二、揭开地层的奥秘

1920 年的一天，李四光来到北京大学，校长蔡元培和几位教授在理学院的办公室迎接他。互相交谈片刻之后，蔡元培便领着李四光到地质系巡视了一遍。李四光看到教室破旧，设备简陋，便向蔡元培建议将这里整修一番，蔡元培立即表示同意，并将改建环境之事全权委托给李四光操办。在得到校长的全力支持后，李四光便亲自进行设计规划。他将理学院后面的大殿改建成一个大讲堂，又将大殿前的院子改造成一座小花园。院子两边栽上了四季长青的松柏。院子中央安装一个日晷（guǐ，按照日影测定时刻的仪器）。以日晷为轴心，修建了伸向各个方向的几条放射形道路。这样，为学生们提供了一个学习和休息的幽雅环境。随后，李四光改造了实验室，添置显微镜，修理了桌椅，又将西廊下的几间旧房子改建成洗澡间。

李四光在地质系主讲岩石学，他不照搬外国课本，而是自己编写适合中国情况的讲义。为此，他不知度过了多少不眠之夜。他在教学时，特别注重理论联系实际。他常常自己动手磨制各种岩石薄片，并将它们放在显微镜下，教学生辨别不同岩石的不同折光。每逢考试，他不仅要求学生答题，还发给学生几块岩石，让学生写出这些岩石的名称、成分、生成原由及与其他矿产的关系等等。为了获得第一手资料，李四光还经常带学生们去野外考察。1921 年 3 月，他首次带领学生来到北京西郊，对南起中心坨，北至大觉寺，西起金庄，东至玉泉山一带的地形地貌进行考察。这次考察，学生们收获很大，因为这里的岩层走向与我国北部地质上岩层的走向大体一致，了解这里的地质状况，对于了解整个中国北部山脉和地层具有典型意义。

长期的野外考察，使李四光走路养成一个习惯，他每跨一步大约是 85 厘米，这样一来，在填写地质图、测量地层露头的长度、宽度之时，他只要迈上几步，就能够做到心中有数了。他还要求学生也都能记住自己一步的大致距离。

为了弄清中国煤矿的分布情况，李四光从 1921 年开始从事对“蜓（tíng）科”化石的研究。“蜓”是一种微体古生物，中间大、两头尖，形状似纺纱用的纺锤，所以日本人称之纺锤虫。在我国，人们习惯称纺锤为“筳”，李四光以此为根据，在筳旁加个虫字，给这种微生物化石起了个新名“蜓科”。由于它体积很小，用肉眼只能大概看到它那橄榄形的外壳，要分析它的内部结构，必须将它们磨成薄片，放到显微镜底下观看。

八月的北京，骄阳如火，酷暑逼人。李四光利用暑假，加紧对“蜓科” 的研究。在薄片磨制室，李四光和助手磨薄片的工人朱师傅忙得不可开交。朱师傅先用金刚石切刀将“蜓”化石切成磨片，然后放到配有粗细金刚砂的磨盘上，精心磨制。当磨到一定程度时，李四光便接过来亲自研磨，他手拿显微镜，将薄片放到显微镜下，看一看，磨一磨，必须磨到约 0.03 毫米的厚度，使它变成一张形同薄纸的石片。这样光线可以透过薄片，使其内部结构清晰可见，这种厚度当时并没有工具可以测量，只能依靠经验和技术。

树叶绿了又黄，春天去了又来。李四光年复一年，坚持不懈钻研“蜓科”。通过显微镜，李四光终于看清楚“蜓科”的内部结构，那是一些蜜蜂窝状的小格子，他根据小格的不同排列，鉴别它们不同的种属，判定出它们的进化阶段，进而推断出含有这些不同种属的化石岩层的时代。例如“蜓科”是石炭二迭纪地层的标准化石，石炭二迭纪是产煤地层。由此可以根据这些已经

划分出层的岩层，考察它们如今的分布状况，从而寻找出煤矿分布的规律。这门学科称古生物地层学。

李四光将已经鉴定出来的“蜓科”的不同种属，拍成照片，接着便投入了紧张的论文撰写之中。他将自己多年研究成果写成《中国北部之蜓科》一书。在这部学术专著中，他根据不同种属的“蜓科”化石，解决了多年争执不下的地层划分问题。他的科学论证，不仅平息了中国北部含煤地区石炭纪地层划分的争论，而且对北美石炭纪地层的划分，也产生了重要的影响。从此之后，许多中外地质学家都开始采用这一科学方法。李四光也因为这一优异的研究成果获得伯明翰大学授予的科学博士学位。

