二、探根溯源

探索地体起落和沧桑之变，换句话说，即探索地壳运动及其规律，这是一个科学难题。为了揭开它的奥秘，许多地球科学工作者继往开来，为此贡献了自己毕生的精力。

早在 1788 年，英国地质学家赫屯(Hutton，1726—1797)就曾在他的名著《地球理论》一书中指出：“地下火”是使山脉崛起的内在动力。他认为，地球内部的“地下火”——炽热的岩浆侵入地壳或溢出地表，是使地壳隆起的真正原因。这就是最早对地壳运动问题作出解释的“隆起说”。这一假说从火山活动这一常见的现象出发，以简单、明了的模式探讨了引起地壳运动的原因。但是，限于当时的科学水平，它毕竟是肤浅的，甚至与某些事实相矛盾。因为如果地层的隆起是由于岩浆的活动，那么必然是上覆地层在先，岩浆活动在后。然而某些地区的花岗岩体却老于上覆的沉积岩层，这一现象就无法解释。随着与之相矛盾的地质事实的发现，赫屯“隆起说”像昙花一样，稍现即逝了。

1852 年法国地质学家鲍曼(EliedeBeaumont，1798—1874)提出了又一种新的学说——“收缩说”。这一学说是建立在当时盛行的拉普拉斯地球热起源基础上的一种假说，认为由炽热星云冷凝形成的原始地球，由于它不断冷却散热而不断收缩，因为散热最快的是地球的外部，因此在地球的外面首先形成一层固体外壳。但是，地球的内部散热比它的外部慢，所以当外壳固结以后，它的内核还继续冷凝收缩。这就好像先是一个大胖子穿了一件得体的外衣，后来胖子突然瘦了下来，这时他原来的那件外衣就显得太大了。这样，地壳由于失去了内核的支撑，渐渐向里压缩，整个地球表面缩小，岩层受挤压，形成褶皱。因此，有人把收缩的地球比作干瘪的苹果，上面布满了皱纹，而阿尔卑斯山、喜马拉雅山、落机山、安第斯山等就好似一条条大的皱纹。收缩说由于形象生动，用它来解释山脉崛起过程，颇能言之成理，所以在 19 世纪下半叶，一直占据着统治地位。

科学的实践告诉我们：一时得到多数人承认的理论，并不一定都是科学的。一种科学假说究竟正确与否，往往还需要接受实践的检验和时间的考验。按照“收缩说”的观点，由于地球的收缩，在地壳内应长期存在着一种均衡影响整个地壳的总压力，它将对地壳运动起着决定性的作用。然而，人们在广泛的地质调查中发现，地球表面上各个地区地壳运动的进程并不完全一样，有些地方岩层已经发生了强烈的褶皱，有些地方岩层却“纹丝不动”，保持着原始状态。另外，从整个地质历史来看，地壳运动也是有时激烈，有时平静，并不是持续不断地进行。这些客观事实都使收缩说遇到了一定的困难。但这还不足以使收缩说达到“山穷水尽”的地步，因为只要对它的内容作某些修正，便仍适用于解释地壳运动。1875 年休斯

（E.Suess，1831—1914）就作过这种尝试，他把全球分为“刚性地段”和“柔性地段”，由于地壳的性质不完全一样，对于作用力的反馈也不相同。因此，他认为当地壳收缩时，刚性地段本身不仅不发生什么变化，相反，对柔性地段还起到一种钳制作用，它不仅挤压柔性地段，而且对柔性地段发生的褶皱的轮廓、形态、位置都起着显著的控制作用。这样的解释，表

面上看还可以言之成理，但它的论点毕竟是脆弱的，经不起地球物理学家的定量分析和新理论的反驳。有人曾对“收缩说”视为有力证据的阿尔卑斯山大推复体进行了计算，现在褶皱隆起的阿尔卑斯山宽度为 150 公里，

