正。
(3)利用ArcGIS软件,结合IHS(Information Handling Services)全球含油气盆地数据库、USGS(United States Geological Survey)等全球含油气盆地资料及大量的相关文献,建立全球含油气盆地地层综合柱状图,通过恢复沉积岩相来推断原始沉积环境。同时利用Gplate软件对各种地质特征进行原位恢复,在全球板块构造图上叠合相应的地质特征信息。对于部分资料缺乏的地区,主要利用沉积相分析进行合理的延伸和推测,来恢复其岩相古地理。另外,结合前人对全球重要造山带的研究成果复原古山脉的位置。
(4)基于全球沉积岩相图和古地理图的研究,结合全球重要烃源岩的现今分布特征,对不同时代全球重要烃源岩分布进行原位恢复,并投影在相应的沉积岩相图上,通过以上各种地质条件之间相互作用的综合考虑,来分析全球烃源岩分布的有利区带、重要影响因素;同时,综合考虑各个时代典型古生物的分布特征分别进行成图。
C. (一)造山带物质组成的研究
造山带内的物质组成是其形成演化过程的物质记录,它包括以下几个方面。
1)地层研究。建立造山带内地层序列和进行正确的地层序列对比是阐明造山带形成演化的基础。近年来由于大面积1:5万区调填图的开展,发现了很多新的地层单位,如秦岭造山带内的佛坪杂岩,大别造山带内浅变质岩层等。对原有的岩石地层单位进行解体和清理,重新建立不同类型的构造地层柱、构造岩石柱,对其时代归属和属性认识有了重大突破。如秦岭地区对“刘岭群”的解体,大别山地区对“大别群”、“宿松群”的解体等,这为重新认识造山带形成演化提供了新的地层学资料。
2)蛇绿岩研究。蛇绿岩是造山带研究中争议较多且又十分重要的问题。残存在造山带内的镁铁质—超镁铁质岩石组合,是否能代表洋壳,并作为判别板块碰撞缝合带的标志备受关注(张国伟等,2001)。通过对蛇绿岩的系统研究(R.G.Coleman,1965;马鸿文,1993;张旗等,1996),多数人认为蛇绿岩可形成于多种构造环境,不能真正代表大洋岩石圈残片。蛇绿岩有无代表洋壳层序,以及运用其岩石化学特征,不能作为确切判别是否属于洋壳的标志。应当根据蛇绿岩的岩石学特征、上下岩石组合、地球化学特征、形成时代、构造变形等进行综合分析,查明其物质来源及可能形成的构造环境。特别是其形成时代与构造变形特征,对判别与造山带形成是否相关,尤为重要。
3)花岗岩研究。花岗岩作为陆壳熔融,以及幔源、壳幔混合产物,广泛分布于造山带内,且形成于各个地质时期。其形成、运移、就位过程,不仅是地球圈层中物质运动和交换的产物,也是地幔动力学和岩石圈动力学相互作用的结果,与造山带形成息息相关。通过对其岩石学、地球化学、形成年代、侵位机制、成因类型等研究,可以查明其物质来源和壳幔物质交换形式,而且可以探索其形成就位与造山带形成演变关系,地壳生长与大陆增生方式(邓晋福等,1996;肖庆辉等,2002)。
4)变质岩研究。变质岩是造山过程中构造应力与区域地热流共同对不同原岩改造的结果。p-T-t轨迹是造山带形成过程中温度、压力随时间变化的动态反映。不同的p-T-t轨迹反映了不同类型造山带特点及其形成过程的差别(韩郁菁,1993)。变质岩中的矿物组成与结构构造,是变质变形过程中构造应力状况和运动方向的显示,通过对变质岩中定向组构的研究,可探索造山带动力学问题。如大别山及张八岭地区早期矿物生长线理与拉伸线理的确定等,对揭示造山带形成的动力学问题提供了重要资料依据。
5)地球化学研究。造山带地球化学与年代学研究,近年来取得了很大进展,特别是在秦岭地区(张国伟等,2001)运用地球化学基础理论对造山带内岩石圈和地壳的化学组成,构造地球化学分区,壳幔相互作用过程与地球化学示踪,岩石形成的构造环境判别,同位素测年技术,以及在大别山地区运用H、He等同位素研究超高压变质带的形成折返机制等都取得了显着成果(张本仁等,1999;郑永飞等,1999),并为今后造山带地球化学研究展示了很好前景。年代学研究取得很大进展,特别是SHRⅠMP方法测年取得不少重要成果。
D. 造山带研究展望
造山带研究是地球科学的组成部分,是当前大陆动力学前沿研究领域,在迈向21世纪的进程中,随着研究层次与涉及学科跨度增大,高新科技的飞跃发展,全球构造及造山带研究将进入一个崭新的时期,能为新世纪人口、资源、环境、经济持续发展作出新贡献。
我国是造山带最多、类型最全的国家,选取典型造山带进行深入研究,可望在大陆动力学理论研究方面获得重大进展,进入当代地球科学研究队伍的先进行列,并作出应有的贡献。
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E. 上阿穆尔地区造山带研究——地貌构造分析方法的应用
E.A.Myansnikov
(Pacifc Institute of Geography,Russian Academy of Sciences,Russia)
