地质学前沿文章

(一)国外农业地质研究进展

“农业地质”(agro-geology)一词最早是由德国学者法鲁()和李希霍芬()于19世纪中叶提出的，没有明确的定义，只是用于解释岩石风化与土壤的形成关系。20世纪初国际地质学界广泛注意了农业地质研究，曾在欧洲召开过多次国际性会议。1907年匈牙利皇家科学院地质研究所建立了世界上第一个从事农业地质研究的机构——农业地质部，该机构把土壤地质调查、填图和土壤成因与分类作为主攻方向。

20世纪的前50年时间里，先后有英美的地质学家著书讲授农业地质学，如1916年英国剑桥大学 出版的《农业地质》、1946年美国路易斯安那州立大学出版的《农业地质学》。这两本书的初衷都是给从事农业研究的人员介绍地质学的知识，如岩石、矿物、构造等。这些都说明当时的农业地质主要是地质学的知识和认识渗透于土壤研究或直接服务于农业。

20世纪30年代，首次提出了“地质生态学”这一术语，现在一般把这一概念理解为研究作为环境系统构成部分和生物圈的物质基础的地质圈及其内在自然和人类活动成因因素影响下所发生变化的科学。区域生态地质调查工作以俄罗斯(前苏联)做得比较系统，已经完成了俄罗斯全境内14张1：500万生态地质图。20世纪50年代后，随着世界人口、资源、环境矛盾的日益突出，环境地质学(Betzf，1962)逐渐兴起，相当多的农业地质问题被列入环境地质的范畴。

直到1972年，美国地质调查所为了统一学科概念，将农业地质解释为应用于农业需要的地质学，勘查土壤的成因和成分、肥料矿产、地下水分布及特征等，属于应用地质学范畴。目前，在国外，农业地质通常被解释为“服务于农业的地质学”，研究影响土壤形成与分布的地质过程，以及地质材料作为保持和提高土壤生产力的手段在农业和林业系统中的应用。主要工作涉及岩石和矿物的农用研究与开发、盐碱地土壤调查与改良、农作物和畜牧生产与地球化学元素关系的研究等，后者更是进一步推进了农业地质研究工作的深入。

1.农用矿物肥料的开发利用

岩石和矿物在农业上的应用至今已有几个世纪了，但是 Missous(1853，1854)、Hensel(1890，1894)等开创了基于“面包来源于岩石”这一思想的农业研究。Keller(1948)、Keller等(1963)则开创了岩石农用理论研究和实践工作的新时期，随后的研究者还有Fyfe及其同事(Fyfe，1981，1987，1989，2000；Chesworth等，1983，1985；Van Straaten和Chesworth，1985；Van Straaten和Pride，1993)。20世纪80年代早期，国际发展研究中心资助了第一个农业地质计划——坦桑尼亚-加拿大农业地质计划(Chesworth等，1985，1989)。

前苏联地质部门在解决矿物肥料方面开展了大量工作。比如为了在西西伯利亚建立起农业化学工业可靠的矿物原料基地，1983年2月在托木斯克召开了有俄罗斯联邦地质部以及其他部门的代表参加的关于在托木斯克地区发展泥炭工业的会议，主要目的之一是研究泥炭作为农肥用于农业生产上的前景以及地质部门在本地区勘探这种资源的可能远景。后来前苏联地质勘探工会新西伯利亚地区委员会等单位于1984年在新西伯利亚联合召开了“西伯利亚农业化学原料的地质和地理以及第十一和十二个五年计划期间其应用的可能途径”的专题讨论会，研究农业化学工业矿物原料基地的状况，对最近几年矿物原料基地的发展提出了具体建议。阿塞拜疆一铝厂利用明矾石年产氢氧化铝16×104t、钾肥17×104t、硫酸35×104t。

2.盐碱地土壤调查与改良

前苏联为解决全国粮食问题，开展了大量的盐碱地改良研究与试验工作。1960年，前苏联学者.柯夫达的著作《中国之土壤与自然条件概论》在中国问世，总论了中国的土壤形成条件及特征，还对我国各地的主要土类、特别是盐渍土作了较详细的论述，并以主要的农场为例，提出了利用方面存在的问题和解决的办法。20世纪60年代，前苏联罗杰(А.А.Pοде)和柯夫达(В.A.Ковда)等人的土壤盐碱地调查与改良研究认为：灌区和非灌区盐渍土壤是在以经由植物或从地表蒸发的毛管上升液流为主的条件下形成的；草原和荒漠区的盐渍土和碱化土的形成，则是由于土壤地下水平衡过程中以蒸发为主的缘故；森林植被下冲洗型土壤水分状况能使一些物质从土壤剖面中淋溶，从土层和风化壳深层完全淋失；在森林草原条件下，土壤水分状况是一个过渡类型。.柯夫达等出版的《盐碱土地普查与改良》，曾对我国的盐碱地改良工作产生过很大的影响。

3.农业地球化学研究

西欧、北美等国主要开展了农、林作物与地球化学元素关系的研究，编制了农业地球化学系列图件。最早将勘查地球化学方法应用于环境地球化学，研究化学元素分散、富集、迁移与分布在解决农业、畜牧业、地方病等方面的应用。等对爱尔兰共和国农业研究所报道的土壤和牧草中硒、钼含量高达中毒水平的利默里克郡(Limerick)250km2范围内进行每平方公里一个样的水系沉积物取样，发现水系沉积物中硒、钼的高异常区与富含金属元素的冰碛物和页岩风化的残积物有关，且与牧草中硒、钼的高含量密切相关。喂食的干牧草中硒含量大于5mg/kg，牛、马就会逐渐地患慢性硒中毒症。据此，Webb根据水系沉积物中硒、钼的高异常，又指出了可能致使家畜发病的其他地区。

1980年，法国魏格纳等人发表了《地质与酒类》的文章，阐述了波尔多、香槟和布尔贡三个葡萄酒产区的各种葡萄的品质与气候、地质、土性及地貌的关系。他们认为波美罗尔葡萄园出产的红葡萄酒具有一种淳厚的香味，是由于土地中含有富铁氧化物的砾石；而有名的白葡萄酒则产出在上渐新统泥灰岩上的砾石层中。

苏联学者研究了微量元素在不同土壤中的分布型式和存在形式、微量元素在植物和农作物中的分布以及对植物和农作物的影响，提出了植物微量元素临界浓度的概念，指出高于和低于这个临界值就会破坏植物体内的新陈代谢，并在外观上出现不同类型的改变。如谷类作物(小麦、黑麦、燕麦)对铜、钼和锰的不足特别敏感。美国学者的研究认为，栽培植物在铜含量为～41mg/kg、锌含量～229mg/kg(干物质)的情况下仍能正常生长；明显不足的下限浓度为，铜～10mg/kg，锌～96mg/kg；上限分别为～和～7500mg/kg。

美国科学家年出版了《Trace Elements in the Terrestrial Environment》一书，系统地介绍了陆地环境中与人类密切相关的22 种微量元素——砷、硼、镉、铬、铜、铅、锰、汞、钼、镍、硒、锌以及锑、钡、铍、钴、氟、银、铊、锡、钛、钒等。每章集中论述一种或几种微量元素的经济价值、天然赋存状态、土壤-植物系统中元素的循环及其行为、植物需要量及耐毒性、饮用水和食物中元素的健康界限以及在环境中的来源等内容。近年来，来自土壤化学、环境化学等方面的学者，开展了大量有关营养元素有效性和生态效应方面的研究(详见后文)。

(二)国内农业地质研究工作进展

我国古代劳动人民认识和利用自然环境种植农作物、果树的历史可以追溯到几千年前。《周礼》(公元前5世纪至前3世纪)就记述了五地(五种地形)，即山林、川泽、丘陵、坟衍、原隰(低湿的地方)，各有其适宜栽培的果树，如山林中宜“柞栗之属”，丘陵上宜“李梅之属”等。可见中国人民在2500年前，就认识到果树与土壤的生态关系。王象晋的《群芳谱》(1621)也有“地不厌高，土肥为上，锄不厌数，土松为良”的记载，说明作物生长与土壤的关系。但是，将作物与环境的关系作为一门学科来研究，历史不过百年，这就是后来的农业地质学。

1.我国农业地质工作发展阶段

新中国成立以前，地质为农业服务主要侧重于在地质学指导下的土壤矿物、土壤成因研究，以及少量农用矿产的调查工作。近50年来，我国农业地质工作取得了长足的发展，主要可划分为三个阶段。