如果把被褶皱的地层统统展平，其宽度可达 600—1200 公里。二者相比，说明仅仅由于阿尔卑斯山地岩层的褶皱收缩，就意味着地球的周边要缩小3％。如果这样，就要求地球的温度必须冷却到大约 2400℃。但是，地球上不只是一条阿尔卑斯山，还有比阿尔卑斯山更高的喜马拉雅山和安第斯山等。如果按照同样的比例收缩，地球的温度还要大大降低，而原来炽热的地球要叫它在如此短暂的时间内冷却到如此程度，显然是不可能的。这时，人们对地球的冷缩模型开始动摇了，将信将疑的人也越来越多。

世纪末到 20 世纪初，放射性元素的发现，彻底动摇了“收缩说” 的根基。根据放射性元素蜕变能产生大量热这一道理，有人认为地球不是在逐渐冷却，而是在不断增温。在地球内部有丰富的放射性元素（主要存在于地壳中），它在蜕变为其它元素时，可以放出热。据计算，在地球的历史中，仅那些中、长半衰期的放射性元素产生的热量，平均每年为 5 亿亿卡（5×1020 卡／年）。这个数量，如果与地球通过各种途径每年所散失的热量的总和（地球内部经由地表平均每年向宇宙散失的热量为 2×1020

卡／年，火山和温泉每年从地球内部带出的热量为 1012—1019 卡／年）相比，还绰绰有余。实际上，地球获得热量还有其他途径，如地球转动热、重力分导热、化学反应热和矿物结晶热等等。因此，地球不可能由于冷却而不断收缩。恰恰相反，有人提出地球可能在膨胀。如果真的是这样，我们居住的地球表面将不是布满了“皱纹”，而是随着地球的膨胀产生许多裂缝，如东非大裂谷，我国的郯芦断裂带，北美的安德列斯大断裂等。如果把世界大洋裂谷也算在内，真可以说地球的表面到处都是“伤痕”。由此看来，地球不是在收缩，而是在膨胀。

从“收缩”到“膨胀”，一个否定一个。但是收缩说也并不一无是处，膨胀说也不是尽善尽美。事实上，地球表面既有隆起的褶皱带，又有深陷的断裂谷。收缩说解释不了地球上累累“伤痕”，膨胀说也解释不了偌大的褶皱带，这二种学说都有片面之处。这说明科学家还没有完满地揭示出主导地壳变动的真正力量来自何处。

人们的认识来自实践，又随着实践的发展而不断深化。19 世纪下半叶至 20 世纪初，西方一些主要资本主义国家由于采用了先进技术，工业生产急骤发展，一些新兴的工业部门也迅速建立。在这种情况下，对于原料的需求进一步扩大，不仅要求对本国的矿产资源有更多的了解，而且还要扩展到国外，寻找更多的原料基地，于是极大地推动了区域地质研究工作的广泛开展，例如英国地质学家在印度、缅甸、非洲和澳大利亚；法国地质学家在非洲和印度支那；荷兰地质学家在印度尼西亚；美国地质学家在北美洲以及俄国地质学家在欧洲部分、中亚和西伯利亚等地的考察。通过这些考察，积累了除南极之外的所有大陆的地质资料，为研究陆地地质的构造、矿床的形成和富集规律提供了可能。在此基础上，人们加以概括综合，从而得出一些规律性的认识，一些新的地质理论应运而生。在相当长的一个时期内风靡全球的地槽说就是其中的一个。美国地质学家霍尔(J.Hall,1811—1898）在北美进行调查时，详细地研究了北美的地层，发现美国东部的阿帕拉契山古生代浅海相地层厚度比相邻的美国中部平原同

时代的沉积厚约 10 倍，这一现象用过去的任何理论都是无法进行解释的。霍尔不愧是一位在古生物方面造诣很深的学者，他根据阿帕拉契山地层和古生物的特点，断定均为浅海相沉积。从表面的现象来看，浅海相沉积和巨厚的地层系列是不能相容的。这一情况之所以发生，是由于浅海相地层长期处于边沉积边下沉的过程之中。换句话说，阿帕拉契山在古生代是一个巨大的坳陷，它好似一个橡皮袋子，里面装的东西越多，这个袋子便向下拉得越长。无独有偶，美国另一位地质学家丹纳(J.DDana，1813—1895）也注意到了这一地质现象，并赋予更明确的概念，命名为“地向斜” (Ceosyncline)，中文译名为“地槽”。从此之后，无论在什么地方，只要发现类似的情况，一些地质学家统统称之为地槽。例如，在欧亚大陆上有分界欧亚两洲的乌拉尔地槽、中国的天山地槽、以及祁连山地槽等等。霍尔的地槽理论显然是以主张地壳的垂直运动为其特点的。按照这一理论，地槽演化的前期以缓慢地下沉为主，这种下沉的力是由于不断集积的沉积物的负荷。那么，原来的凹槽又是怎样隆起为现在的山地的呢？那是由于地槽在下沉过程中所派生的水平力使地层受挤压而发生褶皱隆起为山地。这一学说因与许多事实相符，所以被广大地质学家接受，很快就成为风靡全球的一种大地构造理论。