摘要上阿穆尔地区(指上阿穆尔盆地的俄罗斯部分)由于有些地方地质研究不规范、地质资料匮乏,给该地区可行性研究带来极大困难。在这种情况下,采用地貌构造分析方法,包括航、卫片图像和地形图解译法、地势地貌分析法以及有目的的地质和地球物理数据分析法可更好地对其研究。研究表明,上阿穆尔地区造山带(包括西Stanovoy、中Stanovoy和Umlekano-Ogodzin-sky属于阿穆尔-阿尔丹巨型中心式地貌构造(CTM)的组成部分。该巨型中心式地貌构造长轴可达2500km。造山带的空间分布及其地质-地貌组成受巨型中心式地貌构造的弧形深断裂控制。研究区每一造山带呈线状延伸,长轴从20~250km不等,其中大型中心式地貌构造主要表现为复杂的火山-侵入环状穹窿构造,小型中心式地貌构造表现为地质和地貌相一致的放射状同心式复合构造。通过重建地貌构造表明,上阿穆尔地区造山带主要形成于中生代。
关键词中心式地貌构造(CTM)弧形断裂线型断裂环状穹窿构造造山带
1上阿穆尔地区造山带构造
上阿穆尔地区(指上阿穆尔盆地的俄罗斯部分)造山带的形成与中生代构造-岩浆活动密切相关,而这一时期又是本区域内生构造和成矿的主要发生时期。因此对这些造山带的研究具有极其重要的意义[1,2]。
根据广泛使用的航、卫片图像和地质-地球数据,运用地貌构造分析表明,这些造山带就是人们熟知的火山-侵入构造(包括西Stanovoy、中Stanovoy和Umlekano-Ogodzinky,图1),它们是阿穆尔-阿尔丹中心式地貌构造(CMT)的组成部分,其长轴可达2500km。M.G.Zolotov[3]、V.V.Solovyov[4]、A.P.Kulakov[5]及E.A.Myasnikov[6,7]曾对该地区进行了研究,并划分了地貌构造。在这种情况下,巨型中心式地貌构造边缘深部断裂控制着造山期的火山-侵入岩的空间位置。而且,由于大型中心式地貌构造叠置于上阿穆尔地区,在西Stanovoy内、尤其是北东走向的深断裂带内发生Umlekano-Ogodzinsky带特殊岩体的破碎和矿化作用是有其原因的。
研究区内每一造山带火山-侵入岩带均为线状延伸的三级(长轴50~250km)和四级(长轴20~50km)中心式地貌构造(CTM)。它们都由区域性地貌构造控制(即巨型中心式地貌构造和大型线状断裂)。低级别的中心式地貌构造主要呈线型和等距型组合,但无论如何,均被限制于高一级的地貌构造断块内或交汇处。
图1上阿穆尔地区火山-侵入造山带和地貌构造格局
1—基底地块(地质上惯用的年代):a—阿尔丹(Ar1-2),b—Stanovoy(Ar2—-Pr1),c—阿穆尔(Pt1Pz1-3);2—中生代火山-侵入岩带:C-S—中Stanovoy,W-S—西Stanovoy),U-O—Umlekano-Ogodzin-sky;3—山岭:①Stanovik;②Celbaus;③Cernysova;④Tukuringra-Soktachan;⑤Dzeltulinsky Stanovik;⑥Urusinsky;⑦Jankan;4—巨型中心式地貌构造弧形深断裂;5—巨型中心式地貌构造:Ⅰ—阿尔丹;Ⅱ—阿穆尔;6—研究区
对于地质地貌相一致的复杂地质体,从已有的地貌构造综合分析来看,三级和四级中心式地貌构造主要以复杂的火山-侵入岩环状穹窿构造为主,而且还代表着古火山和局部侵入穹窿。任一级别的中心式地貌构造都具有同心式放射状特点,其地貌要素和与其相应的复杂地质体及内生成矿作用成比例。
这种研究方法和所得出的结论很有效,以西Stanovoy造山带的火山-侵入岩带为例(图2)。该带位于Aldan-Stanovoy地块的南部,处于Yankansky背斜内,靠近前寒武纪Mogochin地块的轴部[8,9]。已有的观点认为,该地区以中生代线性断块构造为主要特征,而且中生代是内生矿化的主要时期。因此,地质填图时,将已确立的线型断块与侏罗纪侵入岩带和火山岩带相对应起来,断块交汇的带和交汇结、沿对角线方向交切的断层以及近南北向的构造被认为是主要控矿构造。
采用地貌构造方法研究表明,这里所称的Yankansky线型延伸弧与Yankansky地块背斜的叫法是一致的。
此外,大多数可识别的线型断裂和线型块状地貌构造已经在现有的地质构造图中标示出来。不过,该地区的构造格局属于三级、四级和五级,相应长轴分别为50~250km、20~50km及10~20km。在该复杂的差异等级构造中,高一级别的中心式地貌构造控制着低一级别的中心式地貌构造的空间分布。已知的中心式地貌构造常常成为内生作用和成矿矿化的集中区。我们将中心式地貌构造分成3个主要地貌成因类型,即侵入穹窿型、火山穹窿型及火山-侵入环状穹窿型,每种类型都有各自的特点,且与相应地质地貌复杂的地质体和成矿矿化相一致。