第一阶段：20世纪50～70年，农用资源服务阶段。新中国成立之初，粮食问题一直是困扰国家安全和生存的大问题。在“有收无收在于水，收多收少在于肥”的思想指导下，地质部门开展了钾矿、磷矿的调查与勘探工作，在北方半干旱、干旱地区开展了农田供水勘查、土壤侵蚀和盐碱化改良研究等工作。60～70年代完成1：5万～1：10万农田供水水文地质勘查累计约130×104km2。

第二阶段：20世纪80年代，农业地质背景服务阶段。20世纪80年代，地质矿产部成都地质矿产研究所与四川省的棉花种植专家合作，根据地质体的宜棉性调整了全省棉花布局，棉花种植面积减少40%，但产量却三年翻一番。在此期间地质矿产部多次部署开展以研究农业地质背景与名优特产为主的农业地质工作，以及新型矿物肥料和矿物饲料的勘查与开发研究。1988年，地质矿产部向国务院报告了关于开展地质为农业服务的工作，掀起了农业地质的第一次高潮。

第三阶段：20世纪90年代以来，农业生态地质阶段。进入90年代，“农业地质”已经演化成“农业生态地质”。“农业生态地质学”已经不是早期的“农业地质学”的概念了，已经形成了一个边缘学科的雏形。就是在这个时期(1992年)，中国地质学会成立了农业地质专业委员会。农业地质专业委员会向国际第30届地质大会介绍了我国农业生态地质研究的最新成果，受到国际同行的关注；并于1997年、1998年、2000年、2002年、2003年、2004年分别在山东临淄、浙江杭州、北京、湖南长沙、广西桂林、四川成都召开了全国性学术研讨会，出版了《中国农业地学研究新进展》(1999，2001，2003)。当前开展的省部合作农业地质环境调查工作，掀起了农业地质工作的新高潮。

2.我国农业地质工作的主要进展

近年来，我国农业地质研究进展概括起来主要表现在以下五个方面。

第一，名特优农林作物的农业地质调查、评价与开发。20世纪80年代以来，名优特农林作物的农业生态地质调查与评价工作开展得有声有色，涉及百余种名优特产，主要有四川柑橘，涪陵榨菜，广西沙田柚，浙江玉环文旦(柚子)，山东肥城桃，新疆吐鲁番葡萄，河北沧州金丝小枣，广西荔枝，云南、贵州、河南和山东的烟草，滇西和浙东的茶叶，广西柳江的甘蔗，南宁的香蕉以及山东泰山(东北麓)、河北迁安、北京昌平的板栗等等，取得了丰富的成果，积累了大量数据资料，总结了不少理论认识，利用这些数据资料及其规律，寻找或发现了许多新的农林优势区，扩大了种植，也极大地促进了地方经济的发展。

第二，中低产田及牧区草场的改造。主要涉及盐碱地改良和平衡施肥两方面的工作。对中低产田及牧区草场的盐碱地改良涉及范围包括黄淮海平原、关中平原、内蒙古河套平原、银川平原、东北松辽平原、天山北麓、河西走廊等，为提高粮食产量做出了重要贡献，也积累了很多经验和理论成果。例如，黄淮海平原总土地面积约35×104km2，其中耕地约×108亩，占全国总耕地面积的19%。经过30余年的持续努力，黄淮海平原治理盐碱土4000多万亩，水浇地发展到×108亩，占耕地的60%左右。这项工作在河北平原、银川平原、河套平原及西北干旱地区等仍在进行，并深化为水资源调蓄和管理工作，涉及水-岩作用机理探索。20世纪80年代以后，我国1：20万区域化探扫面资料开始应用于环境地球化学领域，研究了Zn、Cu、Co、Mo、B等在不同地区的含量与作物产量的对应关系，寻找产生生物生长缺陷和低产的原因，总结提出当地某些元素与相应作物生长的正常、过量或缺乏的阈值。类似的研究为微肥配制与田间投放提供了技术依据，有力地促进了当地中低产田及草场的改造。

第三，农业地质环境及灾害的调查与评价。由于农业地质灾害或人为活动影响，全国各地还有一些荒山、荒坡、荒地、废旧矿坑和塌陷区、平原区的砖坑地以及干涸坑塘等，近年来引起山东、河北、湖南等地农业地质研究部门的重视。许多单位对有关区域的水土流失、土地沙化(荒漠化)、沼泽化、盐碱化、冷浸田、岩土崩塌、泥石流与洪泛淤积，以及工业三废与生活污水及化肥和农药投放过量对土地的污染等等，进行了大量的调查和评价。如针对洞庭湖区洪涝灾害的防治问题研究认为，地质构造沉降、泥沙淤积与筑堤围堰是造成渍涝严重、洪灾频繁、生态环境全面恶化的主导因素，建议实行“淤陆扩湖”的方法顺应自然，采取相关工程措施营造新的协调发展的“人工-自然复合地质环境系统”，为有关方面提供了必要的决策依据。

第四，农业地质区划与农业生态地质调查。近年来，先后有四川、广西、湖北、山东、河北、河南、江西、广东、安徽、江苏、吉林、浙江、云南、贵州、辽宁等省进行了不同级别的农业地质区划。主要以行政区划为基础，以涉及气候、地形地貌及岩土结构(个别地区为地球化学和水资源环境)等影响开发利用农林牧土地资源(特别是有关农业生物生产的适宜性)的因素作为区划依据，如四川盆地棉花种植的调整和河北献县枣林种植的区划，都曾产生了极大经济效益。“九五”期间，地质矿产部在传统区域地质调查工作中增加了1：5万生态地质调查试点和1：5万农业生态地质调查试点工作，如山东临淄幅、青州幅1：5万区域地质与农业生态地质调查试点项目，河北流常幅、龙华镇幅1：5万农业生态地质调查试点项目等，都是地质部门为给农业区划提供有效服务的工作。

第五，岩矿的农业利用。由于农业经济的发展，农用岩矿资源的开发利用已达到了前所未有的水平，如温州化工总厂建设了综合利用明矾石的试车间，四川地质勘查局对四川及西南台地大量分布的“绿豆岩”进行了开发研究，山东省地质勘查局完成了从海水中提钾的研究任务，湖南省地质勘查局用钾长石代替部分粘土作配料回收水泥窑灰钾肥的实验已获成功。目前，国内常用的农用岩矿有沸石、蒙脱石、伊利石、高岭石、凹凸棒石粘土、海泡石、海绿石、蛭石、石灰石、白云岩、石膏、麦饭石、磷灰石、硅藻土、菱镁矿、蛇纹石、褐煤、草炭、绿豆岩、珍珠岩、凝灰岩、火山渣、浮石、火山熔岩等20多种。分别选作矿物肥料、饲料、农药及其载体，或用于改良土壤。如专用岩矿微肥、海泡石复混肥、矿物种衣剂等的成功研制，以及石灰岩、泥炭、沸石、膨润土等非常规农用矿产，都具有很好的应用前景。我国稀土资源异常丰富，对多种作物具有显著的增产提质作用。我国农用稀土产品已打入国际市场，为许多国家所选用。

3.我国农业地质研究的内容和方法

农业发展的迫切需要和地质工作领域的拓展，有效地推动了地学与农学的交叉渗透和农业地学理论的形成发展，已经陆续出版了一些专著，如《新疆塔里木盆地西部平原生态环境地质综合研究》、《生物的地质环境学》、《果林农业生态地质研究》、《区域地球化学与农业和健康》、《生态环境地球化学图集》、《岩土-植物大系统研究》、《元素生态地球化学及其应用》、《湖南农业地质概论》等等，主要理论进展主要体现在概念演化、研究内容、技术方法三个方面。

(1)农业地质概念及其演化

1986年李正积教授首先提出了农业地质背景的概念，认为农业生态地质背景系指同大农业(农林牧副渔)相关的地质体或岩石体和地质营力作用(内、外营力)的特殊综合；1996年他又运用现代生态学观点、系统工程学原理和其他前沿学科理论，进一步研究了岩-土-水-植物大生态系统效应。2001年曾群望等提出了生物地质环境学的概念，认为生物地质环境学是用地质学的理论和方法研究生物及其赖以生存的地质环境之间的关系，着重研究地质环境对生物影响的学科，它是生物学、地质物和环境科学等相互渗透、融合而成的边缘学科。1999年，陈梦熊院士从环境地质学的观点出发，认为生态环境地质学是把地质环境作为一个独立的非生物系统，研究在自然生态环境与社会生态环境双重影响下地质环境与人类生存环境之间的关系。

