当今世界已经进入了一个大科学的新时代,东方人综合思维的优势,在21世纪将可以大放异彩。新近我们在2014年第4期《前沿科学》上发表了一篇题为《论陨击事件与全球性造山运动和板块构造诞生的关系——大地构造动力学的重要新进展》的论文,把天、地、生等表面上看来互不相关的种种现象,组成了一个有机的整体,合理地解析了若干大地构造动力学问题。
1996年,笔者在献给第30届国际地质大会的专著《大陆层控构造导论》中,发挥了东方人综合思维的优势,创立了大陆层控构造学说。认为大陆地壳运动,是地球自转力、陨星撞击力、重力和热力综合作用的产物。并从流变学观点出发,指出上覆刚硬层构造受下伏软弱层控制,把大陆岩石圈构造分成4个层次:受上地壳底部结晶基底顶界不整合面控制的盖层构造为薄皮构造;受中地壳塑性层控制的上地壳构造为厚皮构造;受规模较小、分异不充分的异常地幔控制的地壳构造为过渡壳构造(优地幔);受软流层控制的岩石圈构造为板块构造。随后抓住中地壳塑性层在大陆构造演化过程中所起的承上启下的关键性作用,认为在重力作用下,该层向上控制盆—山系厚皮构造,向下引起异常地幔或软流层上拱,使其中断陷盆地厚皮构造演变成优地槽过渡壳构造或海底扩张板块构造。指出发端于中生代以来刚硬单一大洋岩石圈的“板块构造学说是‘登不了陆’的”。时隔7年之后的2003年4月份,美国学术界在网上以白皮书方式公布了“构造地质学和大地构造学的新航程”总结性文件,终于承认“大陆地质并不适合于板块构造模式”,也开始认识到未来应以流变学为核心理论模式去解开大陆构造之谜。
构造地质学研究分三个层次:几何学、运动力和动力学。动力学是构造地质学研究的顶峰。本文主要介绍笔者在大陆层控构造学说基础上发展起来的前述新发表的论文观点,是如何运用东方人综合思维方式,研究秦岭印支造山带、全球性造山带和板块构造诞生的动力学问题的。
一、秦岭印支造山带成因机制
秦岭印支造山带以其独特的地理位置、丰富的矿产资源和重要的学术价值,历来是中国地学界的主攻对象。可是过去囿于就地球论地质的局限性,其成因机制一直悬而未决。
20世纪80年代末期,在其东段大别山发现了轰动一时的榴辉岩、柯石英、金刚石等超高压变质岩石矿物,更引起国内外学术界的强烈兴趣。不少专家学者就事论事,运用西方人分析思维方式,根据这些矿物形成的温压条件,按埋深进行推算,认定这是所在陆壳俯冲到100千米以内深的产物,并作为秦岭印支造山带是板块俯冲造成陆-陆碰撞的确凿证据;而且陆壳俯冲到该深度之后,又快速返回地表,使其中很不稳定的柯石英不至于产生退变质作用。于是,密度小的陆壳为什么能够俯冲入密度大得多的地幔这么深,俯冲后又是什么动力通过什么机制让这个巨大的陆块井然有序地折返地表,便成为大家竞相研究的热点课题。甚至为了“揭示板块汇聚边缘碰撞造山带的深部物质组成与结构构造,重塑超高压变质带形成与折返机制”,不惜投入数以亿元计的巨资,从2001年6月25日到2005年4月18日,在秦岭印支造山带东段江苏东海县打了一个5158米深的科学钻。该钻完成后,除了在俯冲岩板中见到更多的高压超高压变质矿物外,并没有发现板块俯冲和折返的任何证据。正如笔者在开钻不久后的2001年9月14日,给中央领导人员的信中所预料的:“除了将获得中地壳物质和揭示壳内俯冲作用之外,不会有什么与板块俯冲有关的成果”。由于他们的思路不对头,把这个简洁明了的构造问题,弄成个复杂无比、谁也说不清道不明的重大科学难题。
