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科学理论应该建立在多元思维基础上——访李扬鉴先生  

2015-07-11 11:32:29|  分类: 《天下》2015年第 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本刊记者:李寻、常明、闻迟、商昭

顾问:崔永强、林旭东、马杰

 

         


编者按

   为了对李扬鉴先生进行专访,本刊做了半年的准备工作,不仅阅读了李先生本人的著作,还阅读了有关构造地质学和大地构造学的相关著作。构造地质学和大地构造学是两门已经发展了一百多年的学科,积累下了无数的研究文献,在短时间内,我们也只能了解个大概。为了提高采访的专业水准,我们特别聘请大庆油田勘探开发研究院的高级工程师崔永强博士为顾问,全程参加对李先生的采访。崔博士本科、硕士、博士、博士后学的都是石油地质专业,对李先生的著述做过细致的研究与整理,为我们的采访提拱了关键性的指导作用。同时,我们还特别邀请了西安幔源油气勘探开发研究有限公司的地球化学研究员林旭东先生与地球物理研究员马杰先生作为专业顾问,一同采访。

采访于2015年1月17日~18日在涿州进行,实际上是一个连续了两天的座谈会,已八十岁高龄的李扬鉴先生耐心地回答了我们所有的问题,我们感觉是上了一学期浓缩的当代地质学前沿课程。这里所整理发表的只是采访中的部分内容,更全面的内容可以通过阅读李先生的学术专著获得。最让我们感到遗憾的是,座谈中弥漫的那种生动的思想气氛,已无法在纸上再现,那是只有当面聆听才能获得的思想享受!

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◎李扬鉴先生(右三)接受本刊记者采访

 

    记者(以下简称记):首先请您谈一谈软弱层与刚性层断裂的关系,到底是谁控制谁?

    李扬鉴先生(以下简称李):湖北阳新枫林煤系硫铁矿赋存于顶底板都是刚硬的中厚层石灰岩中。矿井中有两种硫铁矿,一种与比较坚硬的泥岩共生,另一种在非常软弱的页岩中。有一条200多米长的水平坑道,从泥岩区一直延伸到页岩区。剖面非常清楚地反映了下伏软弱层与顶板正断层的关系。在该坑道中,100多米长的泥岩地段,顶板中一条正断层都没有,但一进入页岩区,顶板正断层立即出现,而且断层平均密度达到每10米一条。所以下伏软弱层对顶板正断层的产生起着决定性的作用,这时我的大陆层控构造观便开始萌芽了。

  记:假设薄皮构造中,软弱层控制顶板刚硬层的正断层的关系成立,那么断陷盆地把中地壳塑性层部分物质压到他处,造成该部位重力失衡,导致软流层和莫霍面隆起,因此地幔隆起是断陷盆地形成的结果而不是原因,那么地幔的隆起到底是受下面的软流层控制还是上面重力作用所致?

    李:这个问题问得很有趣。我打个简单的比方:我推了您,您撞倒了身边一个人。这个人是您撞倒的,这没有错,但祸根却在我身上。所以我认为,是断陷盆地基底沉降压走了下伏中地壳塑性层部分物质,引起重力失衡,才最终导致地幔隆起的。

    多年前,西方人发现了大洋中有所谓的地幔柱,尔后中国学术界便把这个概念搬到中国大陆来,说是地幔柱隆起造成中国东部产生正断层及其断陷盆地。因为是洋人说的,许多中国人也就信了。可是我们不禁要问,为什么中国东部这些控制断陷盆地、具有一定方向性和平移规律的正断层,与地幔柱产生的环状和放射状断裂并无任何相似之处。其次,冀中坳陷深部软流层隆起,只影响到岩石圈地幔和下地壳,连中地壳塑性层都无多少变化,怎么谈得到造成上地壳拉张和正断层及其断陷盆地的产生(图1)。第三,从冀中坳陷这张剖面图来看,软流层是严格跟着断陷盆地即正断层走的,是条带状的,而不是柱状的,条带状的软流层隆起带又是如何产生的呢?

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◎图1  冀中坳陷电性结构剖面图

 

    记:地幔流体上来的通道是深大断裂吗?

    李:现在人们一谈到深部地幔流体上来都提到深大断裂,认为该断裂是一条从深部一直延伸到地表的深大断裂。其实大陆内部并没有深大断裂存在。前苏联地质学家裴伟晚年也承认,该概念是他年轻时在缺乏事实根据的情况下提出的。因为深大断裂无力通过厚达10千米左右的中地壳塑性层。

    根据我在枫林矿区所作的全面统计,该矿区顶板正断层,进入软弱的只有1.53.0米厚的煤系后,由于它向下错动的重力能,绝大部分消耗于煤系物质塑性流动过程中,使其中97.7%的顶板正断层无力切入底板,而终止于煤系中。由此可以判断,没有任何上地壳正断层能够切穿中地壳塑性层成为深大断裂。地球物理测深资料也表明,大陆内部切穿岩石圈或地壳的深大断裂也缺乏真正的证据。现在深大断裂的依据主要为伴随地幔隆起而来的玄武岩。但这个依据需要深入分析。断陷盆地产生后,下伏中地壳塑性层部分物质他流,使该区域重力失衡,软流层上拱。软流层上拱导致上覆岩石圈地幔和下地壳横弯隆起。在隆起过程中其轴部部分物质被压向两翼,使轴部厚度减薄,并产生次一级纵向张性断裂,引起软流层中包括玄武岩浆在内的地幔流体通过这些断裂涌入中地壳塑性层,把该层局部或全部基性化。随后这些基性物质和其它地幔流体沿上地壳断裂喷发。所以我们所见到的玄武岩,不是通过深大断裂直接上来的,而是分阶段间接上来的。

    记:关于断陷盆地的演化您是否可以谈一谈?