张宗祜院士认为，“农业生态地质学”已经形成了一个边缘学科的雏形，农业生态地质学是农业科学、地质学、环境科学等多学科交叉的边缘学科，可以作为地学的一个新的分支学科。农业生态地质学是研究人-农业生产-地质环境整个系统的结构、功能及其相互作用的学科，换句话说，就是研究在人为调控下，生态农业系统与地质环境间相互作用的关系，也就是研究作为生态系统组成部分的农业活动和它所处的地质环境相互作用的过程、机理，并且使它在人为调控下达到可持续发展的目的。

(2)农业生态地质学的研究内容

农业生态地质学的研究内容，主要涉及生态地质结构、生态地球化学、生态水文地质和生态经济地质四个方面，普遍关注地质背景和地质结构、岩石-土壤-植物的元素系统、大气降水-土壤水的包气带土壤溶液等的研究。近年来，技术与经济的结合研究也开始受到关注。

第一，生态地质结构研究，包括地表结构、地下岩土结构及物质、能量转换的界面，是控制农林作物最佳生长的养分“供给、输送”的格架。

1)地表结构，即地-气界面。

2)地下岩土结构，包括岩土的岩性、粒度组构、孔隙、岩石节理、破碎带、风化壳、断层或其他地质构造，以及一定深度内岩土产状或呈层序列特征及沉积相等。对于土壤，还包括其物理性质和土体构型等。

3)物质、能量转换的界面，包括：①岩-土界面，即风化壳中的岩石与风化带界面，基岩与残坡积层的接触面，土壤发生层的A、B、C层与D层(母质)的界面，用以研究营养元素的质、量、比的变化；②土-植(物)界面，即根系与周围的接触面；③水-土界面，即地下水或包气带水与气带岩土的界面。

第二，生态地球化学研究，主要是研究营养元素“供给、输送”和平衡的过程以及与生态的关系。

1)元素(或元素组合)及其含量的背景值与植物适宜含量阈值，包括：①背景值与植物适宜含量阈值；②地球化学晕，包括原生地球化学晕、次生地球化学晕和生物地球化学晕等。

2)区域“地质环境-元素平衡-生物生产”系统最佳运行的机制分析，包括：①元素平衡研究；②微量元素与生物生产研究，以改造不良土壤或培养肥力，提高产量、改进农林作物品质，增强作物的抗逆性。

3)生态地球化学区划指标和定量评价公式和系数，包括：①标志和指标；②公式和系数，如吸收系数、配比系数、供养强度、输养强度等。

4)污染与地方病。

第三，生态水文地质研究。水质、水量及潜水埋藏条件，自然降水时段与作物需水程度的协调性，以及区域水资源与区域农业用水量的平衡程度等，都是“农业-水、土资源-地质环境”系统中必须统一研究的。尤其要注意浅层地下水及其上的包气带水的运移和开发利用的研究，以至于调控技术的研究。

第四，生态经济地质研究。主要从地质学角度研究生物生产中的生态经济学问题，内容包括：①土地利用规划及区域规划研究；②农业地质灾害的防治研究；③污染对生物生产影响和对人畜疾病(包括地方病等)的防治研究；④农用岩石矿物的开发利用；⑤生态旅游地质资源的开发利用和保护。

(3)新技术、新方法的应用

在遥感技术土地利用现状调查、土壤侵蚀调查与规律研究、农业地质背景调查中，利用计算机技术进行农业地质地球化学元素数据处理，建立相应的农业地质环境数据库，都收到了良好的效果。例如，GIS技术用于确定需要退耕还林还草的耕地数量及空间分布，研究盐碱地改良分区等，利用“三S”技术还可编制土壤肥力退化、土壤酸化、土壤污染及土壤石质化与沙化时空变化图。此外，利用中子水分仪观测包气带水分动态，利用稳定同位素15N技术观测肥料吸收效果等，都取得了可喜的成果，还建立了野外农业地质试验基地(场)。

王乃文

（中国地质科学院地质研究所与岩石圈研究中心，北京100037）

摘要地层学的基本任务是确立地球历史上各类环境中沉积物的时间序列。但是，现已确定或尚待定的层型皆只适用于一类环境：陆表海或边缘海。这类层型很难适用于其他环境，如占地表绝大部分的陆地区与大洋区，那里也能产生比较连续的沉积和化石记录。因此，作者认为除了在陆表海或边缘海区也应在陆地区和大洋区环境中建立层型，即建立TBO层型体系，它能比单一的层型提供更好的地层标准化的基础。另一个问题是非正常地层序列研究：地层学家至今仅习惯于观察正常序列的沉积层系，而不熟悉非正常地层单位，如混杂岩、滑塌岩、蛇绿岩、构造岩、海山岩、变质岩及异地岩（体）等的地层单位。常见的情况是把非正常地层单位当作正常地层序列处理，或干脆把非正常地层单位留给构造学家随意摆布而不管其地层学的归属，这样地层序列和地史架构的混乱也就在所难免。解决问题的出路是这里提议的非常规地层学或非史密斯地层学。

关键词层型体系非常规地层学非史密斯地层学

1引言

地质学研究的客体是现代人类未曾经历的自然演化过程。因此时间因素是认识地质过程的关键环节。认识人类文明史与地质史的途径是相同的：重建“朝代”序列及其相互对比。地层学的主要任务正是在于以下两方面：建立与精化作为对比基础的年代地层表。近几年的地层学研究焦点就是建立全球层型，以使地质年代表固化于自然地层剖面上。这对精化年代地层表具有重大意义。无论是《国际地层指南》还是《国际地层委员会建立全球年代地层标准的指针》[1～4]皆强调已建和待建层型的对比潜力。一般说，此项工作正在国际地层委员会指导下持续正常地进行着。在全球层型剖面与点的讨论中的重大困难之一是不同生物区之间生物带的可比性。理论上其间的过渡型序列有助于克服这些困难。

不过我们更应关切的事实是，已建和待建的层型皆属于陆表海或边缘海型，它们与其他环境类型不能直接对比。尽人皆知，无论现代的还是过去的陆表海或陆架海只占地表的较小部分，其大部为大洋和陆地占据。大洋或陆地也能产生比较连续的地层记录。所以仅在陆表海或边缘海环境确立层型能否满足地球广大区域地层对比的需要还是一个问题。

另一方面，长期把经过强烈次生改造的地层当作正常地层单位所引起的地质概念混乱现象也不能继续下去了。

2建立层型体系和非常规地层学（或非史密斯地层学）的重要性

形成沉积层的环境大致可分五类：

（1）陆表海或边缘海，可延伸到上陆坡。此环境的不少部位沉积作用比较稳定，因此能产生含丰富生物化石的较连续的地层记录，并保存在现今陆区。至今所有设置的层型皆属此类古环境，但遗憾的是此类古环境不能代表其他更广阔的古环境。

（2）陆地区。至少从晚古生代以来，陆地变得比边缘海更广阔。虽然小型陆相盆地的沉积作用不稳定，但大型盆地却能产生比较连续的地层记录，其特征生物带并不能直接对比到浅海型层型。1948年国际地质大会曾选择华北泥河湾层作为下更新统的国际对比标准，可与欧洲陆相维拉弗朗层对比。但这一建立国际非海相对比标准的正确措施却遗憾地未能坚持下来。大陆上的古老变质岩系是古陆核的组分，对研究地壳早期演化的重要性不言而喻。把它们作为正常地层单位对待显然是不恰当的，看来应该寻求非常规地层学的划分命名和研究方法对其进行研究。

（3）大洋区。这类地球上最广阔的区域有比较稳定的沉积盆地和比较连续的沉积记录，以其为基础建立的新生代浮游生物带是显生宙生物带中最清楚和最详尽的划分。虽然更早的古代大洋沉积的大部分地层记录会因古洋壳的俯冲作用而消失，但其相当部分仍能保留于被动大陆边缘和增生楔的沉积物中。大洋沉积层系通常包含极连续的地层记录和分带化石，虽然其中往往缺失浅海层型的一些特征分子，但如放射虫、牙形类等浮游类分子却常常是两类环境的共有成分。可以期待的是，古大洋环境层型的建立将成为精化年代地层表的有力手段。

（4）下陆坡区。这里有强烈扰动和重组的沉积层系。被动陆缘下陆坡以深海浊积岩和沉积混杂为特征。活动陆缘的下陆坡的深海沉积一般与作为洋壳残片的蛇绿岩组合在一起，构成所谓的混杂岩或增生楔，范例如加利福尼亚的中生代“旧金山杂岩”、日本海沟新生代增生楔以及许多其他保存于陆内的古代混杂岩。这类混杂岩是陆壳和洋壳相互作用的产物，保存于其中的地层记录是解译古陆古洋演化史的最有效证据。许靖华[5]根据他对“旧金山杂岩”的研究，指出混杂岩是“非史密斯地层学”的内容之一。