上Khaiktinskaya是一典型的火山-侵入中心式地貌构造,长轴达50km(图2)。这是一个非常有趣的例子。不同的研究者各自独立运用不同的研究方法(即岩浆形成分析法、地球物理异常解释法以及作者提出的地貌构造类型分析法)得出了相同的结论:区内存在岩浆中心式构造,可辨认的轮廓与整体非常一致,与之相应的构造物质组合、地球物理和地貌构造要素彼此之间密切相关,呈同心放射式带状分布。
图2运用地貌构造资料对西Stanovoy造山带的构造分析
1—阿穆尔-阿尔丹巨型中心式地貌构造深断裂;2—中心式地貌构造弧形深断裂(a—轴长250~500km,b—轴长50~250km,c—轴长20~50km,d—轴长10~20km);3—中心式地貌构造的主要成因类型(a—侵入型,b—火山型,c—位错型,d—未知型);4—中心式地貌构造的主要地貌类型(a—穹窿,b—凹陷);5—火山管(a—根据地质资料,b—根据地球物理资料);6—中生代侵入岩及其地质代号(a—花岗岩(J1-2),b—碱性花岗岩和正长岩(J2-3),c—花岗斑岩(J3);7—中生代火山岩及其代号(a—安山熔岩(J1-2),b—安山质熔岩(J3),c—火山沉积岩);8—新生代沉积岩
主要的中心式地貌构造的代号与编号:Ⅰ—上Urkinskaya;Ⅱ—Vrkinskaya;Ⅲ—上Nukzinskaya;Ⅳ—Amutkazinskaya;Ⅴ—Qginlynskaya;Ⅵ—上Khaiktinskaya;Ⅵ—Khaiktinskaya;Ⅶ—Oldoiskaya;Ⅸ—Oldoe-Igamskaya;Ⅹ—Bolgiktinskaya;Ⅺ—Ilikanskaya;Ⅻ—Doeskaya;Ⅷ—Lazarevskaya
上Khaiktirakaya环状穹窿型中心式地貌构造在卫星照片和地貌图上非常清楚,尤其在其南部。北部不甚清晰,可解释为有另一个中心式地貌构造叠加在其上(图2)。重力勘探数据证明,由于深成侵入形成了穹窿地貌,从而造成了一个加厚的区域,这种格局是中生代花岗岩化作用的结果。沿着该构造的周边根据负磁异常为主、局部正磁异常可追索出一条弧形带来。中心式地貌构造的中心位于北东、北西交汇结和近纬向大型转换断层处。
可确认的弧形和放射状断裂明显地与中心式地貌构造本身有关。内外同心状地块表现为清晰的高地貌特征、弧形分水岭和水文网以及一系列分离的上隆地块。显然,这些地块显示为渗透性增强地带。产出于其中的小侵入体火山管及延长的火山弧已证实了这一点。
上面所指的同心环带,其岩相分布、原始地貌标志和地质现象(即大多数相对低温的矿石出现在外环,而相对高温的矿石出现在内环)说明,在统一的地貌构造作用下,他们可能存在共生关系。
低级别的侵入穹窿(长轴10~20km)和火山穹窿型中心式地貌类型在本区广泛发育(图2)。从地形图和航卫片上看,侵入穹窿有以下特征:①分水岭相对宽缓平坦和微弱显示的分水岭;②河谷横剖面呈“V”字型;③坡度较缓;④总体比差小、地势切割弱。在这种构造内,地球物理异常显示为放射状同心带状,与构造干扰、岩相的不规则及热液交代作用相一致。这种穹窿的地质特点是多期侵入体组成同心岩相带,其中较酸性的岩相常分布于中心式地貌构造的中心部位。此外,可以观察到岩墙群加厚和热液矿化现象主要沿周边发育。侵入穹窿型中心式地貌构造的发育阶段明显地取决于相应的岩浆侵入活动时间,该侵入活动出现在与其有成因联系的大型断裂带的交汇处。
火山穹窿型的中心式地貌构造完全不同于侵入穹窿的中心式地貌构造,表现为:①相对地形高;②分水岭陡而窄;③河谷横剖面呈“V”型;④坡面切割陡;⑤地形比差大,切割深。但是火山成因的中心式地貌构造和侵入成因的中心式地貌构造均呈环带状,地质-地貌复杂体和成矿作用与该环带相一致。
2总结
地貌构造研究方法为上阿穆尔地区造山带内构造格局和内生成矿规律以及地质填图提供了新的信息。西Stanovoy,中Stanovoy和Umlekano-Ogodzinsky造山带是阿穆尔-阿尔丹巨型中心式地貌构造的组成部分,该巨型中心式地貌构造长轴可达2500km。造山带的空间位置及其地质地貌组成受控于巨型中心式地貌构造的弧形深断裂。研究区内每一造山带均为线性延伸的中心式地貌构造,长轴从20到2500km。大的中心式地貌构造主要表现为复杂的火山-侵入环状穹窿构造,而小的中心式地貌构造显示为放射状同心式构造,与地质地貌复杂的地质体相一致。地貌构造的重建表明上阿穆尔地区造山带主要形成于中生代。
(任玉峰、王新社译,任玉峰校)
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F. 研究思路和方法
以活动论、单元论、阶段论、层次论、盆山耦合理论和当代造山带地质学理论为指导思想,以实际地质调研资料为基础,运用盆地分析和盆地构造解析的理论和方法,采用构造-沉积、构造-岩浆、构造-年代学、构造-地球物理相结合的综合研究方法,将时间序列和构造单元之间的转化联系在一起,历史地、动态地揭示研究区中新生代沉积特征与动力学演化机制(图1-4)。