其实这是个动力学问题,而不是个静力学问题,是陨星逆向撞击,造成地球自转速度急剧变慢派生的自南而北强烈经向惯性力作用的产物(后面再作论述)。根据地球物理剖面及其他地质资料得知,南秦岭断陷盆地(地槽)上地壳底部,由表壳岩系、花岗质片麻岩和变质基性岩类三套岩石组合构成的3千米至4千米厚的刚硬结晶基底,在印支运动期间,已经断落到与北秦岭断隆山软弱的中地壳塑性层直接接触,因而在该经向惯性力作用下,前者便向后者顺层俯冲。在俯冲过程中,北秦岭中地壳塑性物质,在俯冲岩板强烈挤压和摩擦下选择性重熔,产生大量花岗岩及其丰富的金属和非金属矿产。俯冲岩板也在强烈挤压力作用下,产生榴辉岩、柯石英、金刚石等超高压变质岩石矿物。俯冲岩板在俯冲后,也没有随即折返地表,而是由于陨星撞击力来去匆匆,从而使俯冲入北秦岭断隆山中地壳塑性层、埋深只有十来千米的俯冲岩板中很不稳定的柯石英,不至于发生退变质作用。尔后到了晚侏罗—早白垩世和晚白垩世—古近纪,大别山地区先后作为北部北西西向晓天—磨子潭上地壳走滑正断层、东部北北东向郯庐上地壳走滑正断层南段共同的断隆山,其上地壳才被高高地抬起。经过长期的剥蚀,该上地壳底部大别群俯冲岩板及其超高压变质岩石矿物,以及下伏中地壳塑性层物质及其花岗岩,才露出地面,成为变质核杂岩。
三叠纪后期,地球先后发生了4次陨击坑直径40千米至100千米之间的重大陨击事件。其中距今220±10百万年、陨击坑直径80千米发生于俄罗斯伊万诺沃州和距今212±2百万年、陨击坑直径100千米发生于加拿大魁北克省的两次陨击事件,不仅发生时间跟中三叠世与晚三叠世之间(距今235.0百万年)和三叠纪与侏罗纪之间(距今208.0百万年)的两幕印支运动同步,而且它们逆向撞击促使地球自转速度急剧变慢所派生的自南向北经向惯性力和由西到东纬向惯性力方向,也分别与该时期位于北半球的东西向秦岭向北俯冲的冲叠造山带和近南北向鄂尔多斯西缘向东仰冲的冲叠造山带作用力方向一致。
对秦岭印支造山带成因机制两种截然相反的认识,反映了东方人综合思维与西方人分析思维的差异。
二、全球性造山运动成因机制
发生于65百万年前墨西哥尤卡坦半岛陨击坑直径180千米的巨大陨击事件,造成该时期发生了全球性的强烈造山运动(距今65百万年)。该次运动几乎遍及全中国,被称为燕山运动最后一幕。在欧洲、西亚和北美,则称为拉拉米运动或比利牛斯运动,见于阿尔卑斯山 、比利牛斯山、高加索、落基山及其他地区的不整合现象。它还导致古地磁倒转、古火山广泛爆发、古气候剧变、恐龙等大量古生物灭绝和中生代与新生代交替(距今65百万年)。
许多西方学者运用分析思维方式研究该时期古生物大灭绝原因时,有人强调古气候变化,有人强调古火山广泛爆发,有人强调古地磁倒转,等等,其实这一切都是巨大陨星顺向或逆向撞击派生的产物。
三、板块构造诞生成因机制
三叠纪后期在短短的13百万年时间内,竟然连续发生了4次重大的陨击事件,从而不仅在地壳运动史上树立起一座新的里程碑,而且还促使地球内部物质发生了重大的物理化学变化,引起三叠纪以前分异不充分、规模较小的异常地幔,快速广泛地演变成分异充分、规模巨大的软流层。有了软流层才有了海底扩张、大洋岩石圈和板块构造。这就是迄今为止全球没有发现过一块前侏罗纪洋壳,以及到了侏罗-白垩纪时期世界各大洋才骤然一起登场取代了原来海水较浅、属于厚皮构造或过渡壳构造的陆表海的原因。
西方一些学者通过计算,认为地球平时自转速度变化派生的经向和纬向惯性力微不足道。这是片面的见解,因为他们算出来的是质点力,而质点力是可以叠加的,叠加起来的体力是足够强大的。何况陨击事件导生的地球自转速度变化是急剧的,其惯性力更为惊人。上述事实可以为证。
(作者系中化地质矿山总局地质研究院高级工程师)