（5）造山带。这里的岩石受到强烈地质扰动，如推覆、走滑、挤压、拉伸等各种变形作用、变质作用和岩浆作用。所有这些重组了的地层不符合传统地层学的概念，因之成为非常规地层学或“非史密斯地层学”的另一个研究对象。它们聚集了不同时期不同环境形成的并经过改造重组了的各类岩系，如混杂岩、滑塌岩、蛇绿岩、海山岩、构造岩以及各类异地岩（体）与变质岩等。

总之，为完成地球科学赋予地层学的任务，我们不仅需要现行的在浅海环境确立的基本层型，而且需要包括大陆和大洋环境层型的完整的层型体系（简称TBO体系）作为全球对比的标准。另外，为配合全球地史学和地球动力学模型的开发，需要引入非常规地层学或“非史密斯地层学”。否则，地层学家将会越来越被排除在现代地球科学的主流之外。

3陆相层型的特殊性

建立陆相层型要考虑其特殊性。

（1）陆相地层主要由陆源碎屑岩而不是碳酸盐岩构成。频繁的砂质层和火山物质为古地磁和放射性测年提供了有利条件。大型陆相盆地的稳定连续沉积是建立层型的主要选择对象。

（2）陆相层中没有像菊石、牙形类、有孔虫、超微化石等全球广布的生物门类，但古生代中期以来脊椎动物的发育填补了这一空缺。脊椎动物的高演化速率至少为阶、统的划分提供了足够的基础。在某一自然剖面上发现连续的脊椎动物化石带并不常见，但可在大型湖盆边缘相或斜坡相剖面上选择候选层型，那里有比较连续的脊椎动物化石层和其他门类化石组合。

（3）像海相化石分带一样，陆相化石分带也会遇到因气候带相异或古地理阻隔造成的生物区系不同而产生的困难。但由于陆生动物对温度的适应能力较强，古气候因素造成的生物带对比困难也相对较小。同样，陆生动物跨越古地理屏障的能力较高，使生物带的对比困难减少。幸运的是，陆生脊椎动物迁移的研究比海洋生物这方面的资料更有成效，如新生代欧亚脊椎动物通过白令陆桥的迁移和二叠纪、三叠纪欧亚与非洲陆生动物的联系已有确切结论。这些成果说明建立陆相层型的可行性。

4古大洋相层型的特殊性

（1）大洋沉积以低沉积速率和高连续性为特征，尤以化学沉积、生物沉积、硅质沉积和火山碎屑岩最为典型，它们能提供最完整的地层记录，并为化学分析、同位素和古地磁测定提供良好前提。虽然它们原来覆盖了地表大部地区，但能在现代大陆内保存下来的古大洋沉积却是局限的。不过在现代陆区露头剖面上仍可找到相当数量的不同时期的大洋沉积物。在如中国这样的多造山带国家和地区，古大洋沉积露头区数量很多。虽然至今尚未查明保存下来的古大洋沉积是否包含了全部的阶和统，但据已知资料可以期待大部分古生代以来的阶和统能在其中找到。如果这样，高连续性的大洋沉积层型的确立将提供新的途径以补充和校正浅海相层型，提高年代地层表的精度。

（2）显生宙深海生物群以放射虫、牙形类、浮游有孔虫、超微化石和许多其他门类为代表，它们充分展示了其全球范围生物分带对比的潜力。新生代已具备了完整的深海生物带，中生代与古生代也部分地建立了这类分带，这些分带的精度绝不亚于边缘海和陆表海型层型，甚至精度更高。

（3）包含古大洋沉积物和生物群的自然剖面可分三类：第一类是与蛇绿岩组合一起的典型大洋沉积剖面，这里缺少陆源碎屑；第二类是下陆坡深海沉积剖面，这里有一定数量的陆源碎屑搀杂；第三类是陆架深海盆地沉积剖面，这里有大量陆源碎屑。就生物群组分而言，上述三类剖面的同期组合有很大共性。在中国范围内，已知有扬子区古生代陆架深海盆地剖面、南天山泥盆纪—石炭纪陆坡深海剖面、丁青—班公错带和印度河—雅鲁藏布江侏罗纪—白垩纪蛇绿岩套和陆坡深海剖面、台湾东部中新世—上新世陆坡深海剖面等。按建立层型的要求对深海剖面的详细研究，可期待出现地层学的一次飞跃。古大洋或古深海剖面往往遭受了强烈的后期地质改造，非常规地层学或非史密斯地层学概念和研究方法不可缺少。

5非常规地层学或非史密斯地层学的基本概念

在强烈地质活动区或古老变质岩区，地层学的对象是被大幅度移置作用、变形作用和变质作用强烈改造和重组了的地层体。它们也常常被称作“群”或“组”，混同于一般正常地层单位，在形成时代和形成机制的认识上产生谬误。处理这类地层体的较早尝试是“构造地层学”，西欧加里东造山带区分“异地体”（allochthon）和“原地体”（autochthon）或“准原地体”（parautochthon）和以此为单位的“构造地层图”是一范例[6,7]。阿尔卑斯划分推覆体的实践与其类同，不过后者是构造名词，不是地层术语。也有赋予构造地层学更广泛含义的尝试，但脱离了该术语的早期含义。90年代许靖华在中国讲学时提出“非史密斯地层学”概念，经本文作者请教后他请人转告：指的研究对象有两个，一个是以“旧金山杂岩”为代表的混杂岩（Melange），另一个是以瑞士阿尔卑斯和中国苏鲁区的变质岩构造岩片。本文作者曾著文介绍[8,9]，但所理解内容超出了上述两方面，文中说明要以提出者的公开论文为准。但至今未见发表。作者这里使用的非常规地层学一词含义较广。核心问题是对非正常地层单位的认识和处理。

非正常地层单位的概念

非正常地层单位是相对于正常地层单位提出的，两者分别适用于不同类型的地层体。正常地层单位的构成符合传统地层学的地层叠覆律、化石层序律和瓦尔特相律，其原岩性质和结构、层序和地层关系在实际地层剖面上易于识别和纵向、侧向追索。相反，非正常地层单位所指的地层体是深熔变质作用、岩浆作用和构造作用分别或综合影响和改造的产物，其原岩性质和结构、层序和地层关系全部或部分地遭受显著变质、变形改造或大幅度移位，难以用传统地层学方法识别、划分和对比。总之，非正常地层单位是原始正常地层单位或更老的非正常地层单位经显著变质、变形或大幅度移位而改造、重组成的特殊地层单位。

一个非正常地层单位可以是一个或多个原岩地层单位改造重组而成；同样，两个以上的非正常地层单位也可以是同一个原岩地层单位改造重组的结果。

非正常地层单位所指的地层体往往是早期地壳岩石或复杂构造带的组分，是地壳早期演化和古陆古洋变迁的直接记录。对非正常地层单位的研究是现代地层学参与解决地球演化重大课题的重要方向，该方向可称作非常规地层学或简称为非常地层学。

非正常地层单位的对象

（1）古老变质岩与变质表壳岩

最古老的深变质岩系如TTG岩系等不具有通常意义上的层序。变质表壳岩包括变质基性岩和超基性岩、副片麻岩、片岩、变粒岩、大理岩、铁英岩等，它们经受了深熔作用导致的变质和混合岩化，构造作用导致的强烈变形、糜棱岩化或大幅度移位。虽然其原岩性质可通过实际观察和实验手段予以恢复，有时还可发现变余的原生结构构造，但总体上它们已被改造并重组为新的非正常地层单位。就构造移位幅度而言，它们可分为准原地变质地层和异地变质地层体。准原地体在地壳内有显著垂向位移但无大幅度水平位移（如古地台老变质岩），异地体既有垂向又有侧向大幅度位移。

（2）异地岩（或异地体）

指有大幅度垂向和横向位移并伴有程度不同的变质变形的具构造带规模的地层体。异地岩（或异地体）无例外地覆盖于原地岩（或原地体）或更老的异地岩之上，其间为非正常地层面（构造面）。其位移幅度可据其原岩特征与原地岩的对比作判断。如覆盖于波罗的地盾原地岩之上的多期异地岩，其位移幅度判断有数十至数百公里，类似情况见于阿尔卑斯的多期推覆体和高喜马拉雅以MBT与MCT为边界的叠瓦状异地岩（体）。