图1-4 研究思路和方法
G. 地球科学的研究方法
由于地球科学以庞大的地球作为研究对象,并具有很强的实践性和应用性,所以它的研究方法与其他自然科学有较大的差异。它既要借助于数学、物理、化学、生物学及天文学的一些研究方法,同时又有自己的特殊性。
地球科学的研究方法与其研究对象的特点有关,地球作为其研究对象主要有以下特点:
(1)空间的广泛性与微观性
地球是一个庞大的物体,其周长超过4×104 km,表面积超过5×108 km2。因此,无论是研究大气圈、水圈、生物圈以及固体地球,其空间都是十分广大的。这样一个巨大的空间及物体本身由不同尺度或规模的空间和物质体所组成。因此,要研究庞大的地球,就必须研究不同尺度或规模的空间及其物质体,特别是要注重研究微观的空间和物质特征,如不同学科都要研究其相应对象的化学成分、化学元素的特性等。地质学要研究矿物晶体结构,水文学和海洋学要研究水质点的运动等,气象学要研究气体分子的活动等。而且,整个地球系统是一个开放的动力系统,其与宇宙环境(地-月系、太阳系及银河系等)之间总是不断地进行着物质、能量的交换;地球系统中各种自然现象、作用过程的发生、发展和演化与其所处的宇宙环境是分不开的。因此,现代地球科学已开始充分重视宇宙环境对地球系统的影响研究;也就是说研究的空间范围还要超越地球系统,涉及更加宏观的宇宙环境(图0-1)。只有把不同尺度的研究结合起来,把宏观和微观结合起来,才能获得正确的和规律性的认识。
(2)整体性(或系统性)与分异性(或差异性、多元性)
整个地球是一个有机的整体,是由不同层次的、具有紧密联系的子系统组成的统一系统;不仅在空间上地球的内部圈层、外部圈层都表现为连续的整体性,而且地球的各内部圈层之间、内部与外部圈层之间、各外部圈层之间也都是相互作用、相互影响、相互渗透的,某一个圈层或某一个部分的运动与变化,都会不同程度地影响其他部分甚至其他圈层的变化,这也充分表现了它们的有机整体性。然而,地球也是一个非均质体,它的不同的组成部分(或子系统)无论在物质状态还是运动和演变特点上都具有一定的差异,表现出分异性或多元性。例如,不同地区的地理环境、气候环境具有明显的差异,不同地区的水文条件也具有明显差异。固体地球特别是地壳的不同地区或不同组成部分的差异性更为显着,如大陆、海洋、山系、平原等。这种差异性不仅表现在空间和物质组成上,也表现在它们的运动、变化与形成、发展上。
(3)时间的漫长性与瞬间性
据科学测算,目前可追溯的地球年龄长达46亿年。在这漫长的时间里,地球上曾发生过许多重要的自然事件,诸如海陆变迁、山脉形成、生物进化等。这些事件的发生过程多数是极其缓慢的,往往要经过数百万年甚至数千万年才能完成。短暂的人生很难目睹这些事件发生的全过程,而只能观察到事件完成后留下来的结果以及正在发生的事件的某一阶段的情况。但是,有些事件的发生可以在很短的时间内完成。例如,天气现象往往表现为几天、几小时甚至更短的时间,地震、火山爆发等也都发生在极短的时间内。
(4)自然过程的复杂性与有序性
地球演化至今经历了复杂的过程。其中既有物理变化,也有化学变化;既有地表常温、常压状态下的作用过程,也有地下深处高温、高压状态下的作用过程。此外,各种自然过程还会受地区性条件的影响而具有地区的差异性。所以,自然过程是极其复杂的,而且这种过程由于其漫长性和不可逆性,依靠人类的力量很难完全重塑和再现其过程,因而更增添了地球科学研究工作的艰巨性。但是,这些复杂的自然过程并不是杂乱无章的,它们都具有其发生、发展的条件和过程,都具有一定的规律可循,这也正是地球科学工作者的重要研究任务。
研究对象的特点决定了地球科学具有一些独特的研究方法,并且随着科学技术的发展和进步,地球科学的研究方法也会得到不断的补充和推进。现择要简述研究方法如下:
(1)野外调查
空间的广泛性决定了地球科学工作者首先必须到野外去观察自然界,把自然界当做天然的实验室进行研究,而不可能把庞大而复杂的大自然搬到室内来进行研究。野外调查是地球科学工作最基本和最重要的环节,它能获取所研究对象的第一手资料。例如野外地质调查、水系与水文状态调查、自然地理调查、土壤调查、资源与环境调查等。只有有针对性地到现场去认真、细致地收集原始资料,才能为正确地解决地球科学问题提供可能。
(2)仪器观测
