王 岸，袁愛華

中國地質大學(武漢）地球科學學院，湖北 武漢 430074

構造地質學哲學思維探討與教學

王 岸，袁愛華

中國地質大學(武漢）地球科學學院，湖北 武漢 430074

學科自身特點決定了構造地質學具有較強的哲學性，因而哲學性思維需要在教學實踐中得到足夠的重視并付諸實踐。本文從構造運動的時空特征、辯證性思維、系統(tǒng)性及復雜性4個主要方面闡述構造地質學科的哲學性思維特征，并結合學科內容，探討在教學實踐中融入與貫穿哲學性思維的方法，以此促進教學質量的提高。

構造地質學；哲學思維；教學

地質學以人類社會賴以生存和發(fā)展的地球及其環(huán)境為基本研究對象，是支撐社會發(fā)展的關鍵學科之一。在地球科學體系中，構造地質學是一門特殊的學科，以地球系統(tǒng)的物質運動為基本研究內容?？茖W的地質運動觀對構建和引導地質學一級學科的理論體系及其發(fā)展導向有綱舉目張之作用，因而構造地質學素來享有地球科學領域綱領性學科地位的美譽。

作為綱領性學科，構造地質學知識體系的構建是建立在地質學各分支學科之上，從屬于較高知識體系層次，因而構造地質學的核心任務之一是對各分支學科的研究成果進行高度綜合集成；另一方面，構造地質學又有其專有的研究對象和內容─中小尺度的構造，從而使其兼具分支學科的功能和職責。構造地質學綱領性學科的特殊性及其雙重角色使得構造地質學更加具有哲學性關聯(lián)，客觀上需要我們具備哲學性眼光和思維，去認識理解和運用構造地質學。在構造地質學的教學實踐中，貫穿和融入相關哲學思維，從哲學角度將學科重要概念和知識體系融會貫通，對培養(yǎng)和熏陶學生的哲學思維能力必將大有裨益。

一、構造運動時空觀

構造地質學涉及構造運動，其重要特征之一是具有不同于其他學科的時空尺度，正如恩格斯所說─不但是我們，而且是任何人都沒有經歷的過程[1]。傳統(tǒng)的構造地質學一般在百萬年(Ma）的時間尺度上研究構造運動，盡管現(xiàn)今高精度微區(qū)原位同位素技術已經能夠獲得千年、百年尺度下的高置信度年代學數據，極大提高了構造地質學研究的時間精度，但是現(xiàn)代構造地質學關注的時間尺度仍然遠遠超越了人的生命。因此科學地研究和認識構造運動過程，要求我們以哲學性思維來思考和理解百萬年時間尺度上的構造運動及地質過程的特征。

關于地質運動過程，在地質學發(fā)展史上曾存在著名的均變論與災變論之爭。均變論認為地質演化是連續(xù)漸變的過程，而災變論則認為地質過程是由系列突發(fā)性的重大地質事件驅動。事實上地質運動過程在漫長的地質時間尺度上，確實表現(xiàn)出平靜期與活躍期交替進行的特征，但無論是平靜期還是活躍期，在其時間尺度以內又都表現(xiàn)出各種非平靜與非活躍階段和特征。因此從馬克思辯證唯物主義哲學觀的角度來看，二者是對立統(tǒng)一的。地質運動過程在時間上體現(xiàn)出的均變和災變特征均為地質過程在不同時間尺度上的辯證性體現(xiàn)，片面強調其中任何一方面都有失偏頗。

地質構造運動在時間上遵循量變—質變—量變的具有階段性的基本演化規(guī)律，在地質運動的空間特征方面也是如此。例如大洋、大陸作為地球表層兩種最基本的對立的構造和地貌單元，在地質歷史演化過程中，大洋與大陸不斷發(fā)生拼合與裂解作用，使得大洋與大陸構造地貌單元彼此交替變遷，這也正是構造運動經歷量變—質變過程的真實寫照。