异地岩通常发生于古大陆边缘、古大洋边缘和大型陆内造山带上。它们是古陆、古洋和陆内地质演化的地层记录。每一期次的异地岩构成一个大的非正常地层单位，并完全为非正常地层面（构造面）所围限，但其内部可据次级非正常地层面或正常地层面划分为次级非正常或正常地层单位。

（3）混杂岩

指生成于海沟内侧的增生楔与洋壳、陆壳岩石的构造混杂地层体，其典型代表为“旧金山杂岩”。其基本地层组分为浊积岩、深海沉积岩，并有时代较老的、规模不等的洋壳基性－超基性岩与陆源地层块体嵌入其中。有蛇绿岩块掺入的混杂岩称蛇绿混杂岩。混杂岩中的陆源地层块体是一种滑塌岩。

与传统地层学阐述的地层由老到新叠覆形成的方式相反，混杂岩的初始形成方式是较新的地层逐次嵌入到较老地层之下，构成自下而上为由新到老的反序地层柱。其每一层段皆可有较老的洋壳或陆壳外来体嵌入。这种地层柱既含有正常地层面，又含有非正常地层面，尤以后者为主。

混杂岩形成的终结阶段是大规模陆洋变迁导致的强烈构造抬升、挤压对初始混杂地层体的改造和重组，它们是陆内缝合带的标志。最终定位于陆内的混杂岩，既包含初始阶段形成的初始正常地层面和初始非非常地层面，也包含终结阶段形成的非正常地层面。

混杂岩往往遭受不同程度的变质作用。与初始和终结非正常地层面邻近的地层体皆有一定程度变质。塑性较强的沉积岩基质较易卷入复杂的褶皱、断层系统或变质带，但变质变形程度极不均一，有的层段原岩特征保存完好。刚性较强的基性－超基性岩和沉积岩外来体，其原岩特征和原始层序更易保存。受强烈变质变形改造的混杂岩已难以区分沉积基质与外来体，其非正常地层单位的识别和划分主要依靠非正常地层面，特别是构造面。

（4）蛇绿岩

蛇绿岩是一种洋壳岩石组合。其基本序列自下而上包括超基性岩、堆晶岩、辉长辉绿岩席状岩群、玄武岩或含深海沉积岩夹层及透镜体的层状玄武岩、硅质岩与深海泥（页）岩等。除现代大洋蛇绿岩外，其典型代表有中国西藏蛇绿岩和塞浦路斯蛇绿岩等。

蛇绿岩剖面下部的超基性岩，一般呈非层状或块状，无正常底界，但顶界有明确层位限定，因此是一种宏观层状岩。堆晶岩与岩墙群有顶底关系，其中堆晶岩呈似层状，岩群呈竖层状。玄武岩与其中或其上的沉积岩则完全是层状岩。总体上，蛇绿岩是一种自下而上由老到新的叠覆地层体。其初始地层柱本可纳入正常地层单位分类。但有几种因素限定其非正常地层单位性质：①作为蛇绿岩主体的洋壳超基性岩本身是块状岩浆岩；②下部的超基性岩无正常底界，上部的沉积岩无正常顶界，整体上无顶无底；③作为地层体研究的蛇绿岩主要指定位于陆内的蛇绿岩残体，它们经受了大幅度垂向和侧向位移，并遭受了不同程度的变质作用；④原始地层关系大部被支解，与围岩的边界全部为非正常地层面。

（5）滑塌岩

指在正常或非正常地层单位形成时，以滑移或崩塌方式嵌入或落入该沉积层中的异地地层体。它们的形成时代通常皆不同程度地老于其围岩基质。滑移或崩塌距离相对较小的滑塌岩常称作滑移岩、滑移层和滑坡堆积，其年龄往往仅比其围岩基质略老。它们或仅发育于某地层单位的特殊层段，或充斥于整个地层单位。其岩性特征一般与围岩基质相同或相近，但可据紊乱层理或折断层理等特征鉴别。当它们发育于一个正常地层单位内部时，可作为该单位的一个次级非正常地层单位或标志层。当它们包含于一个非正常地层单位内部时，自然成为该单位描述的一部分。

典型的滑塌岩指大幅度滑移或远距离崩塌的地层体，其年龄一般显著甚至远老于其围岩基质。大规模滑塌岩体常构成良好地层剖面，但空间上完全为非正常地层面围限。坚硬的砂岩、灰岩或其他块状岩常形成大型滑塌岩。

滑塌作用多发生于盆地陡坡或峻峭的水上山峦，既见于海洋亦见于陆内盆地。但大陆外缘活动带形成的滑塌岩最为常见和壮观，它们常构成混杂岩的组分并一起成为这类活动带的标志。

（6）海山岩

指洋壳上形成的海山玄武岩与上覆的沉积岩帽或盖层。典型代表是西太平洋的新生代和现代海山岩。海山玄武岩的底界是洋壳基底，顶界为喷发间断面或水下夷平面。沉积盖层一般为碳酸盐岩或生物岩，原生无顶。原始海山玄武岩厚达数千米，沉积盖层厚达数百米。不同时代海山岩是洋壳发育期、分化期和迁移期的重要记录。经大规模陆洋环境变迁后定位于陆内的海山岩，研究程度低，多数尚未识别，它们的原始地层关系往往已被支解，变质作用可把海山岩分别改造为绿片岩和大理岩，但也常见无明显变质的海山岩地层体。

（7）构造岩

指构造带或构造面上形成的具特殊次生结构的岩石，如构造角砾岩、糜棱岩等。当它们厚度不大时，可看作非正常地层面或非正常标志层；当它们达到或超过一般地层单位厚度时，可构成非正常地层单位。地层学把构造岩作为非正常地层单位，侧重描述和研究其层次特征及其与其他地层单位的关系，有别于岩石学侧重其成分、构造学侧重其构造作用。

非正常地层单位的边界

作为非正常地层单位边界的地层面可分两类：正常地层面和非正常地层面。后者包括构造面、特殊沉积面、变异或置换岩性面、侵入接触面、难追索基底面等。

在一个变质岩露头区或一个构造带上，非正常地层单位的总体通常为正常地层单位或大型侵入体围限并由非正常地层面界定或为新地层以不整合覆盖。高级次非正常地层单位无正常底界或只有理论上的底界，有时无底亦无顶（如构造岩地层单位），也可能无底有顶（如不整合面）。

次级非正常地层单位的边界可以全部是非正常地层面，也可以全部是正常地层面（如蛇绿岩中的沉积层），当然也可以一侧为正常地层面另一侧为非正常地层面。

（1）正常地层面

即上述的各种正常岩石面、生物面、年代面、极性倒转面等地层面。当非正常地层或其特定层段遭受变质变形程度较弱时，可保留正常地层面；有时虽变质变形强烈但仍能保留正常地层面遗迹。

（2）构造面

不整合或假整合面：既是一种正常地层面，又是一种构造面。当其见于非正常地层体内部时，可据此界定不同非正常地层单位或高级次非正常地层单位内部的次级正常或非正常地层单位。

剪切、断裂或断层面：它们是描述和划分非正常地层单位的常用地层面。当它们包含相当空间的地层体并与正常地层单位邻接时，取其外缘作为非正常地层单位的边界。外缘与内缘间的地层体（如构造角砾岩、糜棱岩）作为独立的非正常地层单位或非正常地层单位内部的次级单位描述。

变形转换面：如褶皱形态转换面可作为非正常地层单位的边界，但这种地层面标志着同构造期的剪切、断裂或断层以至不整合和假整合面的可能存在。

（3）特殊沉积面

滑塌体与沉积基质间的原生界面为特殊沉积面，两者间的相互层理关系因初始滑塌定位和后期构造作用而通常相异，但有时亦近似。特殊沉积面可以圈定滑塌体的边界，但其围岩基质可以是非正常地层单位也可以是正常地层单位。

（4）变异或置换岩性面

经变质作用和岩浆作用改造的岩性面。它们通常与原生岩性面不同，但有时可能一致，两者皆可用作划分非正常地层单位的地层面。

（5）侵入接触面

非正常地层单位与侵入体之间的界面。只有在空间上难以追索到其他地层面时方宜用其界定非正常地层单位。

（6）难追索基底面

变质岩系和年轻的蛇绿岩可设想有下伏基底岩石，但只能看作它们理论上的底界，实际剖面上难以追索。

非正常地层单位的名称术语

岩群和岩组是基本的非正常地层单位。岩群已用于中国老变质岩系，并已进入“地质名词”[10]。

（1）岩组

指岩石的岩性、结构和组合特征一致、厚度不大并由任一种或几种正常或非正常地层面围限的层状、似层状岩石地层体。岩组用于变质表壳岩系、混杂岩系、蛇绿岩套、海山岩系和大规模构造岩系的内部划分或用于上述较小岩系、岩体的地层命名。岩组内可不分岩段，亦可据两个或几个地层面划分岩段或标志层。