    李:压剪性正断层上盘在重力作用下,其断陷盆地是箕状的,目前绝大部分人都没有这个概念。假如说正断层是拉张的话,它则产生对称地堑,一拉开中间地层便掉下去,例如冲绳海槽。断陷盆地演化分三个阶段:第一个阶段是断陷阶段,盆地呈箕状,沉积物则呈楔状。第二个阶段是断坳阶段,它的沉积物呈向斜状。断陷阶段把下伏中地壳塑性层部分物质压向下盘,促使该盘上地壳向上掀斜成断隆山。断隆山的中地壳塑性层变厚后,重力趋于平衡,中地壳塑性层物质就难以继续快速向断隆山方向流动,断陷盆地沉降速度便下降了。这时滞后的断隆山则还在隆起,带动上盘靠近断层面的沉积物抬升,使盆地沉降中心移向盆地中央,形成向斜状沉积。第三个阶段为坳陷阶段。断坳阶段后期之后,由于地幔流体开始大规模外排,引起上覆岩石圈全面沉降,进行披盖状沉积,覆盖了所有的断陷盆地和断隆山。第一阶段沉降速度最快,第二阶段沉降速度次之,第三个阶段沉降速度最为缓慢。

    记:那么地幔流体是从哪个阶段上来的?

    李:在断陷阶段,上盘断下来后引起地壳失衡,导致地幔隆起,深部会派生次一级的纵向张性断裂。但在这个阶段,深部断裂与上地壳断裂还未沟通,深部的地幔流体还无法涌上地表。到断坳的后期,断裂完全沟通了,这个时候才开始有玄武岩浆外涌,但其活动到了坳陷阶段才达到顶峰。这种现象,在松辽盆地、东海陆架盆地和南海北部陆缘区皆然。但渤海湾盆地是个例外。该新生代盆地产生在晚侏罗-早白垩世盆-山系基础上,那里中地壳塑性层早已经被全部基性化了,所以新生代盆地一开始便有玄武岩喷溢,而且玄武岩也最厚,厚达1000米以上。

    根据杜乐天教授等专家学者的研究,无论是无机的或“有机”的油气资源的形成,都与地幔流体提供的氢、热能和起催化作用的铁族元素有关。所以油气资源多与玄武岩伴生,并且主要形成于地幔流体强烈活动时期。松辽盆地坳陷阶段的层位,探明的石油储量占全部探明石油储量的94.4%,渤海湾油田玄武岩最厚,其油气资源也最丰富。

    记:披盖式沉积是热沉降所致吗?

    李:热沉降是个长期以来的错误概念。地幔流体大规模上涌,造成上覆岩石圈全面沉降,进行披盖状沉积,使断陷盆地进入坳陷阶段。由于这个阶段有高温的地幔流体广泛的大规模上涌,使这个阶段的地壳不是变冷,而是变热。这点松辽盆地已经做过详尽的研究,得出了明确的结论。热沉降说是油气成因有机说追随者臆想出来的,因为他们还不知道深部高温的地幔流体与油气资源形成是多么息息相关。

    记:软流层隆起和断陷盆地的形成是同期发生的?还是具有一定的因果关系和时间顺序?

    李:有一定的因果关系和时间顺序。不过软流层很敏感,其上覆的岩石圈地幔和下地壳在长期的地应力作用下,也呈弹塑性。根据中国满洲里-绥芬河地学断面图统计,松辽盆地沉降中心软流层隆起高度,与东西两侧张广才岭和大兴安岭比较,分别高出50千米和28千米,为松辽盆地最大沉降幅度的5倍和3倍,而其岩石圈地幔和下地壳的横弯隆起轴部的厚度,分别减薄了41千米、17千米和9千米、6千米。由此可以看出,软流层上拱对上面断陷盆地沉降的反应,以及岩石圈地幔和下地壳的弹塑性是多么强烈。所以我判断,断陷盆地一出现,软流层便会随之上拱;断陷阶段一结束,软流层上拱很快就会停止。这里的“很快”,是指地质时间而言。

    记:按照您的模式,油气产生之后在哪里比较集中呢?

    李:对于盆-山系而言,断隆山顶部油气相对更为集中。一般认为断隆山油气是从断陷盆地中侧向运移过来的,不考虑到深部中地壳塑性层所含的物质及其作用。这是片面的认识。其实最主要的原因是,断隆山的中地壳塑性层物质最集中,其次才是高位因素。

    记:请您谈一下正断层为什么是压剪性的?

    李:压剪性正断层新概念是我1985年创立的,它基于两个因素:水平挤压力和重力的共同作用和岩石在长期的地应力作用下呈弹塑性。自从活动论盛行以来,人们只强调水平力,把普遍、永恒、强烈的重力作用淡忘了。由于大陆内部水平挤压力和重力占绝对优势,所以在造陆运动时期,水平挤压力所产生的平面X型断裂和重力所产生的垂向X型断裂结合在一起,在三度空间上便形成4组产状不同的走滑正断层,即压剪性正断层。人们往往把走滑正断层称为张剪性断裂,这是由于传统上把正断层视为张性断裂的同义词演绎出来的结果。其实张性裂面形成后,它便不能再传递张应力的作用了,所以它不会有重要的走滑。而水平挤压力所产生的平面X型断裂,即压剪性断裂,在断裂面产生后,仍然能够继续传递水平挤压力的作用而不断走滑。其次,过去人们根据室内短时间强度实验得出的结论,认为岩石是脆性材料,而基于脆性材料破坏建立起来的库仑-摩尔强度理论,则认为所有断裂面均与中间主应力σ2平行,与最小主应力σ3(最大张应力或最小压应力)垂直,断裂面呈张性。但如上所述,自然界的岩石在长期的地应力作用下呈弹塑性,它的破裂现象符合基于韧性破坏的能量破裂理论,其断裂面与三个主应力呈等夹角,而形成4组压剪性正断层。

    记:水平作用力的原动力是怎么产生的?

    李:水平作用力的原动力也是多元的,主要是地球自转速度缓慢变化派生的经向、纬向惯性力和纬向剪切力;陨星逆向或顺向撞击引起地球自转速度发生急剧变化派生的强烈经向和纬向惯性力,引起全球性造山运动;岩石圈在软流层隆起带斜坡上的下滑力,使重力转变成水平挤压力,等等。目前东亚的动力,则来自于印度洋板块的下滑推挤。前苏联在中纬度地区发现很多X型断裂,便是地球自转速度缓慢变化派生的经向惯性力造成的。

    记:走滑断层会导致什么现象?