1926 年，中国地质学会在北京举行。在这次大会上，李四光宣读了他的论文《地球表面形象变迁的主要原因》。在这篇论文中，他提出了“大陆车阀”自动控制地球自转速度的学说，明确指出，地球自转速度发生了时快时慢的变化，才是引起地球表面形象变迁的主要原因。李四光提出的这个观点与美国地质权威提出的“大洋造山说”截然不同。“大洋造山说”认为太平洋底不断陷落，使它的边缘向大陆方面挤压，这种垂直升降运动，产生了环绕太平洋的美洲山脉。李四光则认为，东亚各种构造型式形成的山脉与美国西海岸边边缘山脉产生的原因大不相同。东亚许多山脉并不限于大陆的边缘，它们延伸的方向，也不与大陆边缘平行。例如阴山至天山，秦岭至昆仑，还有南岭等山脉，所以它们生成原因不是由于太平洋底的陷落，而是由于大陆本身的运动⋯⋯

李四光这一崭新的理论一经提出，立即引起与会者的不同反响。正在北大执教的美国地质构造学权威维理士流露出明显的不满，周围一些国内学者也小声议论：人家英美学者研究了那么多年，也没人像李四光先生这样标新立异！

面对周围的种种议论，李四光陷入了深深的思索：外国专家反对自己提出的新观点并不奇怪，因为他们一向看不起中国人。但是某些中国学者缺乏独立思考精神，只知一味附和英美专家，这实在可悲！不过从另一角度看，自己的理论也存在着一些缺点，它所使用的依据还不够严密，这个理论也只是像刚刚出土的幼芽，还不成熟，还有待进行更深一步的研究。想到这里，李四光又为自己制定了一个新的研究计划，他把已经达到的高度，作为新计划研究的起点。

没过多久，李四光作为北京大学的代表，赴莫斯科参加地质学会议。在火车上，李四光仍然没有停止研究。他展开地图，用地质学家独具的敏锐眼光观察着周围的一切。当火车越过乌拉尔山脉时，他惊奇地发现：这座著名的山脉，褶皱强烈，南北蜿蜒，耸立在辽阔的西伯利亚平原。这一奇特的地质现象引起他的思考：这座南北走向的山脉是如何形成的？它是孤立存在，还是与别的地质现象有联系呢？一路上，这个问题始终萦绕在李四光头脑中。

在莫斯科，李四光见到了苏联一些地质学专家，他将自己思考的问题提出来和同行们进行探讨。当时传统地质学称地壳上褶皱强烈并隆起的地区为“地槽”。因此，苏联专家听完李四光的问题后，不假思索地回答：“乌拉尔山脉，它是由一个南北地槽在返回阶段中转变而成的。”李四光对这个简单的回答感到不满足，他认为乌拉尔山脉是在上古时期由一次巨大的构造运动而形成的，这次运动不可能只形成一个孤立的乌拉尔山脉。他打开苏联地

质图仔细察看，发现在乌拉尔山之南有一座东西延伸，而又向南突出的巨大弧形山系，这座东西走向的弧形山系与南北走向的乌拉尔山组成了一个巨大的“山”字。李四光对着地图反复思考：这种山字型构造是否是在地球自转速度加快时引起地壳广泛运动而产生的内部有联系的一种构造体系？为了论证自己的想法，回国之后，李四光着手实地考察。

1927 年，蔡元培在上海成立中央研究院，聘请李四光担任中央研究院地质研究所所长。第二年，李四光率领一个小组来南京、镇江一带考察，发现宁镇山脉为一座大致东西走向的弧形构造，弧形的顶部向北突出，李四光认真思考起来：如果山字型构造确实是地壳在自转速度变化中形成的一种体系，那么这种地质现象一定具有普遍意义。宁镇山脉走向与山字型构造的前弧十分相象，那么在它的南面应该有一座南北走向的山脉。带着这种设想，大家四处寻找，最后在南面果然找到了南北走向的茅山山脉，它与宁镇山脉恰好形成了山字型构造。此后不久，李四光又在全国各地发现了许多山字型构造。由此他得出结论：山字型构造是地壳表面运动时产生的一种专门类型，只要发现有南北走向的脊柱，就可以在它的东西方向找到一个大致为弧形的山系。反过来，只要发现了东西走向的弧形构造山系，在弧顶便可以找到南北走向的山脉——山字型构造的脊柱。

在对山字型构造体系的研究中，李四光逐渐发现，地壳上除去山字型构造体系外，还存在着其他各种以不同型式组合的构造体系。这些构造体系的发现，说明地壳上的褶皱和沉降，并非杂乱无章，而是有其自身生成规律和内在联系，即：它们都是因地球自转速度的变化，影响地壳运动也出现相应的变化，由此产生出各式各样的构造体系。

1929 年，李四光发表“东亚一些典型构造形式及其对大陆运动问题的意义”，这篇文章标志着他开始进入了研究地壳构造体系的新阶段，这位不知疲倦，勇于探索的青年学者，终于揭开了地层的奥秘，向着新的研究领域进发。