（2）岩群

指岩石的岩性、结构和组合特征有共性、厚度大并由任一种或几种非正常地层面围限的层状、似层状岩石地层体。有相当分布空间的变质表壳岩系、混杂岩体、蛇绿岩套、海山岩系和大规模的构造岩系可建立岩群。岩群由两个以上的岩组构成，但也可有不分岩组的岩群。有共性的2个以上的岩群也可并为超岩群，主要用于最古老的变质岩系。杂岩为非正式地层单位，无等级。

非正常地层单位与正常地层单位的关系

非正常地层单位与正常地层单位的关系包括原生次生关系、空间定位关系和级次关系。

（1）原生次生关系

原岩性质、层序和地层关系全部或大部变异、改造和重组的地层体属于非正常地层单位，反之为正常地层单位。部分保存原岩性质、层序和地层关系或通过观察研究可发现或恢复其原生特征的地层体，仍应划分为非正常地层单位。同样，只有部分原生地层特征被改造和重组而大部仍保存的地层体，仍作为正常地层单位对待。例如：在混杂岩原岩保存较好的部分有时可确定连续叠覆层序，但它们在初始形成阶段已是同期或近同期构造与沉积双重作用的产物，又经过了大幅度位移和其他作用的改造，总体上应视为非正常地层单位；保存完整的蛇绿岩和海山岩可具部分原生叠覆层序，但总体上它们经历了大幅度垂向和水平位移，并受到变质变形作用不同程度的改造，总体仍应视为非正常地层单位；滑塌岩作为一种大幅度移位的沉积岩，不论其原生特征保存如何总体上皆为非正常地层单位。但它们的次级单位也可以是正常地层单位。

（2）空间定位关系

主要由非正常地层单位构成的变质岩区与复杂构造带，其外部边界通常为非正常地层面，其相邻的地层单位为正常地层单位；在区、带内大部为非正常地层单位，单位间边界大部为非正常地层面，但也有部分正常地层单位和正常地层面，如蛇绿岩和海山岩的没有强烈变质变形的部分（玄武岩与相关的沉积岩），应视作正常地层单位。变质表壳岩中原生地层特征比较明显的部分也可考虑划为正常地层单位。

（3）级次关系

变质表壳岩区或复杂构造带的主体部分，其高级次非正常地层单位可包含低级次正常地层单位，超岩群可包含群，岩群可包含组，岩组可包含段或标志层。复杂构造带的边部有时可见高级次正常或基本正常地层单位包含低级次非正常地层单位，如地层序列基本完整的由浊积岩构成的群可包含外来体构成的岩组、岩段。

非正常地层单位的文字与时代符号表示方法

行文或图件上提及某非正常地层单位时，其后括弧内可注明其类别。时代、代号的表示顺序是：首先是原岩时代或最接近原岩时代的最早变质变形期，其后括弧内注明一次或多次的改造或定位期。如：

某岩组或岩群（变质表壳岩）Ar4（Pt2，K1）

某岩组或岩群（蛇绿岩）C1（P1）

某岩组或岩群（海山岩） （O2）

某岩组或岩群（混杂岩）T3（K2）

某岩组或岩群（滑塌岩）O3（T3）

某岩组或岩群（构造岩）Jx（J1，K2，N1）

某岩组或岩群（异地岩或异地体）S（T3，J3）

参考文献

[1]（ed.）.International stratigraphic guide——a guide to stratigraphic classification，terminolgy and procedure，1st ed..John Wiley and Sons，1976.

[2]（ed.）.International stratigraphic guide——a guide to stratigraphic classification，terminlolgy and procedure，2nd ed..IUGS＆ Geol. .，1994.

[3] for boundary ，1986，9，78～82.

[4]，，，，， and Wang guidelines for the establishment of global chronostratigraphic standards by the International Commisson on Stratigraphy（ICS），Episodes，1996，19（3），77～81.

[5]ü.Principles of Melanges and their bearing on the Franciscan-Knoxville .，1968，79，1063～1074.

[6] and （ed.）.The Caledonide Orogen——Scandinavia and related Wiley＆ Sons，1985.

[7]，，，， and caledonides——Tectonostratigraphic map，IGCP ，The Caledonide ，1985.

[8]王乃文，郭宪璞，刘羽.非史密斯地层学简介.地质论评，1994，40（5），482与394页.

[9]王乃文.非史密斯地层学.科学中国人，1995，3，24.

[10]程裕淇（主编）.地质学名词.北京：科学出版社，1993.

利用先进的地球物理探测技术，重点对青藏高原进行了深部地球物理调查，进一步加深了对岩石圈深部结构、组成与演化的认识，提出了一系列大陆碰撞的地球动力学模型，深化了大陆动力学研究。在地球生命的早期演化研究等方面，获得了一些重要新发现和新突破。

中国大陆科学钻探工程研究

中国大陆科学钻探自2001年6月25日正式开钻，于2002年4月9日13时30分，先导孔以米深度胜利终孔。该井从地表至井深101米为全面钻进，通过岩屑录井来获取岩层资料。从井深101米处开始连续取心钻进，至米，取心进尺米，平均日进尺米，平均机械钻速米/小时，平均回次取心长度米，平均采取率。200米处井斜角为°。利用中国大陆科学钻探工程提供的2000米连续的极为珍贵的岩心、流体及其气体样品、1300米的岩屑样品和2000米的原位测井资料，建立了岩性剖面、构造剖面、岩石物性剖面、岩石伽马异常剖面、矿化剖面、流体地球化学剖面以及十多种类型的测井剖面，完成了孔区三维地震探测，沿钻孔的垂直VSP地震剖面已经建立，揭示了孔区精细的地壳结构。

岩心深度及方位归位

2000米的钻孔岩心中，具有特殊地学意义的超高压金红石榴辉岩（绿色）的累计厚度为1000米以上，地幔橄榄岩（紫色）的厚度为80余米，部分熔融形成的片麻岩（深红色）厚度达400米，在原定的金红石榴辉岩矿体下又发现了400米厚的达到工业品位的金红石矿体。结合测井资料，解决了岩心的定向和归位问题，建立了1200米可信度高的构造柱状剖面图。通过对先导孔100～1200米岩心物理性质的系统测定，已经查明先导孔500米岩心的7项物理参数（密度、电阻率、地震波速度、热导率、平均磁化率、孔隙度、渗透率）以及部分物性参数的各向异性信息。

超深钻钻孔剖面

在排除钻进及泥浆干扰的前提下，从先导孔发现了甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类气体，以及氦气及二氧化碳和一氧化碳气体的异常。初步研究表明，地下流体可能有多种来源。经DNA分析，初步在1080米深的榴辉岩岩心中发现了极端条件下形成的微生物，为生命起源的研究提供了重要信息。

中国和德国合作最新研制的DIS数据库录入了2000米的全部岩心图像信息和工程数据，通过互联网站向国内外发布信息上万页。

通过锆石的拉曼光谱及矿物包体的微构造研究，获得了超高压变质作用的指示矿物柯石英在苏鲁南部地区三维空间大面积分布，表明巨量物质曾发生过超深俯冲作用。按照成因、产出及组合重新划分了不同种类的超高压变质岩石单元，并已标在新填绘的1:25万地质图上，据此建立了新的构造格架。超高压变质峰期的流变学研究也取得了新的进展。地震层析剖面揭示了250公里深度范围内苏鲁超高压变质带的结构特点及郯庐断裂和响水断裂超岩石圈断裂的性质。

在先导孔中发现可能来自于深部的CH4、He和CO2气体异常

经过DNA分析，在先导孔岩心1068米处榴辉岩中发现的地下微生物

青藏高原岩石圈深部探测及动力学

青藏高原北部碰撞造山作用及岩石圈动力学

对青藏高原北部岩石圈开展了新的地球物理－天然地震方法的探测，揭示了青藏高原北部各地体的物理状态、岩石圈“多明治”结构及中地壳透镜状低速层的存在，确定了阿尔金、昆南、金沙江等数条切入地下150～250公里的岩石圈剪切断层；发现了与可可西里新生代火山活动有成因联系的深部200～360公里的大型低速密度异常体以及塔里木地块向南俯冲于阿尔金山之下的地球物理证据。