    李:这就牵扯到断陷盆地为什么开始会产生中酸性岩浆(即花岗质岩浆),到后来才产生基性岩浆。到底花岗质岩浆是怎么产生的?你想想看,我们所说的都是上地壳的走滑正断层,就算走滑十千米,也还是一个很小的走滑距离;但是走滑作用不止对断层面有影响,实际上,上地壳正断层走滑的时候是带着整个上地壳在中地壳塑性层上滑动,而上地壳厚度有十来千米。巨大负荷的重力产生巨大的重力能,重力能在断层走滑过程中,转变为机械能和热能,使该层物质部分糜棱岩化和重熔,产生中酸性岩浆。

    记:为什么重熔的是中地壳而不是上地壳?

    李:上地壳底部是坚硬的含基性岩层的结晶基底,它的熔点较高,而中地壳塑性层物质相当于花岗闪长岩类,熔点较低,容易重熔。

    记:那就是说在断陷阶段,经过走滑摩擦导致中地壳花岗岩重熔,形成花岗质岩浆。重熔型花岗岩大部分与上地壳走滑正断层相关,但还有一种交代型花岗岩,请您解释一下它的形成?

    李:交代型花岗岩的产生是另一种模式。一个大型背斜纵弯隆起后,它的背斜轴部往往产生一个虚脱空间,虚脱空间很可能会把地幔流体吸了进来,产生交代作用,形成交代型花岗岩。所以在大型复背斜轴部普遍发育有交代型花岗岩。

    记:这类构造活动与沉积层的演化有关吗?

    李:在每一个油田中,除了渤海湾之外,一开始都是花岗质岩浆活动,到后来才有玄武岩活动,并且到了玄武岩活动阶段,由于岩石圈全面沉降,近海的披盖层就从原来的陆相变成海相。比如南海北部沉积开始时多为陆相沉积,到后期变为海相沉积。深部地幔流体大量释放,导致整个岩石圈下降,所以原来在海平面之上的陆相沉积,下降到海平面之下变为海相沉积。这就是说,在南海的沉积层中,下面是陆相的上面是海相的。所以我觉得由上地壳正断层从走滑到岩浆岩的演化,一直到沉积物的演化,油气资源的产生是一个系列,这就是我的盆-山系模式。

    记:花岗岩浆喷发的时候也跟玄武质岩浆一样受到上地壳正断层控制么?

    李:受控制。不过由于它的黏度较大,其地表的分布面积较玄武岩小。但由于它在地壳深部往往呈层状分布,所以在地壳深处花岗岩的面积比玄武岩应该更广。

    记:请您谈一谈怎么对构造地质学进行研究?

    李:玄武岩上涌通道可能会沿着花岗岩上涌通道上来,也可能会从其他通道上来,但是喷出的先后次序是明确的。到目前为止,人们仅仅是描述这种现象,到底它为什么产生这种现象,许多人认为是深大断裂向深部延伸所致,没有人能够真正说清楚。实际上任何事情深究下去,都是很有规律的。构造地质学研究分三个层次:第一个层次是几何学,就是它的产状,是描述性的;第二个层次是运动学,研究它怎么运动,是左行还是右行;最后是动力学,最难的也是动力学,现在很多现象都摸不清楚它的动力是从何而来。既然谈到动力学,我就更有兴趣了。我们的前辈做了大量的工作,很有成就,但是有个共同的问题单源论。实际上,客观世界是多元的。我们东方人思维的本质也是多元的。

    记:什么叫多元?

    李:关于地壳运动的动力,李四光主张地球自转力,马杏垣主张重力,槽台学说也主张重力,板块学说主张地幔对流,等等,他们都主张单元动力成因观。其实地壳运动的动力是多元的,是地球自转力、陨星撞击力、重力和热力共同作用或者分期次作用的结果,不是单一因素。因此我们的思想必须进行多元的思维,才能尽量减少或避免片面性。我们的大陆层控构造学说就是建立在多元思维基础上的:多元动力成因观,多层次构造观,多阶段演化观,等等。所以大陆层控构造学说是个开放性、包容性的学说,没有门户之见。各家各派的观点,只要合理的切合实际的部分都吸收,从而建立起一个比较全面系统的大陆层控构造学说。整个客观世界都是多元的,所以科学理论应该建立在多元思维的基础上。

    记:经向惯性力和纬向惯性力是如何产生的,在构造运动中起什么作用?

    李:当地球自转速度变化时,便会派生经向和纬向惯性力。不过自转速度变慢和变快派生的经向和纬向惯性力方向各不相同(图2)。当地球自转速度受地球逐渐膨胀等因素影响,自转速度缓慢变慢时,派生的经向和纬向惯性力较弱,这时重力起主导作用,地壳以垂向上的降升运动为主,形成断陷盆地和断隆山;当地球受到陨星逆向或顺向撞击时,地球自转速度便发生急剧的变慢或变快。这时地球则派生强烈的经向和纬向惯性力,使具有侧向应变空间的断陷盆地与断隆山之间发生全球性的水平冲叠造山运动(图3、图4),并造成广泛的古火山爆发、古气候剧变、古地磁倒转、古生物灭绝和代与代、纪与纪等的交替。去年我和中国地科院吴必豪研究员等在《前沿科学》第4期发表了《论陨击事件与全球性造山运动和板块构造诞生的关系》一文,便充分地论证了晚三叠世的陨击事件与秦岭印支造山带和侏罗纪以来板块构造诞生的关系。

 

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◎图2  地球自转速度变化时南北半球经向惯性力与纬向惯性力及其东西向剪切力大小和方向示意图

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◎图3  俯冲型冲叠造山带成因机制剖面示意图 

1 盆地中填充物;2 盆地基底(盖层); 3 上地壳结晶基底; 4 中地壳塑性层; 5 下地壳; 6 交代型花岗岩; 7 重熔型花岗岩; 8 逆冲断层; 9 俯冲方向; 10 主动力作用方向。

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◎图4  仰冲型冲叠造山带成因机制剖面示意图

1 盆地中填充物; 2 盆地沉积基底(盖层); 3 上地壳结晶基底; 4 中地壳塑性层; 5 岩浆; 6 仰冲断层; 7 主动力作用方向。

 

    记:也就是说地球的自转速度(包括陨星撞击引起的自转速度变化)是决定构造盆地和山脉的原动力?