仪器观测是地球科学用来获取研究对象的定性和定量资料的重要手段,通过仪器观测可以了解到研究对象的各种物理、化学性质,参量的静态特征和动态变化,为科学的分析、推理提供依据。仪器观测为地球的研究步入科学的轨道提供了条件,例如,16~17世纪气温、气压、湿度等气象仪器的发明与创造,使气象学逐渐发展成为一门完善的学科。现代高精度的常规与高空气象仪器观测仍然是气象学的重要研究基础。同样,仪器观测在水文学、海洋学研究中也占有特殊重要的位置。仪器观测对于现代地球物理学、地质学的地球内部研究,对于土壤学的研究特别是对于环境地学中的各种监测与评价,都具有极其重要的作用。在现场进行的仪器观测也属于第一手资料,除了科学工作者根据不同的研究目的在现场进行各种观测外,人们还常常设立各种定点观测台站,如气象站、水文站、地震台站、环境监测站等,并通过大量的台站建立观测网,以便获得系统的观测资料。
(3)大地测量
这是地球科学中既古老而又发展迅速的一种重要研究方法,它对推动地球科学的发展起了重要作用。早在古埃及和古中国的时代,人们就借助于步测及其他一些简单的测量工具,进行土地规划、地形与地理制图、水利与工程建设等。到了近代,随着测量仪器的进步,逐渐发展成为传统的大地水准测量和大地三角测量。20世纪中叶发展起来的海洋测深技术(声呐)对于海洋学的发展和地质学的革命曾起了决定性的作用。近些年发展起来的激光测距、全球定位系统(GPS)又给地球科学带来了深刻影响。大地测量的方法对于地理学、地质学、海洋学、水文学及土壤学等的研究十分重要。
(4)航空、航天和遥感技术
现代航空、航天和遥感技术极大地推动了地球科学的发展,成为现代地球科学不可缺少或不可忽视的重要研究方法。由于地球的空间广大,要在短时间内获取大区域的资料,特别是大区域的动态变化情况,就必须充分利用航空、航天和遥感技术,如卫星云图、卫星遥感影像、航空照片等。航空、航天和遥感技术对现代气象学的发展和进步起了决定性作用,成为其重要支柱。它们也是现代海洋学、地理学的主要研究手段,而且对于现代地质学、土壤学、水文学、环境地学等也发挥着重要作用。
(5)实验室分析、测试与科学实验
这是地球科学中各门学科均普遍采用的研究方法,主要是从研究对象中取得所需的各种样品或标本,然后在实验室进行分析、测试,以便获取物质成分、结构、物理与化学性质以及形成历史等方面的定性和定量资料,并通过科学实验分析推断其形成、演变过程和发展趋势等。随着科学的发展,地球科学中的实验科学已有相当的进步。但由于自然过程的影响因素复杂,加之时间的漫长性与空间的广泛性以及现代实验技术水平的限制,在地球科学中有时很难进行与自然界一致的真实实验。因此,地球科学上常采取简化影响因素,创造一些特定的物理、化学环境,模拟自然现象的成因、过程和发展规律,这种方法称为模拟实验。模拟实验只能是近似的,实验结果往往与自然过程有一定差距,但它在再造自然现象的过程、验证和探索地球科学规律方面发挥着重要作用。
(6)历史比较法
这是地质学最基本的方法论。时间的漫长性决定了地质学必须用历史的、辩证的方法来进行研究。虽然人类不可能目睹地质事件发生的全过程,但是,可以通过各种地质事件遗留下来的地质现象与结果,利用现今地质作用的规律,反推古代地质事件发生的条件、过程及其特点,这就是所谓的“历史比较法”(或称“将今论古”“现实主义原则”)的原理。这一原理是由英国地质学家莱伊尔(C.Lyell,1791~1875年,现代地质学的创立者)在赫顿(J.Hutton,1726~1797年,苏格兰地质学家,被誉为现代地质学之父)的均变论学说的基础上提出来的(图0-2,图0-3)。莱伊尔明确指出:“现在是了解过去的钥匙。”例如,现代珊瑚只生活在温暖、平静、水质清洁的浅海环境中,如果在古代形成的岩石中发现有珊瑚化石,便可推断这些岩石也是在古代温暖、清洁的浅海环境中形成的(图0-4);又如,现在的火山喷发能形成一种特殊的岩石——火山岩,如果在一个地区发现有古代火山岩存在,我们就可以推断当时这一地区曾发生过火山喷发作用,等等。历史比较法是一种研究地球发展历史的分析推理方法,它的提出,对现代地质学的发展起到了重要的促进作用。
图0-2 英国地质学家莱伊尔
(C.Lyell,1791~1875年)
图0-3 苏格兰地质学家赫顿
(J.Hutton,1726~1797年)
图0-4 生活在温暖、清洁浅海中的珊瑚
a—现代珊瑚;b—2亿多年前的珊瑚化石
这一原理的理论基础是“均变论”。均变论认为,在漫长的地质历史过程中,地球的演变总是以渐进的方式持续地进行,无论是过去还是现在,其方式和结果都是一致的。但是,现代地质学的研究证明,均变论的观点是片面和机械的。地球演变的过程是不可逆的,现在并不是过去的简单重复,而是既具有相似性,又具有前进性。例如,地质学的多方面研究揭示,在地球演变过程中,地表大气圈、水圈、生物圈的组成、数量、温压以及地球或地壳内部的结构、构造等特征都在发生不断的变化,与现代的状况存在不同程度的差异,这些必然会导致当时发生地质作用的方式与过程具有一系列与今天不同的特点。地球演变的过程也并不总是以渐进、均变的形式进行,而是在均变的过程中存在着一些短暂的、剧烈的激变过程。例如,在岩层中常常发现其物质组成及结构构造发生突然性的变化;在古生物演化中也常常发现大量的生物种属在短期内突然绝灭的现象,如6500万年前后恐龙全部迅速绝灭等。所以整个地球的发展过程应是一个渐变—激变—渐变的前进式往复发展过程,这也符合量变—质变—量变的哲学规律。