在青藏高原北部祁连山南缘发现一条350公里长（大柴旦—锡铁山—都兰）的早古生代超高压变质带，并提出中国南北板块之间存在一条长4000公里的巨型高压超高压变质带（苏鲁—大别—秦岭—祁连南缘—阿尔金山），其形成时间为加里东期和印支期。这些重要发现及认识不仅有利于青藏高原北部构造格架的建立及中国西部古亚洲体系的重塑，而且对解决中国南北板块汇聚动力学具有重要意义。

发现了中亚最大的阿尔金走滑断裂中早期形成的糜棱岩带，并获得阿尔金断裂形成年龄为220～240百万年。

通过对某些关键疑难地层问题和各种地质现象的研究，提出了青藏高原北部前新生代三次重要岩浆事件及造山作用，“挤压转换”的新构造类型和华力西期以来大型平移作用及块体旋转的新认识，初步建立了青藏高原北部基本构造格架及新的碰撞造山模式。

2002年国土资源科技发展报告

2002年国土资源科技发展报告

阿尔金断裂带早期形成具左行走滑特征的糜棱岩中定向生长锆石的U-Pb测年（SHRIMP）数据：240～220百万年

INDEPTHⅢ项目

野外共布设77台REFTEK宽频地震仪，其中57台在野外进行了为期1年的天然地震观测，取得了高质量的深部地震探测巨量数据。初步建立了青藏高原腹地不同地块地壳速度结构模型和深部构造模式，高精度地确定了藏北高原地壳厚度，分析了拉萨地块与羌塘地块上地幔各向异性及其空间展布，为青藏高原大陆动力学研究提供了非常重要的观测资料。

沿德庆—龙木错测线布置26个长周期大地电磁（LIMS）测点和57个宽频MT测点；沿那曲—格尔木长约600公里测线布设25个长周期大地电磁测点和47个宽频MT测点。初步查明青藏高原腹地由南向北，上地壳普遍存在高导体，但高导体分布是间断的、不连续的，其埋深由浅变深，导电性逐渐减弱；进一步证实青藏高原50公里深度以下，地壳的电性较均匀，表现出区域性良导背景。发现可可西里—金沙江缝合带在100公里深度以上产状向北倾斜。以可可西里—金沙江缝合带为界，高原壳幔电性结构有明显变化。缝合带以北，即昆仑地块的壳幔电阻率增大，为高阻区，其深部向南陡倾，下延大于200公里。

在多格错仁湖北岸发现长180公里、宽25公里的新第三纪陆相红层盆地与晚喜马拉雅期近东西向褶皱带；在羌塘北部－可可西里南缘新第三纪火山岩带发现来自于上地幔、下地壳、中地壳不同深度、不同时代的深源包体；通过高精度测年工作，精确测定出藏北碱性火山岩时代为25～32百万年，测得青藏高原腹地区域性NE、NW向走滑与近SN向伸展作用开始时代约为5～6百万年；发现西藏可可西里中部出露6百万年侵位的花岗岩。

中国大地构造演化及中国大陆在罗迪尼亚超大陆中的位置

新一代中国大地构造回——中回及邻区大地构造图

1:5000000中国及邻区大地构造图，以多旋回演化论为指导，吸收了板块构造精华，并强调地球多层圈相互作用和地质作用的非均变性和非线性，全面阐述了阿帕拉契亚古亚洲洋、特提斯－古太平洋和印度洋－太平洋三大全球性动力体系的依次作用以及它们的叠加、复合，揭示了同一地带在不同阶段经受不同的动力体系作用，使中国大地构造显示出十分复杂的多旋回分阶段演化过程，造成中国及邻区地壳十分醒目的镶嵌式结构和地壳—上地幔不同层次间的非耦合关系，即立交桥式结构，从而使中国大陆成为全球大陆构造中最为复杂的一个区域。东亚大陆显生宙演化总趋势为冈瓦纳大陆北缘之裂解和西伯利亚大陆南缘的增生，以及古亚洲、环太平洋和特提斯三大构造域的形成。微陆块的软碰撞、叠覆造山和多旋回缝合以及由此而产生的多旋回复合造山带，多旋回叠合盆地和多旋回构造、岩浆、成矿作用是中国大地构造的突出特征。

2002年国土资源科技发展报告

2002年国土资源科技发展报告

华南新元古代裂谷盆地演化——兼论与罗迪尼亚超大陆解体的关系

长期以来，华南大地构造性质问题一直是中国地质学家争论的焦点。先后提出多旋回说、板溪洋说、华南洋说和裂谷说等。本项目采用多学科多手段综合研究方法，运用当代先进的高精度测年技术，获得了一批重要的精确测年数据，提出板溪群与莲沱组不是上下接触关系，也不完全是“同期异相”关系，两者拥有等时的顶界面和不等时的底界面，即同顶异底的对比原则，提出了长安冰碛岩的区域对比方案，即除湘桂以外的华南绝大部分地区因大陆冰盖而缺失了可与长安组相对比的地层单元；提出了“晋宁－四堡”运动不整合面是划分中、新元古界的重要界线，明确指出传统的“晋宁‖”划分不具构造－地层意义；首次提出了中国南方新元古代“华南裂谷”模式，并系统阐述了盆地形成、发展与消亡过程及其动力学模式，通过华南新元古代裂谷盆地与南澳、北美等同期裂谷盆地的对比研究，提出了华南在罗迪尼亚超大陆中的可能位置，分析并讨论了华南在罗迪尼亚超大陆拼合及解体中的作用，为探讨新元古时期全球超大陆的形成与演化提供了重要、翔实的资料。

华南新元古代裂谷盆地演化动力学模式示意图

地球早期生命演化及其地层研究

辽西首次发现真正会飞的“恐龙”——中华神州鸟

2002年春，在辽宁义县境内早白垩世地层中发现了一块保存完整的小型兽脚类“恐龙”化石，并共生着其他脊椎动物化石。新发现的“恐龙”化石嘴里无牙，前肢明显长于后肢，尾巴大约由25节骨质尾椎组成，叉骨呈“U”字形，飞行羽毛超过了身体的长度。根据新化石的肩带、腰带、四肢、羽毛发育等特征，认为新发现的“恐龙”真正具有了一定的飞行能力，应归于初鸟类，正式命名为中华神州鸟（新属、新种）（Shenzhouraptor .），代表了恐龙向鸟类演化过程中的又一中间环节。中华神州鸟显示出明显的镶嵌演化特点。在某些特征上，中华神州鸟要比德国的始祖鸟进步，如嘴里没有牙齿，前肢比后肢长得多等。德国的始祖鸟嘴里长有锐利的牙齿，前肢与后肢近乎等长。但是，中华神州鸟的另外一些特征却显示出浓厚的原始色彩，如其尾巴比德国始祖鸟略长，脚的第一趾像其他典型的兽脚类恐龙那样没有反转，趾爪仍旧朝后，表明其脚趾还不具有“对握”或“抓握”功能。中华神州鸟的发现有力支持了鸟类的“陆地奔跑”飞行起源理论。这为进一步研究鸟类的起源和早期演化、鸟类的定义、鸟类的飞行起源、羽毛的起源和演化等重大科学问题提供了十分难得的古生物资料。

辽宁义县境内早白垩世地层中发现了保存完整的小型兽脚类“恐龙”化石

我国发现世界最原始的被子植物化石新类群

最近，在我国辽西地区首次发现了迄今世界上最原始的被子植物化石新类群“辽宁古果”和“中华古果”两种化石，并据此建立了一个被子植物的新科——古果科。

中华古果化石刊登在《Science》封面上

2002年5月3日出版的《Science》杂志以封面文章刊登了这一研究成果。发现于我国辽西地的“古果科”化石，距今为亿年。由吉林大学古生物研究中心主任孙革教授和中国地质科学院季强研究员等领导的研究小组最新研究表明，迄今发现最早的被子植物是水生植物，并可能起源于现已灭绝的种子蕨类植物，国际学术界将其誉为“目前全世界保存最完整的时代最早的被子植物”。

一个多世纪以来，古生物学界一直存在有关被子植物起源时间和地域问题的争论。英国植物学家达尔文将此称为“讨厌之谜”。“辽宁古果”和“中华古果”化石的发现，不仅将人们对被子植物起源的认识提前了1500万年，同时也对欧美学者所持的“热带起源说“提出了挑战，“古果科”的研究成果将成为揭开达尔文“讨厌之谜”的钥匙。云南东部澄江动物群及其生态环境研究