    李:这个问题比较复杂。在板块内部的大陆上,构造盆地和山脉大体有两种类型:受上地壳正断层上下盘控制的断陷盆地(包括地槽)和断隆山(如太行山),以及由这种盆-山系演变而成的冲叠造山带。冲叠造山带又分两种类型:断隆山向断陷盆地仰冲、推覆,形成压陷盆地和仰冲山脉(图4);断陷盆地上地壳底部刚硬的结晶基底向断隆山中地壳塑性层俯冲,则形成前陆盆地和冲叠带(图3)。其中控制盆-山系的上地壳正断层,是水平挤压力或水平剪切力与重力共同作用的产物,产生于造陆运动时期,形成时间长,运动速度缓慢,以降(断陷盆地)升(断隆山)运动为主要形式,重力起主导作用。其中水平挤压力可以是地球自转速度缓慢变化派生的经向和纬向惯性力,也可以是板块构造在自身重力作用下,沿洋脊软流层隆起带侧翼斜坡下滑所派生。有人计算,位于洋脊软流层隆起带侧翼的板块,只要下伏软流层顶面具有1/3000的坡度板块就能下滑,下滑速度可达40mm/a左右。如晚白垩世以来,位于北西向卡尔斯伯格洋脊软流层隆起带东北翼的印度洋板块,起初下滑速度为165mm/a,至今还以45mm/a速度朝雅鲁藏布江断裂带俯冲,促使喜马拉雅以及整个青藏地块大幅度隆升,对东亚大陆也产生了远程效应。至于由盆-山系演变成冲叠造山带,则是陨击事件导致地球自转速度发生急剧变化,派生的强烈经向和纬向惯性力作用所致,它产生于全球性的短暂的造山运动时期。

    印支运动有两幕:中三叠纪与晚三叠纪之间为第一幕;三叠纪与侏罗纪之间为第二幕。经过研究,发现印支运动这两幕刚好与两次大的陨击事件有着明显的一致性:首先在时间上是同时的;其次这两次都是逆向撞击,逆向撞击造成地球自转速度急剧降低,这时它派生的经向惯性力是从赤道指向两极,使古赤道受到拉张(图2a),这就很好的解释了中特提斯地槽和南特提斯地槽的成因。由于地球呈不对称膨胀,南半球膨胀快,北半球膨胀慢,当今南半球海洋面积占全球海洋面积的3/4,便与这种不对称膨胀作用有关,所以古赤道不断南移。在中国产生了三条特提斯地槽:北部古特提斯地槽比较老,在晚古生代石炭、二叠纪产生;中部中特提斯地槽是在印支运动第一幕之后达到顶峰,当时派生的自古赤道指向两极的经向惯性力,使南边的中特提斯地槽受到强烈拉张,并造成北边的古特提斯地槽封闭,形成印支造山带;南部的雅鲁藏布江新特提斯地槽主要产生于印支运动第二幕之后的侏罗-白垩纪。它们都呈东西向。这个问题至今没有人涉及,其实它们是地球自转速度变慢所派生的经向惯性力拉张的产物。中、新特提斯地槽的产生,都分别比两幕印支运动早,那时它们还不是古赤道,所以开始都受纬向剪切力和重力共同控制(图2a)。到了印支运动之后,它们才分别达到地槽的极盛时期。

    原来一些国内外专家学者认为,在印度次大陆与欧亚大陆之间,在雅鲁藏布江这一带原来有个大洋。他们根据古地磁资料,认为这个大洋宽达几千千米。但是,后来肖序常院士等研究认为,印度次大陆和欧亚大陆的古生物很相近,充其量只能算是条海湾。因为前人没有考虑到地球在不对称膨胀,古赤道在不断南移。

    记:我们谈了纬向惯性力和经向惯性力,那纬向剪切力呢?它是由纬向惯性力派生的吗?纬向惯性力在赤道强,向两极变弱?

    李:是的,纬向惯性力赤道强,向两极渐弱,使位于不同纬度的相邻地块之间产生纬向剪切力,从而在重力共同作用下,便产生东西向上地壳走滑正断层,形成了盆-山系。尔后在陨星逆向或顺向撞击下,地球自转速度急剧变慢或变快,派生了强烈的经向惯性力,使盆-山系演变成东西向冲叠造山带,如秦岭印支造山带。所以在中国大陆上,东西向造山带相当发育:北有天山-阴山造山带,中有昆仑-秦岭造山带,南有南岭造山带。假如陨星是顺向撞击,地球自转速度变快,经向惯性力从两极指向赤道,纬向惯性力则自东而西(图2b)。这时欧亚大陆、美洲大陆向南运移,便把北极撕开,形成北冰洋洋中脊;而南半球诸大陆则离开南极洲,产生围绕南极洲的环状洋中脊。

    记:您能不能以秦岭为例,讲一讲上面所说的东西造山带形成过程?

    李:秦岭印支造山带,由于它矿产资源丰富、独特的地理位置和重要的学术价值,历来是我国地质界研究的重心。该造山带的前身,正是上面所说的,由纬向剪切力和重力共同作用下所产生的,长达一千多千米的东西向商丹上地壳走滑正断层形成的盆-山系。该盆-山系从早古生代断断续续延续到中三叠世。上地壳走滑正断层上盘是南秦岭断陷盆地(地槽),下盘是北秦岭断隆山。

在中三叠世与晚三叠世之间和三叠纪与侏罗纪之间,先后于俄罗斯和加拿大发生两次陨击坑直径达80千米和100千米的重大逆向撞击事件,使地球自转速度在该时期两次突然变慢,从而在北半球派生了两次自南向北的强烈经向惯性力,导致南秦岭断陷盆地上地壳底部,这时已经断落到与北秦岭断隆山中地壳塑性层直接接触的几千米厚刚硬结晶基底,先后两次向北秦岭断隆山10多千米厚的中地壳塑性层快速顺层俯冲,俯冲总距离达50千米左右。南秦岭俯冲岩板在俯冲过程中,其上覆盖层被刮削下来,形成褶皱仰冲的冲褶带,而北秦岭则成为具有双层结晶基底的冲叠带(图3)。这时南秦岭俯冲岩板在快速俯冲过程中,强烈的挤压力和摩擦力使北秦岭中地壳塑性层物质产生选择性重熔,形成中酸性岩浆,产生金属和非金属矿床,而南秦岭俯冲岩板在强烈挤压力的动力能作用下,其中的变质基性岩类发生高压超高压变质作用,形成榴辉岩、柯石英和金刚石等岩石矿物。其中高压和超高压变质时间,距今230百万年和210百万年,与上述两次陨击时间大体同期。由于陨击作用来去匆匆,使埋深只有10千米左右的结晶基底中很不稳定的柯石英不致于产生退变质作用。作为秦岭印支造山带东段的大别山,到了晚侏罗-早白垩世和晚白垩世-古近纪,在北部北西西向晓天-磨子潭上地壳正断层、东部北北东向郯庐上地壳正断层南段的断隆山先后作用下,其上地壳被高高抬起。经过长期的剥蚀,该俯冲岩板及其高压超高压变质岩石矿物和下伏中地壳塑性层及其花岗岩才先后露出地表,成为变质核杂岩。所以这些高压超高压变质岩石矿物,是动力作用的产物,也不存在深俯冲和深折返的问题。