因此,在运用历史比较法时,必须用历史的、辩证的、发展的思想作指导,而不是简单地、机械地“将今论古”,这样才能得出正确的结论。地质学的“将今论古”分析方法,实际上对于地球科学中的地球物理学、地球化学、地理学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科的研究均具有重要的借鉴意义。
(7)综合分析
自然过程的复杂性和不可逆性决定了地球科学必须采用综合分析的研究方法。在漫长的地球演化过程中,不同时期、不同方式(物理、化学、生物等)、不同环境(地表、地下、空中等)的自然作用给我们留下的是一幅错综复杂的结果图案。要根据这一图案恢复和解析自然界发展的过程,就必须利用多学科的原理和方法,结合复杂的影响因素,进行综合分析。这一点与数学、物理、化学等学科利用单纯的推导、实验等方法进行研究是大不一样的。例如,在地质学中,由于过程和影响因素很复杂,根据某些个别特征,利用单学科的原理和方法,往往会得出片面甚至错误的结论,这就是在地质学研究中经常碰到的“多解性”或“不确定性”问题。所以,只有在综合各方面研究的基础上,才能得出统一的、最合乎实际情况的结论。
(8)计算机技术应用
有人说20世纪后半叶以来,人类社会已步入计算机的时代,计算机技术的应用已给各门自然科学带来了深刻的影响和革命性的变化。对地球科学也是一样,例如,在现代气象学、地理学、地质学、地球物理学、海洋学、环境地学等领域中,计算机技术已发挥出巨大的作用,成为不可缺少的研究手段和方法。而且计算机技术正在向地球科学的各个领域渗透。计算机技术的应用,为解决地球科学的研究对象空间广阔、观测处理资料量大、模拟形成演变过程复杂等问题带来了无限的前景。因此,要想提高地球科学的研究水平,必须充分地重视、加强和进一步开拓计算机技术在地学中的应用。
20世纪末期开始在全球范围内广泛兴起的“数字地球”(Digital Earth)计划或“数字地球学”研究正是现代计算机技术、信息科学与地球科学相结合的产物。“数字地球”主要是探讨运用现代计算机技术、信息科学对整个地球系统进行全方位的定量化、数字化描述的方法,建立相关的“数字地球”资源平台,并服务于地球科学的研究、应用。因此,“数字地球”实质上是地球系统的一种数字化的表示形式,其基本的理论支撑主要包括相互联系的两个方面,即与地球科学有关的理论以及与数字化技术有关的理论。比“数字地球”稍早一些兴起的“地理信息系统(GIS)”的成功开发与广泛应用,可以说为推动“数字地球”的兴起与发展奠定了良好的基础;但“数字地球”将涵盖地球科学的所有研究分支学科或领域(而不仅仅局限于地理学),其涉及的科学内容与数据量是“地理信息系统”所无法比拟的。1998年1月,美国前副总统戈尔在“开放地理信息系统协议(Open GIS Consortium)”年会上首次提出“数字地球”的概念,认为“数字地球”是指一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的虚拟系统。数字地球的概念一经提出便立刻引起了世界范围的广泛关注,并取得了快速发展。数字地球的研究和实现具有十分广泛的应用前景,如资源与环境的监测与管理,气候和各种自然灾害的预测、预报与防治,土地利用与各种生产、生活的规划及一些危机事件的处理等;它还为地球科学的教育和多学科的研究工作提供了极好的资源平台,特别是为地球系统科学的层圈相互作用研究、全球变化研究及人类可持续发展研究创造了有利条件。
地球科学研究的工作方法通常具有下列程序:
(1)资料收集
根据所要研究的课题和所要解决的问题,尽可能详尽、客观和系统地收集各种有关的数据、样品和其他资料。资料的来源包括对研究区详细的野外调查、仪器观测和收集、分析已有的各种资料和成果等。
(2)归纳、综合和推论
对所收集的资料进行加工整理、归纳、综合,并利用地球科学的研究方法和原理,作出符合客观实际的推论。
(3)推论的验证
通过生产实践或科学实验来证实或检验推论是否正确,并在实践的过程中不断地修正错误,提高认识,总结规律。
地球科学是一门实践性很强的科学。人们通过不断地科学实践,逐渐形成了若干假说和学说。假说是根据某些客观现象归纳得出的结论,它有待进一步验证;而学说则是经过了一定的实践检验、在一定的学术领域中形成的理论或主张。假说和学说对推动地球科学的发展起着重要的作用,它们为探索地球科学的客观规律指出了方向,对实践起着一定的指导作用,同时在实践中不断得到检验、补充和修正,使其日趋完善。当然,有些假说和学说也可能在实践中被抛弃或否定。
H. 研究方法