通过系统研究澄江动物群在滇东地区的分布，发现了一批新的化石点，研究了澄江动物群109个属和122个种，发现新属44个，新种59个，其中已发表新属37个、新种49个。首次发现迄今世界上最古老的脊椎动物化石，即早寒武世海口鱼化石，将脊椎动物起源时代的认识至少提前了3000万年。云南省地质研究所与西北大学等单位联合，于1999年11月4日将该成果发表在国际著名刊物《Nature》第402期上，引起了国内外的关注。此项成果，发现了早寒武世脊索动物——中新鱼和海口华夏鱼化石，填补了由云南虫、海口虫演化到昆明鱼、海口鱼之间的空白，这对研究脊索动物起源和演化以及寒武纪生命大爆发具有重要意义。首次建立了该动物群的食物链模式及生态金字塔。对含澄江动物群的地层进行了同位素年龄测定，结果表明澄江动物群产出年龄约在540～530百万年之间。

云南澄江发现的海口华夏鱼化石

通过古地磁学的研究，获得澄江动物群生存时期的古纬度为°。建立了玉案山段古地磁极性序列，揭示出在澄江动物群时期地磁场曾发生过频繁极性反转的事实，这可能直接或间接影响了澄江动物群的出现与发展。

2002年国土资源科技发展报告

贵州关岭生物群研究

贵州省关岭县新铺乡一带所发现的关岭生物群，以其化石保存的多样性和完整性引起了国内外专家学者的广泛关注，被认为是全球晚三叠世独一无二的化石库，详细的调查和研究证实，关岭生物群中既有分布广泛的鱼龙，亦有仅限于特提斯生物地理区的海龙和齿龙。鱼龙的形态结构显示其处于向侏罗纪鱼形转化的过渡阶段。保存精美的海百合化石填补了晚三叠世卡尼期海百合动物从底栖型向浮游型转变的演化间断。上述海生爬行动物、海百合与长达1米的辐鳍鱼类和大量软骨鱼类以及菊石类、双壳类、海参、牙形动物、腕足类和谐共处，共同构成了一个美妙的生态系统。它是继二叠纪末期生物大绝灭之后，在独特的古地理和古环境条件下，生物重新辐射发展而在距今亿年前海洋中形成的一个新的海洋动物世界。

营假浮游生活的海百合

黄果树安顺龙化石

全球二叠系—三叠系界线层型研究

在华南广泛发现和证实了“过渡层”或“混生层”的地层意义，证明了我国二叠系—三叠系界线地层的连续性；提出了以微小欣德牙形石Hindeodus parvus取代菊石Otoceras作为界线定义的建议，并引起国际学者的重视。因为我国南方广大地区没有可靠的耳菊石记录，因此这一建议对于我国争取该层型具有特别重要性。

通过大量研究，在浙江长兴煤山剖面发现了关键的牙形石带化石，建立了最完整的二叠系—三叠系界线牙形石生物地层序列；2001年3月中国浙江长兴煤山二叠系—三叠系界线层型剖面和点得到了国际地科联的正式确认，成为全球二叠系—三叠系界线层型剖面和点位（俗称金钉子），最终被确认为国际地层界线研究的标准层型和界线层型，成为国际界线地层剖面研究的标准，这是我国地层学研究可载入史册的实质性进展，为国家争得了荣誉。同时，2001年，浙江长兴煤山地区，被正式批准成为国家地质公园。

2002年国土资源科技发展报告

专栏5

大规模成矿作用与大型矿集区预测

本项目为国家重点基础研究发展规划项目，首席科学家由中国地质科学院矿产资源研究所毛景文研究员和中国科学院贵阳地球化学研究所胡瑞忠研究员担任。本项目2002年取得三项突出进展：

（1）根据华北地区及其邻区（包括长江中下游地区）金属矿床Re-Os和40Ar-39Ar及其个别高精度流体包裹体Rb-Sr等时线测年数据，以及与成矿相关的花岗质岩石的锆石SHRIMP和单颗粒锆石测年数据的收集、可行性分析和总结，提出中国东部大规模成矿作用出现在180～160百万年、140百万年左右和130～110百万年三个时期。通过对中生代地球动力学演化的研究，认为三大成矿事件所对应的地球动力学背景为碰撞造山过程、构造体制大转折和岩石圈大规模拆沉作用。

（2）在云南丽江地区发现了两处苦橄岩。这两处苦橄岩产地均存在三层喷出的苦橄质熔岩，呈夹层产于峨眉山玄武岩系的近底部位置，与其直接接触的是辉斑玄武岩，并且接触界线清楚，不呈渐变过渡关系。三层苦橄质熔岩中以第二层最厚，达10～15米，而第一、三层只有1米左右。三层苦橄岩的矿物组成基本相似，呈斑状结构，斑晶主要为橄榄石，有少量斜方辉石，基质半晶质，主要由橄榄石、单斜辉石和斜长石组成。这项发现为我国西南峨眉山大火成岩省是地幔柱演化产物的观点，提供了重要的证据。

（3）运用地球化学急变带理论和方法，在大火成岩省东南部的滇东北鲁甸地区预测发现了面积较大的铜矿靶区。其中铜矿化在小寨向斜东西两翼连续出露长达1～2公里，厚50～80米。矿化从上到下大体上可以看到7层：①最上部三叠系砂岩中的辉铜矿、孔雀石矿化层；②宣威组角砾岩自然铜、辉铜矿矿化层；③峨眉山玄武岩组顶部火山凝灰岩与有机质有关的自然铜、赤铜矿、黑铜矿矿化层；④峨眉山玄武岩组上部第一层火山凝灰沉积层的上铁下铜矿化层；⑤峨眉山玄武岩组顶部气孔状玄武质熔岩黑铜矿、自然铜矿化层；⑥峨眉山玄武岩组上部第二层火山凝灰岩层的黑铜矿、自然铜矿化层；⑦峨眉山玄武岩组底部与茅口组灰岩接触界面的黑铜矿、黄铜矿矿化层。这7层矿都与玄武岩密切相关，构成一个统一的成矿系列。这项成果已被中国地质调查局采用，列为国家重点找矿勘查评价区。

长江中下游地区地球动力学演化与成矿模式图

a.扬子与华北克拉通对接后，在秦岭造山带南侧发育坳陷带b.构造应力场大转换地幔隆起、岩浆底侵形成的斑岩型－夕卡岩型－Manto型铜金铁矿成矿系统；c.岩石圈大减、薄软流层物质上侵大规模岩浆－火山活动和120百万年的玢岩铁矿成矿系统

专栏6

北京首都地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

本项目为国家重点基础研究发展规划项目，首席科学家由国家地质实验测试中心黄怀曾研究员和中国气象科学研究院徐祥德研究员担任。2002年本项目取得的主要进展如下：

（1）在大气污染方面，采用单点激光雷达，太阳光度计，系留汽艇，TOVS、TOMS和MODIS多类卫星遥感综合探测手段，对空气污染物连续监测，获取了北京冬季城市边界层大气动力结构综合观测数据，初步建立了北京城郊南北剖面城市边界层大气动力三维结构。

密云水库底积物沉积状况图

（2）在水污染方面，密云水库流域土壤侵蚀、小型矿山开采、农业活动等点源和面源污染所携带的化学物质对水库水质已造成影响，水体中污染物含量逐年增加，但尚未超过污染容量，水质目前还算洁净，但水库底泥内已蓄积了一定量相对稳定的污染物。对官厅水库研究表明，多年来点源排放活性磷，排污渠道积淀与析出活性磷，不断流入水库。水库内常年积累的活性磷，通过生物、物理、化学作用，形成一个循环体系，水体中无机的和有机的不同形态磷彼此间的转化，可不断供给藻类繁衍所需的活性磷，这是导致水华的主要原因；水库蓄水量减少，磷浓度增加，有利于藻类繁殖，这是引发水华的另一因素；底积物中磷的贮存与释放以及流通量是诱发富营养化的另一重要原因。

（3）在地下水污染研究方面，以城市近郊地下水为例，排污河渠对地下水污染的影响不大，垃圾填埋场淋滤液对地下水污染有一定程度的影响；污水草地中氮的动态分布特征表明，渗灌比滴灌更易造成硝态氮污染。

（4）在土壤污染方面，详细确定了北京城近郊区较大范围内重金属、持久性含氯有机污染物等的种类，圈定了空间分布范围，发现了严重污染点。通过土壤钻孔精细剖面，确定了重金属污染物的主要累积层位。研究表明，尽管已禁止使用有机氮农药DDT，但仍存在区域性的污染。

（5）为防治加油站的污染，驯化出具有较强降解多环芳烃能力的优势菌种，对芳烃、非烃、饱和烃和沥青质降解率分别达30%～80%。针对重金属镉污染，培育、驯化了富镉微生物酵母菌和丝状真菌各一株，丝状真菌干菌体镉含量达28%，明显高于国外细菌富集能力20%。