    20世纪80年代在大别山发现了超高压变质矿物时,整个学术界都轰动了,当时《人民日报》为此还发了一篇报道。里面的柯石英是超高压变质矿物,需要很高的压力条件才能形成。根据测试确定的压力条件,许多专家学者按埋深进行推算,认为必须要100千米以上深度才有这么高的压力。问题就出在这个地方。依照推算,南秦岭的陆壳在印支期,陡然就俯冲下去了,俯冲到100千米深,有人甚至说俯冲到150千米、200千米。但是,你想想看,南秦岭是陆壳,是低密度的,30多千米以上深度都是高密度的地幔。一个低密度的巨大陆块怎么能够俯冲进高密度的地幔这么深,是什么力量导致的?还有一个重要的问题,柯石英极不稳定,到了那个变质深度后,若不迅速上升就会退变质。这个动力模式就很复杂了。《人民日报》那篇报道说了一句俏皮话“南秦岭潇洒地下去走一回”。当时我看到这篇报道,觉得这个记者想象力很丰富;但是南秦岭作为一块庞大的陆壳,实在潇洒不起来。长一千多千米,宽数百千米的庞大的陆壳,陡然之间俯冲下去,陡然之间又井然有序地同时抬升上来,实在很难想象。把一个动力学问题当成个静力学问题来研究,把一个简洁清楚的动力学问题,弄成个谁也说不清道不明的重大科学难题。于是,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”,便不惜投入数以亿元计的巨资,从2001625日到2005418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,除了在壳内俯冲岩板中见到更多的高压超高压变质岩石矿物外,并没有发现板块俯冲和折返的任何证据。正如本人在开钻不久后的2001914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”。当今,继续就地球论地质,许多重大地质问题仍然无法解决。

    印支期两次陨星逆向撞击,使地球自转速度两次急剧变慢,造成两幕印支运动。其所派生的经向惯性力,在北半球自南而北,使南秦岭的结晶基底向北秦岭中地壳塑性层顺层俯冲,形成俯冲型冲叠造山带。该时期地球自转速度两次急剧变慢派生的全球性纬向惯性力,则由西到东(图2a),从而使鄂多尔斯西缘总体呈南北向的上地壳正断层西盘阿拉善-古六盘山断隆带,先后两次向东侧贺兰坳拉槽-古六盘山东侧断陷带仰冲推覆,先后形成两条长达600千米的南北向压陷带,西边一条产生于印支运动第一幕之后的晚三叠世,位于银川西侧;东边一条形成于印支运动第二幕之后的侏罗纪,东移到银川东边。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。这是个误解,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,这点王仁院士曾经作过详细的计算;何况陨击事件导生的地球自转速度变化是急剧的,其派生的惯性力更为惊人。上述多方面的事实可以为证。

    记:也就是说,柯石英是实际存在的,但造成柯石英存在的原因有多种,陨星撞击坑和陨星逆向或顺向撞击,引起地球自转速度急剧变化所派生的强烈经向和纬向惯性力,使断陷盆地上地壳底部刚硬的结晶基底向其断隆山中地壳塑性层进行快速俯冲,都可以导致柯石英的产生,要考虑到多种可能的成因。

    李:是啊!现在国内地学界存在着三大弊端:重事实,轻理论;重手段,轻思维;重仿造,轻创新。重事实:大家都去看正断层,你看到的是拉张,我看到的也是拉张,大家都在描述,在低层次上重复来重复去,但对问题的认识却没有前进一步。重手段,手段很先进,测出来的结果也很准确,但是解释有问题、思路不对头。用西方人的就事论事的分析思维方式往往是不行的,用东方人的多角度、多方向的综合思维来认识问题比较全面。21世纪是个大科学时代,西方那种分析思维方式在过去是非常有用的,那时候科学刚起步,必须要分学科,每个学科都要分别精细地研究下去,那种思维方式在科学发展的初级阶段是非常有用的,但是现在科学已经发展到了大科学阶段,用那种分析思维方式,要解决大问题是无能为力的。让我说一句大话,二十一世纪,东方人的综合思维方式将大放异彩。

    记:柯石英和榴辉岩是一回事么?

    李:不是一回事。柯石英是一种超高压变质矿物,榴辉岩则是一种由基性岩浆岩在极高压力条件下形成的变质岩。柯石英往往包含在榴辉岩中。

    记:您也认为柯石英是中地壳塑性层产生的?

    李:我认为柯石英,是上地壳底部结晶基底的基性岩浆岩中的石英,在发生逆向或顺向撞击事件时,断陷盆地的结晶基底在地球自转速度发生急剧变化派生的强烈惯性力作用下,向断隆山中地壳塑性层快速顺层俯冲过程中,强大的动力作用使俯冲岩板中的基性岩浆岩受到极大的压力,发生超高压变质作用,使其中的石英产生超高压变质成为柯石英。所以柯石英不是埋深的静压力的产物,而是陨星逆向或顺向撞击,使地球自转速度发生急剧变化派生的强大惯性力动力作用的结果。这是我与前人根本分歧之所在。

    记:十到二十五公里就能产生那么高的温度和压力吗?

    李:这个问题上面回答了。这是个动力学问题,而不是静力学问题,前人从静力学角度来思考这个问题,思路错了,结果碰了个大壁!