地槽说以翔实的地质资料论述了地球上某些构造单元演化的历史，使人们对地壳运动的认识深化了一步。可是它只注意到了地壳的垂直起落，却忽略了地壳还存在着水平运动，因此不免有其片面的地方。特别是当一些地质学家把它奉为“圣典”，不加具体分析地到处生搬硬套，把局部得出的结论视为不可逾越的信条时，就走向了反面。事实证明，当地槽说在学术领域居于统治地位时，就因此而阻碍过科学的发展。

世纪伊始，可以说是地质学上一次大的转折，德国地质学家魏格纳(AlfredWegener，1880—1930)以极大的勇气冲破了长期占统治地位主张地壳以垂直运动为主的传统理论的禁锢，大胆地提出了地壳可以远距离水平移动的新理论——大陆漂移说。

他设想，在石炭纪后期（二三亿年前），现在地球上的所有大陆连为一体，构成一个原始泛大陆。在它的周围是一片海洋，称为大洋。后来，这个泛大陆瓦解分离了。美洲离开了欧洲和非洲向西漂移，越漂越远，中间形成了大西洋。非洲有一半脱离了亚洲，在向西漂移的过程中，它的南端顺时针方向略略扭动，渐渐与印度次大陆分离，中间形成了印度洋。南极洲、澳大利亚与亚洲分离，分别固定在现在的位置上。魏格纳还认为，地球上的山脉也是大陆漂移的产物。如纵贯南北美大陆西岸的科迪拉山系和安第斯山脉，就是美洲大陆在向西漂移的过程中受到太平洋玄武岩基底的阻挡，由大陆的前缘褶皱而成的。

魏格纳关于大陆漂移的设想，由于观点新颖，所以它一提出，就轰动了整个地质学界，有的为之鼓掌喝彩，有的激烈反对。持反对观点的人认为，魏格纳的假说完全出于空想，好像是在玩弄积木游戏，把几块大陆任意地摆来摆去，并劝说相信大陆漂移说的人“不要为他那华丽的文学体裁所麻醉。”

魏格纳确实是一位有点浪漫色彩的科学家，他思想敏锐，善于思考，而又富有创造精神，他曾四次去格陵兰探险，行进在冰天雪地之中。早年他和他弟弟还乘坐气球飘摇过海，创造了当时气球连续飞行 52 小时的记