將辯證性時空觀貫穿并融合在構造地質學的教學實踐過程中，必將有助于學生科學深入地認識構造運動發(fā)生的時空過程特征及各類構造在不同時空尺度上的潛在關聯(lián)。為此，在教學過程中，首先要強化各種構造現(xiàn)象的時間和空間屬性。這在實際教學過程中極易忽視，因為通常情況下構造現(xiàn)象的時空屬性需要讀者依據相關背景進行理解，而對于初學者無疑增加了理解障礙。例如“特提斯大洋”、“華北克拉通”、“勞亞大陸”等。在構造地質學教學中頻繁出現(xiàn)的術語，均具有特定的時空涵義。“華北克拉通”是指中生代華北地區(qū)穩(wěn)定的大陸克拉通地殼，而非現(xiàn)今華北明顯減薄破壞的大陸地殼；“特提斯大洋”是指新生代早期位于赤道附近，曾經介于印度與歐亞板塊之間的大洋，現(xiàn)今經歷板塊碰撞已而消失；“勞亞大陸”是指中生代由北半球主要大陸聚合而成的超級大陸。只有明確構造現(xiàn)象時空屬性及其具體涵義，才能夠培養(yǎng)學生構建具有時空變化的地質構造運動過程及其思維能力。

其次，客觀認識構造運動過程發(fā)生的時間和空間跨度尺度。例如構造變形的速率跨度非常大，通常情況下運動速率在10-12～10-14m/s的尺度上，而地震過程中的變形速率常常達到m/s的尺度，即通常的1012～1014倍；而在空間上，構造運動具有從宏觀到微觀超微觀的不同尺度，大可至區(qū)域性乃至全球性的構造運動，小可至露頭及肉眼尺度的礦物變形，甚至礦物晶格尺度上的位錯變形。

二、構造地質學中的辯證性思維

辯證性特征普遍存在于構造地質學中構造現(xiàn)象之間。深刻認識各種概念及構造現(xiàn)象之間的辯證性聯(lián)系，無論對加深知識及構造現(xiàn)象的理解，還是引導我們揭示客觀世界構造現(xiàn)象背后未知的潛在聯(lián)系都是極其有益的。例如構造變形存在脆性變形與韌性變形兩種機制，通常我們會強調二者的差異性(對立性），即變形機制在連續(xù)性方面的本質差異，而忽視了二者的統(tǒng)一性。實則二者并沒有截然的界限，連續(xù)性與不連續(xù)性是依賴空間尺度的表現(xiàn)特征(圖1）。肉眼尺度上的不連續(xù)特征(脆性變形特征）在宏觀尺度上可以認為是連續(xù)的(塑性變形特征），而肉眼尺度上的連續(xù)變形(塑性變形特征）其實在微觀尺度上同樣是不連續(xù)的，是微觀脆性變形，因而彼此又是統(tǒng)一的；正因為如此，實際材料的變形總是脆性與韌性變形彼此共生，因而我們把脆性破裂變形前韌性應變低于5%的變形界定為脆性材料[2]。與此類似的還有透入性與非透入性、宏觀與微觀、節(jié)理與斷層等之間的辯證關系。

圖1 連續(xù)性與非連續(xù)性特征在不同空間尺度上的辯證關系

事實上構造因素在時空尺度方面的巨大差異正是各種構造運動在具備對立統(tǒng)一辯證性的重要原因之一。傳統(tǒng)構造地質學與大地構造學也是辯證統(tǒng)一的關系，二者研究不同空間尺度的各類構造，但各種具有對立性的構造類型歸根結底需要在構造動力背景及機制等方面進行統(tǒng)一，而這種統(tǒng)一性往往正是構造地質學研究有待揭示的重要方面或研究的重要目標。例如構造地質學中的三種基本構造類型:伸展、擠壓和走滑構造，長期以來我們傾向于強調其對立性(事實上，彼此對立性特征往往很突出），而忽視了關注和探索它們之間的統(tǒng)一性。

作為不同的構造類型，它們的統(tǒng)一性至少表現(xiàn)在兩個方面。首先在力學機制方面，三者具有本質上一致的空間應力格局─安德森模式(斷層形成的機制）。其次，在統(tǒng)一的構造環(huán)境中不同構造類型彼此兼容共生，并并可以相互轉化。例如在經典板塊擠壓碰撞造山帶─喜馬拉雅造山帶的內部，大規(guī)模擠壓構造(主中央逆沖斷層系）和伸展構造(藏南拆離斷層系）同等發(fā)育， 彼此并不排斥[3]；甚至藏南拆離斷層系還具有早期逆沖作用的歷史。盡管造山帶尺度上的伸展機制體現(xiàn)的深層次動力因素還不完全清楚，但伸展和擠壓兩種對立性的構造彼此兼容，并可以相互轉化是毫無疑義的。青藏高原東部地區(qū)系列大型走滑構造系統(tǒng)─鮮水河斷層、紅河斷層等，中新世以來均有性質轉換過程[4]。