    记:您说的静力学问题是指他们按照埋深来模拟计算产生柯石英的条件,动力学问题是指俯冲岩板的动力能产生的巨大压力?

    李:是。

    记:东海县科学深钻有什么科学成果?

    李:找到了更多高压超高压的岩石矿物。不过只有先进的设备,缺乏先进的思想,是无法解决这类天文地质问题的。

    记:您说南秦岭的盖层被刮下来的地质学证据是什么?

    李:原来的南秦岭实际上就是地槽,用构造形态概念来描述就是箕状断陷盆地,宽度大概有一百多千米。断陷盆地北部为商丹主断陷,断陷最深,沉积最厚,也有一些断断续续的蛇绿岩,为优地槽过渡壳构造。该箕状断陷盆地南缘翘升端安康-旬阳一带,在箕状断陷盆地弹性基础悬臂梁固定端最大弯矩派生的张应力作用下,产生了张性正断层,形成了次断陷冒地槽。在商丹主断陷与安康-旬阳次断陷之间,则成为中央断隆带,即冒地背斜,形成两堑夹一垒的构造格局。北秦岭断隆山即优地背斜。这是侏罗纪大洋产生之前,地球上陆表海地槽的基本构造特征。

印支运动期间,在陨星逆向撞击作用下,地球自转速度突然变慢,从而在北半球派生了自南而北的经向惯性力,使这时已经断落到与北秦岭中地壳塑性层直接接触的南秦岭断陷盆地上地壳底部刚硬的结晶基底,向北秦岭中地壳塑性层顺层俯冲,而结晶基底上覆软弱的盖层,面对的是北秦岭上地壳底部刚硬的结晶基底及其上覆较老较硬的盖层,无力俯冲,只能向南褶皱倒转仰冲,形成南秦岭冲褶带(图3)。这种褶皱逆冲现象,无论在南秦岭野外或地质剖面图上俯拾即是。

    记:请您谈谈陨击事件与全球性造山运动的关系。

    李:地球在漫长的地质历史演化过程中,受所处天文环境诸多因素的影响,自转速度总体呈逐渐变慢趋势,使各个地质时代历年天数依次减少,从寒武纪的424天,到现在的365天。然而地球自转速度在总体逐渐变慢过程中,又多次发生变快变慢的急剧变化。这种现象与地质历史长河中漫长的渐变的造陆(降升)运动和短暂的突变的造山(水平)运动交替出现不谋而合,从而造成全球性的造山运动、地层不整合和地质时代交替。

    造山带大体有三种成因类型:受上地壳正断层控制的断隆山;板块下滑碰撞造山带;与陨星有关的冲叠造山带。前两种造山作用受重力作用控制,不具有全球性意义。我们着重讨论最后这种具有全球性意义的造山类型。

    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,造成该时期地球自转速度急剧变化,派生了强烈的经向和纬向惯性力,产生全球性造山运动。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。前几年我在研究东海陆架盆地油气地质时,也发现该盆地系与系、统与统之间的几次主要构造运动,也与陨击时间一致。

    记:两幕印支运动与两次陨星逆向撞击有关的证据是什么?

    李:两幕印支运动是两次陨星逆向撞击产物的证据有四:第一,两幕印支运动与两次大的陨击事件的同时性。印支运动第一幕产生于中三叠世与晚三叠世之间,距今235百万年,与220±10百万年前发生于俄罗斯伊万诺沃州陨击坑直径80千米的陨击时间大体一致;印支运动第二幕产生于三叠纪与侏罗纪之间,距今208百万年,与212±2百万年前发生于加拿大魁北克省陨击坑直径100千米的陨击时间很相近。第二,秦岭印支造山带的南秦岭上地壳底部刚硬结晶基底,向北秦岭断隆山中地壳塑性层进行两次顺层俯冲产生的两次高压超高压变质时间,距今分别为230百万年和210百万年,与上述两次陨击时间一致。第三,陨星逆向撞击促使地球自转速度急剧变慢,在北半球派生了自南而北的经向惯性力,在全球则派生了由西到东的纬向惯性力(图2a)。前者使东西向商丹上地壳正断层上盘南秦岭断陷盆地的刚硬结晶基底,向北秦岭断隆山软弱的中地壳塑性层进行两次顺层俯冲。后者则在由西到东纬向惯性力作用下,使总体呈南北向的鄂尔多斯西缘正断层西盘阿拉善-古六盘山断隆山,先后两次向东盘贺兰坳拉槽和古六盘山东侧断陷带仰冲推覆。使它们分别形成了两条长达600千米的南北向压陷带:西边一条产生于印支运动第一幕之后的晚三叠世,位于银川西侧;东边一条产生于印支运动第二幕之后的侏罗纪,东移到银川东边。两者共同证明了两幕印支运动期间,陨星发生了两次逆向撞击。第四,东秦岭印支造山带QB-1二维速度结构剖面图,证明了南秦岭上地壳结晶基底顺层俯冲入北秦岭中地壳塑性层50千米。

    对照秦岭印支造山带理想剖面图(图3),我来谈一下它与油气的关系。现在被仰冲断层控制的盆地,都被称为前陆盆地。这个名词是欧洲地质学家徐士在1883年提出的。他把褶皱仰冲带与克拉通或地台的交界处的盆地,叫做前陆盆地,如图3所示。但是现在大家把压陷盆地也一概称为前陆盆地,这是不对的。前陆盆地是薄皮构造,与深部缺乏通道,地幔流体上不来,没有什么油气资源。压陷盆地的前身是断陷盆地,与深部关系早就沟通了,是厚皮构造,所以现在受仰冲断层控制的含油气盆地都是压陷盆地,而不是前陆盆地(图4)。为了指导找油气,建议把它改正过来,虽然两者的构造形态有些相似,但油气资源前景却截然不同。

    记:中石化在广元找到了一个大气田,称元坝气田。元坝气田在大巴山,应该不算南秦岭,距离南秦岭有100多千米,中间隔了一个汉水谷地,汉水谷地北边才是南秦岭吧。

    李:听到这个我就非常高兴了。我原来对自己的理论还有疑问,认为南秦岭冲褶带与扬子地台之间的前陆盆地是一种薄皮构造,应该是没有油气的。后来听说那里找到大气田,我想是不是我的理论出问题了。我要看问题出在哪里。前陆盆地跟深部没有关系,跟地幔流体上来没有关系,被俯冲过来的结晶基底隔离了,即使有点天然气也成不了气候,如果找到大气田对我的理论就是个颠覆。现在看来我的理论还是站得住脚的。昨天我查了一下有关资料,发现元坝气田位于龙门山仰冲带东南边,与南秦岭冲褶带确实无关。初步判断,它应该属于压陷盆地,前身为断陷盆地。故它与软流层的关系早已经沟通了,现在发现了大气田,是理所当然的。

    记:整个南秦岭,包括汉水谷地都找不到油气?