录。但是，他创立大陆漂移说却不是出于毫无根据的空想。魏格纳提出大陆漂移说是受到大西洋两岸大陆轮廓的相似性的启迪。他在审视地图时，发现大西洋东岸的非洲海岸线凹进，形成几内亚湾，而大西洋西岸的南美巴西部分却向外突出，如果把两块大陆移动一下，可以很好地吻合起来。由此他浮想联翩，设想现在地球上的大陆过去可能是连为一体的，后来才漂移分开。魏格纳为了证实自己的想法是正确的，曾呕心沥血寻找各方面的证据。功夫不负有心人，从前人的研究成果中，他终于找到了地质、岩石、动植物和古气候等方面的资料，说明这些大陆过去的确是连在一起的。1915 年，魏格纳终于发表了《海陆的起源》这部划时代的专著，系统地论述了他酝酿已久的大陆漂移的思想。当然，大陆漂移说也有不完善的地方。它在科学上遇到的最大困难是：大陆移动的原动力问题。魏格纳设想大陆漂移的原动力有二：其一是地球自转所产生的离心力。由地球自转产生的离心力有两个分力，垂直分力和水平分力。因垂直分力为重力所抵消，只有水平分力起作用，因水平分力指向赤道，所以漂浮的大陆向赤道移动。但是，有人对离极力作了计算，得出的数值太小，只有重力的几百万分之一。虽然魏格纳认为小的力如果长期起作用，也可使大陆移动。但多数人认为这样小的力要想把大陆移来移去是不大可能的。有一位科学家通过数学分析得出结论，为了满足魏格纳提出的位移，必须有大一百万倍以上的力。有人还指出，假定离极力能够使大陆移动，但对于形成褶皱山脉来说，这个力仍嫌太小。计算表明，离极力产生的褶皱山脉，在两极和赤道之间只能引起 10—20 米的高差。显然，高耸几千米的山系将无法形成。其二是天体引潮力。魏格纳认为太阳和月亮对于地球的引潮力是引起大陆向西漂移的原因。但这种看法也遭到许多人的反对。英国地球物理学家杰弗里斯(H．Jeffreys)从理论上证明这样的设想是不正确的。这样，由于原动力问题没有得到很好的解决，使魏格纳所设计的“大陆航船”搁浅了。难怪有人说，大陆漂移说在解释各种具体问题时生气勃勃，而谈到大陆漂移的动力时却软弱无力。有人还说：“大陆漂移说虽然从现象上把许多问题就像快刀斩乱麻似的理了一通，但若搞不清现象产生的原因，恐怕也难以进入近代科学的行列。”对于魏格纳来说，他并不是没有意识到这一点，尽管他力图去解决，但限于当时科学发展水平，终究力不从心。到了 30 年代，随着魏格纳在格陵兰考察中以身殉职，大陆漂移说在一派反对声中消声匿迹了。

大陆漂移说虽然暂时衰落了下去，但它在人们思想中点燃的“火种” 却继续在燃烧。一些相信大陆漂移说的人仍坚持不懈地为探索大陆漂移的动力而工作着。问题的突破是由海底探测开始的。第二次大战以后，特别是 50 年代以来，由于海底探测技术有了飞快的发展，人们对覆盖着地球表面 71％的海底世界有了更清晰地了解。人们发现，大洋底部和大陆一样，有高山峻岭、深谷杳冥、一马平川、万丈瀑布。特别是人们在大洋深处还发现了一些在大陆上不曾看到的地貌现象，如全球大洋裂谷系等。超声探测技术使人们了解到大洋底部有一个环绕全球，绵延 7 万公里的洋脊，它

好像陆地上的山脉。但不同的是在大洋中脊上有宽 8—30 英里的特大裂谷，裂谷中汩汩地溢出炽热的熔岩，然后冷凝成为新的岩石，以后新的熔岩又不断涌出冷凝，把原来的洋壳向两侧推开。因此，洋底年龄一般都是大洋裂谷处最小，向两侧逐渐变老，排列井然有序，非常有规律。基于这

一新的事实，1961 年美国普林斯顿大学的赫斯(H.Hess)和美国海军研究所的狄兹(R.S.Dietz)先后提出了“海底扩张”的观念。他们把新生而又不断扩张着的海底视为一个不停地运转着的传送带，大陆就好比坐在传送带上的乘客，随着它的转动而移动着位置。这一新发现和别具一格的“扩张” 模式一拍即合。这正是魏格纳所梦寐以求的，真可谓“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”。这一理论后来又得到加拿大多伦多大学的地质学家威尔逊(J．T．Wilson)的热心支持。以后，美国拉蒙特地质观察所的艾萨克斯(B．Esacks)和法国海洋开发中心的勒皮雄(X.lePi-chon)等一大批学者在此基础上，又综合了其它方面的科学成果，提出了一个全新的理论—— 板块构造学说。由此可知，板块构造学说是在“大陆漂移说”的基础上发展而来的，它以“大陆漂移说”为先导，经过“海底扩张说”，逐步引伸而成为当前世界最盛行的一种理论。有人说：“大陆漂移”、“海底扩张” 和“板块构造”是一个主旋律的三部曲，它们一脉相承，都主张地壳可以发生大规模的水平移动。大陆和海洋曾经历了多次“合久必分”“分久必合”的历史画面。