第一章中述及,作为一门课程的第四纪地质学及地貌学包括第四纪地质学、地貌学及新构造运动学三门独立学科的内容。各门学科都有根据自己的研究对象和内容所制定的研究方法体系,第四纪地质学、地貌学、新构造运动学也不例外,这三门学科的研究对象又是在分布、成因、年代和发展方面具有密切的联系的。因而它们既可以分别进行研究,但也可以结合起来,并且在许多场合下是必须结合起来进行研究的。三门学科的研究内容归纳为:地形形态;第四纪堆积物的岩石、矿物成分和岩相特征;地形、第四纪堆积物的成因和空间分布,以及新构造运动的特点;地形、第四纪地质及新构造运动发展史等。为了进行这些方面的研究,需要采取地形形态、基底地质构造、第四纪堆积物、生物地层学、人类考古学、仪器、绝对年龄、古土壤学等不同方面的方法:
(一)地形形态法
1.研究内容
(1)划分主要和次要的地形形态单元,研究它们的形态描述和形态测量;
(2)给予这些地形以形态名称;
(3)从形态特点方面分析地形以及相关的第四纪堆积物和新构造运动的类型、相对年代及发展史。
2.具体措施
(1)分析等高线地形图、陆地照片、航卫照片等;
(2)野外地面观察和空中观察,对地形进行文字描述、素描、照相、测制地形剖面图、地形形态描述图、地形形态测量图;
(3)从形态上分析地形及相关第四纪堆积物、新构造运动的类型;
(4)研究各地形单元在空间分布上的关系,如层叠的、埋没的、镶嵌的、穿切的、覆盖的、平行的、过渡的等等;
(5)借助地形形态之间的关系,确定地形及相关第四纪堆积物和新构造运动的相对年代和发展历史,如在层叠的阶地系中较高的阶地年代较老,在埋藏的阶地系中较低的阶地年代较老等。
(二)基底地质结构法
这是研究地形、新构造运动与前第四纪基岩和地质构造关系的一种方法。
1.研究内容
(1)研究前第四纪基岩性质、地质构造在地形形成中的作用,作为划分地形成因和年代的依据;
(2)研究老地质构造与新地质构造的关系以阐明老构造运动与新构造运动的关系(有重叠的、继承的、新生的关系等)。
2.具体措施
(1)观察不同岩石性质与地形形态和成因类型的关系,以确定是构造地形抑或剥蚀构造地形、剥蚀地形等;
(3)研究新地质构造与老地质构造在方向、类型、空间、分布等方面的关系;
(4)对比地形剖面图和地质剖面图,地形形态图和地质图;
(5)编制岩石抗剥蚀强度图并与地形形态图进行对比;
(6)编制地貌地质联合剖面图、地貌构造形态图、新构造图。
(三)第四纪堆积物法
这是通过研究第四纪堆积物的岩石、矿物成分、岩相特点、厚度及空间分布的特征来解决这三门学科的有关问题的一种方法。
1.研究内容
(1)对组成第四纪堆积物的岩相特点各种粒级的颗粒进行岩石(粗粒物质)和矿物成分鉴定和研究;
(2)研究第四纪堆积物的物质来源(原地的及外来的);
(3)研究第四纪堆积物的形成环境及成因(例如,第四纪堆积物的岩石矿物成分与下伏基岩有联系,证明是否为残积物、搬运沉积、或其它类型的堆积等);
(4)研究第四纪堆积物与地形的关系,其中包括第四纪堆积物分布的大地形环境(如河谷形态及分布在河谷中的第四纪堆积物,以及第四纪堆积物本身所组成的地形等);
(5)研究第四纪堆积物与新构造运动的关系(如巨厚的第四纪堆积物分布在新构造下降运动地区等)。
2.具体措施
(1)第四纪堆积物自然剖面及人工剖面的观察,观察内容包括:
① 第四纪堆积物的空间分布、厚度变化;
② 第四纪堆积物的岩石矿物成分(尽可能确定);
③第四纪堆积物的岩相特点,包括层理、各层颜色、产状、分选、粗粒物质的磨圆度和扁平度、排列方向、胶结等;
④第四纪堆积物岩相在水平方向和垂直方向的变化(原生的和次生的变化);
⑤第四纪堆积物所含化石及生物残骸;
⑥第四纪堆积物剖面所在的地形部位;
⑦对剖面的观察内容进行文字描述、照相或素描、采集标本和供分析鉴定、化验的样品。
(2)测制第四纪堆积物剖面,并填绘第四纪地质图。
(3)对不同类型的第四纪堆积物如,冰川漂砾、海成砾石层、风成砂、残积粘土等,分别进行不同内容的研究。
(4)在上述研究的基础上,分析第四纪堆积物及相关地形和新构造运动的类型、年代和发展史。
(四)生物地层学法
研究第四纪堆积物及其中所含化石、生物残骸以划分第四纪地层的方法。
1.研究内容
(1)第四纪堆积物中化石和生物残骸的采集和鉴定;
(2)第四纪化石和生物残骸与第四纪堆积物的关系;
(3)分析第四纪化石和生物残骸所代表的古地理环境,以确定第四纪堆积物的沉积环境和成因类型;
(4)借助第四纪化石年代的确定以确定第四纪堆积物及有关地形和新构造运动的年代并进行第四纪地层划分。
2.具体措施
(1)确定化石和生物残骸产出的地点,第四纪堆积物层位和地形部位,化石产出第四纪堆积物层的岩石、岩相特点,并绘制剖面图或素描图、照相;
(2)观察化石的产状、完整程度,借以分析化石是原始沉积抑或次生搬运沉积;
(3)采集第四纪动物和植物化石标本,供鉴定用,并将标本样品编号;
(4)室内进行分析鉴定并编制图表;