    李:是,因为这一片都是薄皮构造。

    记:除非大巴山和南秦岭之间再发生什么构造活动?

    李:那就受另外一种构造控制了,而不应该是这种所谓前陆盆地。他们说前陆盆地是成油成气的好地方,现在看来是弄错了。我现在强调压陷盆地,把压陷盆地和前陆盆地区分开。压陷盆地这个名称也不是我起的。压陷盆地是控油控气的,而前陆盆地却缺乏油气,两者的构造层次不同。

    记:从岩石强度来说是这样的,它会破坏第一期形成的正断层,形成一个高角度或者低角度的反向的逆断层。

    李:由于断隆山的地层较老、较硬,断陷盆地的地层较新、较软,断陷盆地便成为断隆山的侧向应变空间。当断隆山一侧受到强烈的水平挤压时,它便向断陷盆地一侧仰冲、推覆,把原来控制盆-山系的上地壳正断层和整个上地壳切断了(图4)。这时断隆山整个上地壳便向上抬升,断陷盆地在推覆体重力作用下又进一步断陷,成为压陷盆地。断隆山上地壳抬升后,下伏中地壳塑性层顶部便出现虚脱空间,造成围压下降,产生强烈吸入作用,把深部软流层中的地幔流体,沿着原来断陷盆地时期形成的张性断裂老路吸了上来,进入盆地和断隆山各个不整合面和输导层,形成无机和“有机”的油气资源。

    记:压陷盆地是厚皮构造?

    李:对。压陷盆地至今在我国仍然被人误称为前陆盆地。断隆山仰冲过来后形成的压陷盆地,对油气形成起着控制作用。这是个重要的构造类型。

    记:请您判断一下渭河地堑的油气勘探前景?

    李:渭河盆地,我也不知道为什么到目前为止还没有发现油气藏;河套盆地也然。据说那里没有找到玄武岩。如果真的如此,油气即使有也很少。玄武岩是深部地幔流体大规模上涌的标志。缺乏玄武岩,就说明那里地幔流体上来不多,从而缺乏合成油气所需要的氢、热能和催化剂。

    记:渭河地堑是个断陷盆地。压陷盆地要在哪个阶段形成?

    李:渭河地堑产生于印度洋板块对欧亚板块强烈挤压的始新世。受印度洋板块北东向挤压力和重力共同作用下,所产生的平面X型断裂的一支东西向上地壳左行走滑正断层控制。因缺乏陨星撞击导生的强烈挤压力,它至今还是断陷盆地,没有演变成压陷盆地。压陷盆地是在断陷盆地的基础上产生的,但前者受另一种动力控制,不是后者自然演化的结果。

    记:压陷盆地的概念是什么?

    李:压陷盆地是个很好的油气勘探区域。在陨星撞击下,地球自转速度发生急剧变化,从而派生了强烈经向和纬向惯性力,使断隆山向断陷盆地仰冲、推覆,形成压陷盆地。找油气,说到头来就是要找构造。

    记:您说的构造是大地构造而不是小的圈闭构造?但不是所有的盆地都有油气?

    李:我所说的是大地构造,如盆-山系,冲叠造山带等,小构造只能在生产过程中解决。

    记:您的理论不能用来布井,但可以解决油气分布的问题。

    崔永强高级工程师(以下简称崔):我觉得李老师的构造模式也可以直接用到油气勘探上,因为所有的构造都是在某种力的作用下产生的,油田上也会存在这样的小的构造。在压陷盆地里,有大的逆冲推覆,有穹窿虚脱。不过布井还得考虑地层的储、盖条件等具体情况。

    记:地幔流体上来,首先进入中地壳塑性层。在中地壳塑性层合适的温压条件下进行合成反应,形成无机的油气;来不及合成反应的,则上升到盆地中与有机质等物质合成反应,生成“有机”油气。中地壳塑性层是海,上面是湖,咱们找到的都是小湖。

    李:所以无机成因论非常重视中地壳塑性层,认为深部地幔流体在中地壳塑性层中进行充分的反应,生成大量的烃类。

    记:您这个观点和杜乐天先生的观点有些接近,他认为中地壳塑性层是个气圈。

    李:这个气圈从地球化学的角度谈没有错,但你不能把它理想化,认为整个气圈到处充满气。其实只有那些软流层隆升、并有张性断裂沟通的地方,如断陷盆地,才有地幔流体上来。

    记:就是说打到那个深度可能啥也没有找到?

    李:有可能,举个例子。太行山上中地壳塑性层物质有的已经露出地表了。假如说中地壳塑性层都充满气体的话,那么应该一天到晚都在冒气。事实上不是那么回事。中地壳塑性层物质及其花岗岩,在地表露出成为变质核杂岩,那里找金属矿产效果很好,因为是金、铅锌矿等矿产富集的地方。因为那里中地壳塑性层部分物质糜棱岩化了,重熔了,而富集了许多金属和非金属矿产。

    记:您都是从大地构造方面讲的,从矿床学上讲,必须要解释一个问题,为什么在那么小的一个局部区域某种矿物会高度富集?

    李:那应该是矿床学研究的范围了,这一块儿我是个外行。不过有一点还可以说说,各种矿物元素是分散于岩层中,你要它集中起来,首先必须把岩层粉碎,然后还要让它流动。糜棱岩化是把它粉碎了,重熔后在流动过程中便集中了,所以变质核杂岩便是矿产资源富集的场所。

    记:您在枫林矿山开采的是硫铁矿还是煤矿?