上述構造現(xiàn)象表面上是矛盾對立的，實際上它們可以在不同的時間尺度、空間尺度、某些性質或動力機制方面得到統(tǒng)一，而這種統(tǒng)一性往往更具有科學意義和價值。因此我們要重視引導學生思考和認識不同構造現(xiàn)象之間的辯證性關系，基于不同的時空尺度或性質去看待構造現(xiàn)象之間對立統(tǒng)一，而非簡單片面強調其對立性，以此引導和促進學生探索和洞悉構造現(xiàn)象的自然規(guī)律。

三、構造地質過程的系統(tǒng)性

20世紀80年代晚期，美國地球系統(tǒng)科學委員會正式提出“地球系統(tǒng)科學”的概念和思想[5]。地球系統(tǒng)科學將地球作為一個由地核、地幔、巖石圈、水圈、大氣圈以及生物圈構成，彼此具有動態(tài)相互作用性質的多圈層有機系統(tǒng)；而研究的重點也相應轉變?yōu)樵谙到y(tǒng)內部各要素之間相互作用基礎之上的系統(tǒng)整體性質及行為。地球系統(tǒng)科學從系統(tǒng)的局部與整體的關系為出發(fā)點研究地球系統(tǒng)整體的行為，科學地引領當前地球科學發(fā)展的總體趨勢。

構造地質過程的系統(tǒng)性具體表現(xiàn)為多時空尺度下，多因素的相互作用關聯(lián)。例如構造作用在地表地質過程方面即表現(xiàn)出強烈的系統(tǒng)性特征。作為地球的內動力，構造作用主導和控制了地表地貌(造山帶、高原、盆地等）的形成演化，而地表地貌的形成卻是地表外營力作用(河流、冰川、風化等）的直接結果。因此，內、外動力是地表作用系統(tǒng)過程的兩個方面，二者在不同的時空尺度上影響地表作用過程，并且彼此之間存在動態(tài)相互作用過程(圖2）[6]。構造作用在較長時間尺度上控制和引導大地貌的形成演化，而外營力作用則在相對較小的尺度上通過各種剝蝕作用塑造形成地貌。

圖2 內外營力因素構成的地貌系統(tǒng)概念模型

地質構造過程的系統(tǒng)性為構造地質學的研究提供了全新的思路。對于一個有構造作用參與的系統(tǒng)過程，基于系統(tǒng)各要素之間的相互作用關聯(lián)，通過系統(tǒng)的非構造因素可以揭示構造因素的性質及具體過程，當然我們首先要把握系統(tǒng)內各要素之間相互作用的性質和過程。傳統(tǒng)的構造地質學研究強調從構造變形的物質記錄直接對構造運動過程進行揭示，具有相對的獨立性，而地球構造過程與各種外動力地質過程之間的相互作用研究長期以來沒有得到重視，這也是當前構造地質學教學實踐中容易忽略的一個重要方面。在教學過程中，重點要培養(yǎng)學生分析和建立系統(tǒng)模型的意識和思維能力，要根據系統(tǒng)的具體特點和問題側重方面，分別強化和簡化系統(tǒng)內各種重要和次要要素，基于系統(tǒng)模型中要素間相互作用關系，揭示系統(tǒng)的整體行為。關注地質構造過程的系統(tǒng)性符合當前地球科學發(fā)展趨勢，地質過程的系統(tǒng)性要求我們具備全局思維，通過建立各要素構成的系統(tǒng)模型，基于要素之間的相互作用研究，研究和揭示各獨立要素及系統(tǒng)整體的性質和過程，而非片面應對問題的局部或某個方面。

四、構造地質過程的復雜性

長期以來，人們普遍認為客觀世界是簡單的，或者是簡單性的復合，任何問題給定邊界條件就可以得到確定的結果。但是20世紀后期隨著自然科學研究的深入，特別是量子力學的革命性沖擊，人們深刻認識到客觀世界的本質具有復雜性，即在給定的邊界條件下得到的卻是不確定的結果。自然界復雜性產生的重要原因是客觀世界的邊界條件并非模型中的理想化邊界條件，而是存在無數的細微“擾動因子”，正是這些個體微不足道的擾動因子，使我們最終在某個精度上失去了確定結果的能力。