板块构造学说的建立是地球科学上的一次革命，它不仅以最新的科学成果解释了海陆起源和大陆漂移的动力这一疑难问题，而且对像喜马拉雅山的崛起、青藏高原的隆升以及太平洋西岸的岛弧、海沟等许多全球性的构造系统都作出了很好的说明。所以这一学说一经提出，很快就成为了最时髦的理论，并受到了绝大多数地质学家、地球物理学家的赞成。

此外，值得提出的是除了以上所述的各种关于地壳运动的理论之外，中国地质学者也有不少独到的见解和理论，著名地质学家李四光创立的地质力学就是一种。李四光另辟蹊径从研究中国石炭二迭纪地层和绵延全球的构造形迹入手，提出了地球自转速度的变化是发动地壳运动的主要机制。地球是一个旋转的球体，根据角动量守恒定律，如果地球转动惯量减小，它的角速度就要增大；如果地球的转动惯量增大，它的旋转角速度就要减小。在重力作用下，地球内部物质不断分异，重的物质向内部集中，轻的物质向上部扩散，这样就会引起地球转动惯量的减小，而使地球自转速度加快。相反，随着地球自转速度的加快，地球内部较重的物质又会乘机离心扩散，又导致地球自转速度变慢。当地球自转速度加快时，由离心力所产生的水平分力使地壳从两极向赤道挤压，所以形成了一列一列雄伟的与纬度相平行的山脉。李四光的这一理论不仅有充足的地质证据，而且也得到模拟实验的证明。北京大学王仁教授根据古生物钟提供的地球自转的速率，用轴对称地球模型进行的分层计算表明，只要地球自转速率能够保持一亿年的时间，由离心惯性力所积累的应力就可以达到 100 公斤／厘

米 2 的数量级，这样的力足以发动地壳运动。因此，我们研究地壳运动，绝不能忽视地球自转这一因素，否则，有许多现象就不好解释。

黄汲清教授在批判地吸收一百多年前欧美一些地质学家所创立的地槽

—地台说的基础上，结合我国地质构造实际，系统地研究了我国天山、祁连山地槽发育的历史，提出了多旋回说。认为：地槽向地台的演化不是一次构造运动便能完成得了的，而是经历了多阶段即多旋回的发展和演变。这一理论已成功地运用于找矿勘探。

张文佑教授则在 60 年代初提出了一种新的大地构造理论——断裂断块说。他认为：地球的壳体并不是铁板一块，其中有稳定的地块，也有活

动性的断裂带，在地球自转所产生的水平作用力推动下表现为不同规模的左右错动和层间滑动。断块说重视地质历史和地质力学分析相结合，又吸收了板块构造说的新内容和运用了大量地球物理资料，从理论上解释了大地构造上的一些疑难问题，从而受到了国内外学者的普遍重视。

陈国达教授结合我国中、新生代地壳活动的实际，提出了一种关于地壳发展规律的新学说——地洼说。他认为：地壳演化过程中有一个阶段，既不同于地槽，又不同于地台，而是另具更为复杂结构的大地构造单元—

—地洼区。并用动定转化递进的观点来解释其演化。“地洼区”是继地槽、地台之后所提出的一个新的构造单元。这一新的构造单元是在我国丰富的地质资料的基础上和学者长期实践认识后提出来的，具有很强的生命力，并得到了一些国内外地质学家的支持。同时，许多国家在找矿勘探上应用了“地洼说”，并取得了成功。

张伯声教授在 50 年代末提出了一种波浪镶嵌构造说，他把整个地壳分成许多稳定的或大或小的地块和一些活动的褶皱断裂带。认为活动的构造带穿插或者环绕稳定的地块，它们像愈合的伤疤一样，把破碎的地壳镶嵌起来，这就是镶嵌构造。镶嵌起来的地壳并不是稳定不动的，而是不断地发生着上下、左右或推拉的构造运动，从而构成波浪状的发展形式。

我国幅员辽阔，地质构造复杂，在探索地壳运动这一疑难问题上，理所当然应该作出相应的贡献。