(5)研究产出化石的第四纪堆积物与相关地形和新构造运动在成因、年代和发展史方面的关系;
(6)进行第四纪堆积物的地层划分。
(五)人类考古法
研究第四纪堆积物中所含人类骨骸和文化遗迹、借以确定第四纪堆积物的成因、年代和形成历史的方法。研究内容和具体措施类似于生物地层学法。
(六)仪器法
利用仪器测定地貌、第四纪地质及新构造运动过程的方法。
1.研究内容
(1)利用仪器测定地貌过程、沉积作用和新构造运动速度;
(2)测定埋藏的地貌、第四纪堆积物和新构造运动的特点。
2.具体措施
(1)大地测量反复进行三角纲测量,反复进行水准测量,了解地面各点水平位置和垂直高度的变化。
(2)利用水量计观察,测定水位变化。
(3)地球物理法利用磁力异常曲线、重力异常曲线和电阻率曲线分析研究第四纪堆积物的厚度、岩相变化、下伏构造的特点;利用地震仪测定现代地壳运动强度。
(4)利用放射性测定测知岩浆活动与地壳运动。
(5)借助连续卫星照片,分析地貌过程、第四纪堆积物过程和新构造运动强度。
(七)绝对年龄法
测定第四纪堆积物及其所含化石的绝对年龄,借以确定相关地形和新地质构造的年龄,从而进行第四纪地层划分,以及阐明地形、第四纪地质和新构造运动历史的方法。
(八)古土壤法
研究第四纪堆积物中的古土壤,借以划分第四纪地层和研究第四纪地质历史的方法。
在综合性区域地质测量和水文工程地质测量工作中,需要尽可能地利用所有上述方法进行地貌、第四纪地质及新构造运动的全面的研究。在专门的地貌、第四纪地质和新构造运动的研究中,利用上述方法中与研究任务有关的方法。例如,在进行第四纪地层划分的专门研究中,主要利用生物地层法、第四纪堆积物法、绝对年龄法、古土壤法等。
在不同的研究地区内,上述方法的采用和可能发生的作用是不同的。例如,在平原地区,第四纪堆积物的研究方法,通常是一种主要方法;而在山岳地区,基岩地质结构法又常常作为一种主要方法被采用。
第四纪地质及地貌工作人员应当尽可能多地掌握上述方法。但是,全面掌握上述方法是有困难的。地貌第四纪地质人员应当至少掌握地形形态法、基岩地质结构法、第四纪堆积物法等几种主要方法,古生物地层学法应当部分地掌握。对于其它一些方法,第四纪地质及地貌工作人员在大多数场合下都是收集资料,采集标本样品,进行初步分析研究。
I. 怎么评价山中伸弥诺贝尔奖论文中的研究方法
不好写没有关系,师哥我有上届用过的,要吗?摘要的写作 1.摘要的概念和作用 摘要又称概要,内容概要.摘要是以供给文献内容梗概为意图,不加谈论和弥补解说,简明,切当地记叙文献首要内容的短文.其根本要素包含研讨意图,办法,作用和定论.详细地讲即是研讨作业的首要目标和规模,选用的手法和办法,得出的作用和首要的定论
J. 火山碎屑岩的研究方法是怎样的
对火山碎屑岩的研究,首先应在野外搞清如下几个问题:①确定产状,它们是成层的还是充填于火山通道中或在其两侧,若是成层者还要弄清它们是夹于火山岩中还是沉积岩中;②初步判断它们是陆上还是海下堆积(表5-8);③注意火山碎屑物的成分和粒度在同一层火山碎屑岩的纵向及横向变化,了解分异作用特点。例如,在同一层火山碎屑岩中,从下到上粒度由粗变细,成分由相对基性变为酸性,表明岩浆分异的特点。又如,同一岩层在横向上粒度的变化,可帮助寻找火山口,圈定火山喷发范围;④注意观察火山碎屑岩的颜色或结构等特点,以便确定标志层。
室内镜下鉴定要在野外工作基础上进行,重点观察火山碎屑物成分、岩石的结构特点,注意火山碎屑岩与火山熔岩、沉积岩的区别。火山碎屑岩类中主要岩石类型的各自特征,已在前面描述,这里强调几点:①注意仔细观察岩石中是否含有棱角-次棱角的岩屑(其结构与周围介质不同),若含有岩屑则为火山碎屑岩类的岩石而非火山熔岩,此时要进一步注意观察胶结物成分,若为熔岩胶结,表明该岩石为火山碎屑熔岩,若为火山灰胶结,则为正常火山碎屑岩。火山灰的特点是粒径极细小一般<0.01 mm,高倍镜下有时见模糊的似花瓣状,无晶面、晶棱,不显或微显光性,脱玻化则呈似霏细质点,一级灰-白干涉色。这些特点有别于泥质填隙物(泥质物多为极细小的纤维状或鳞片状,干涉色较高),以此又可区别于泥质填隙的沉积成因的碎屑岩或向沉积岩过渡的火山碎屑岩;②仔细观察岩石中是否存在玻屑。玻屑的各种形态是比较容易识别的,单偏光镜下观察时尽量缩小光圈,会看得更清楚,当玻屑脱玻化后,有时在正交偏光镜下看的更明显(照片5-2,3)。当岩石中存在玻屑时为火山碎屑岩,而无玻屑时可能为沉积岩,或更可能为火山熔岩;③注意观察岩石中矿物的某些特征,若岩石中矿物为自形或半自形,具熔蚀结构者,一般为火山熔岩,若其矿物多呈棱角-次棱角状,尽管长石可见部分晶形,但常见沿其解理面破碎成阶梯状或参差状的现象(照片5-20,31),表明这些岩石为火山碎屑岩类;④仔细观察晶屑、岩屑是否有圆化现象,以便区分沉火山碎屑岩和正常火山碎屑岩。