與簡單性一樣，復雜性也是自然界的基本特征之一。客觀地質環(huán)境的復雜決定了地球構造作用過程具有高度的復雜性特征[7]。斷裂發(fā)育就是一個具有代表性的復雜過程。分子結構理論計算表明普通巖石發(fā)生斷裂所需的應力約為10000MPa，而大量實驗結果表明巖石發(fā)生斷裂的應力不超過100MPa。造成上述理論和現(xiàn)實巨大分歧的根本原因在于任何現(xiàn)實對象(巖石或礦物）都不是理想條件，而是存在各種缺陷(雜質、各向異性邊界、晶格缺陷等）。正是這些無數微小的缺陷導致了局部應力集中，從而誘發(fā)微觀破裂，微破裂一旦產生就會與應力場產生相互作用，微破裂進一步通過拓展聯(lián)結，最終孕育出宏觀破裂。大量細微“擾動因子”及其產生的非線性相互作用使得宏觀斷裂的產生具有不確定性。斷裂作用的復雜性特征對地震的預報提出巨大挑戰(zhàn)，國外科學家甚至據此認為地震無法預測。

自然界固有的復雜性從來沒有而且也不應該影響我們探索和研究未知世界的信息。面對復雜性問題，在方法上，我們應該盡可能嘗試把復雜性問題分解為多個簡單性問題或多個簡單方面，采用簡單性方法加以研究，通過建立系列端元模型，在滿足精度需求條件下，研究揭示復雜性科學問題的近似解。認識構造地質過程的復雜性特征，并采取科學盒里的研究方法，對正確認識和研究復雜性科學問題無疑是極端重要的。因此，在教學過程中，應該適當加強典型復雜性問題進行案例剖析，建立復雜性問題簡化的思維方法，從而在獲得足夠精度要求的尺度上分析和解決問題，為學生認識和應對復雜性問題提供科學的思維基礎。

五、結束語

綜上所述，構造地質學較之于地質學各分支學科，是一門高度綜合集成的基礎科學，更重要的是它具有引領地質學一級學科發(fā)展導向的重要使命。學科自身的特殊性決定了哲學性思維在構造地質學中的異常重要性。當前可持續(xù)科學發(fā)展理念更是要求我們從哲學高度思考和應對人與自然資源和環(huán)境之間日益凸顯的重大問題。在構造地質學的教學實踐過程中融入相關的哲學性思想，一方面有助于學科本身知識體系的融會貫通，另一方面，通過哲學性思維培養(yǎng)和熏陶，積極引導并建立學生科學的地質構造觀，為自然科學理論研究和社會生產實踐提供科學的思維基礎。

[1] 恩格斯.反杜林論[M].北京:人民出版社，1971.

[2] 朱志澄.構造地質學[M].武漢:中國地質大學出版社，1999.

[3] Beaumont C, Jamieson RA, Nguyen MH, et al.Himalayan tectonics explained by extrusion of a low-viscosity crustal channel coupled to focused surface denudation[J].Nature, 2001，(414): 738-742.

[4] Lin T, Lo C, Chung S, et al.40Ar/39Ar dating of the Jiali and Gaoligong shear zones: implications for crustal deformation around the Eastern Himalayan Syntaxis[J].Journal of Asian Earth Sciences, 2009, 34(5): 674-685.

[5] Earth System Science Committee.Earth System Science: A Program For Global Change[M].Washington DC, NASA, 1986.

[6] Wang A, Garver IJ, Wang G, et al.Episodic exhumation of the Greater Himalayan Sequence since the Miocene constrained by fission track thermochronology in Nyalam, central Himalaya[J].Tectonophysics, 2010，(495):315-323.

[7] 白屯.現(xiàn)代地學系統(tǒng)思維:從地學哲學的理論創(chuàng)新來看[J].中國地質教育，2002，(3):25-28.

Philosophic-Thinking and Teaching about Exploration in Structural Geology

WANG An, YUAN Ai-hua
China University of Geosciences, Wuhan 430074, China

The nature of structural geology brings much philosophic features, which deserve paying much attention and are expected to be well treated in teaching practice.This paper illustrates some philosophic-thinking related features in structural geology from the four major aspects: the spatio-temporal features of tectonic movement; dialectic thinking; system solution and the complexity.Based on contents of the structural geology, brief methods are discussed on how philosophic thinking is put into teaching practice, which are supposed to be a promotion for well teaching in geology.

structural geology; philosophic thinking; teaching

G640

A

1006-9372 (2011）02-0010-04

2011-03-17。

國家自然科學基金項目(40902060）。

王 岸，男，講師，主要從事構造地質學相關的教學和科研工作。