    李:煤系里面的硫铁矿和煤,煤层和硫铁矿层分开采。煤系很薄,只有1.5米到3米,煤层更薄,而且分布很不均匀,东一块,西一块,他们叫鸡窝煤,经济价值很小,所以用劳改犯来开采。

    记:硫铁矿和煤的空间关系是怎么样的?

    李:本来硫铁矿应该在煤的下面,后来发生地层倒转,硫铁矿跑到上面,下面为煤(图5)。

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◎图5  湖北东部地区枫林倒转背斜及其扇型逆冲断层剖面图

Q-第四系                T2-三叠系中统      T1-三叠系下统   

P2-二叠系上统           P1-二叠系下统      C2-石炭系中统

D3-泥盆系上统           S2-志留系中统      S1-志留系下统

 

    记:这么大的倒转?

    李:这种倒转很多,司空见惯,已经形成了一条山脉。自南而北的倒转,北边是下盘,南边是上盘,虚线是逆冲。从南边来一个力,箭头表示逆冲方向,向北边倒转。倒转发生于印支运动第一幕,跟那次的陨星撞击有关。倒转背斜中,最新的地层是中三叠世的地层,这是中三叠世末期产生的倒转背斜,是印支运动第一幕产物,挤压力方向是自南而北,老地层压到新地层上面去了。与秦岭印支造山带第一幕同期,挤压力方向也一致。

 

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◎图6  纵弯褶曲中5种断裂系统分布示意图

F1-横向张性断裂和压剪性断裂     F2-压性逆冲断裂

F3-纵向张性和张剪性断裂         F4-扇型逆冲断裂

F5-层间错动断裂                 P-水平挤压力

O-中性面

 

    记:请您给我们讲讲这个模型(图6)。

    李:我们刚才谈的种种断裂,在这个图上都可以得到充分的反映。这个是一个背斜,背斜上产生了5组断裂。这一组(F3)位于背斜轴部外侧,轴部外侧是拉张的,拉张产生的X型断裂是张剪性的。这种断裂在重力作用下其实有垂直于层面,也有与层面斜交的正断层。我们把它简化,说它都垂直于层面。中间一条,是纵向张性断裂,这组比较发育。找油气的话要避开这种断裂,因为它们是拉张力产生的。背斜是水平压力形成的,水平压力在背斜翼部产生这种X型断裂和横向张性断裂(F1)。这种X型断裂是压剪性的,而且在重力共同作用下,它也不是全垂直于层面,而多是与层面斜交的正断层。

    这两组断裂(F3F1),在这里我们都简化为3组。其实在三维空间上,每组断裂也有3组:一组垂直于层面(不发育),两组与层面斜交,在剖面上也呈X型。所以每个断裂系统在三维空间上共有9组断裂。有垂直于层面的,但是很少,大部分都呈正断层产出。F1这种X断裂是压剪性的,是水平压力产生的。人们经常把这种压剪性正断层和张性正断层混为一谈。一看见正断层就说是拉张,这是不切实际的。我可以谈现实的例子,矿井中这样的正断层非常多。当时我一看到这些正断层,便根据教科书所说,认为这些正断层是拉张的,断层面上还应该有角砾岩等东西。但实际它们的断层面非常的光滑,上下盘接触非常紧密,有时候用水洗才能看到断层缝。后来我才开始怀疑教科书的观点。

    在矿井的二十年,我对这个问题思考了二十年。后来,调到涿州的研究所后,接触到国内外种种构造资料,我一看这样的例子太多了,都没有拉张力,但是都是正断层;而且知道地壳中的岩石,在长期的地应力作用呈弹塑性形变。所以,才引入材料力学基于韧性破坏的能量破裂理论,创立了压剪性正断层新概念。当时,马杏垣院士看过我的文章后,在北京大学开学术讨论会时对我说,你的压剪性正断层新概念,将可以解决重大构造问题。因为正断层的性质变了,区域应力场便改变了,断陷盆地的性质也改变了。如晚白垩世-新生代,受到印度洋板块强烈推挤的中国中部和东部地区,却处处都是不同方向的上地壳走滑正断层控制的盆-山系,如鄂尔多斯地块北边和南边的东西向左行上地壳走滑正断层控制的河套断陷盆地和阴山断隆山,以及渭河断陷盆地和秦岭断隆山,鄂尔多斯地块东边北北东向右行山西断陷盆地,北北东向右行的郯庐走滑正断层,渤海湾和东海陆架等多组走滑上地壳正断层控制的盆-山系等。可是我的文章发表30年了,只看到一位研究地震的中山大学教授引了我的图,用我的观点,说明南海北边有一条地震断层属于压剪性正断层。搞地震的人对这类断裂比较关注。他们做过统计,发现地震走滑正断层的水平断距为垂直断距的两三倍。他们对水平压力产生走滑正断层及其地震活动,是深信不疑的,但是为什么水平压力作用会形成正断层,这个他们不知道。因为他们不知道能量破裂理论,还按库仑-摩尔强度理论思考问题,也不考虑重力的作用。

    记:您的许多新观点应该写入教科书中,至少也得重新写正断层这一部分。

    李:这些思想是在极端困难的情况下开始萌生的。当时我都生存不下去了,在矿井上从事重体力劳动,一天劳动十几个小时,度日如年还不够形容,度分如年才够形容,每分钟都是难受的,前途是无望的。我是准备死的,仅仅是早死和晚死的问题,与其被折磨死,还不如自己死算了。到后来,我好好想了一下,认为人应该好好活着,整个宇宙只有地球上有人类,人类是宇宙的骄傲,是宇宙的杰作,人类不应该毁掉宇宙的杰作。我觉得应该活下去,说不准以后还能发挥一些作用。当时我随身带着一本重工业部翻译的苏联专家的讲稿。那个时候我对地质知之甚少,基本是外行。我看到书中谈到纵弯褶曲,以变形椭球体进行比拟,各个部位产生什么样的断裂,说来说去,就是空口说白话。我把材料力学的纵弯杆概念引进来,就可以把纵弯褶曲到底有几个应力,每个应力是怎么分布的,强弱大小,都可以说得一清二楚,就开始做这个研究。当时不敢写,因为那是苏联专家的话,当时反苏联专家的话就是“现行反革命”,我当时还是个劳改犯,再搞“反革命”就是死路一条。我当时就是在想,有朝一日我会把它写出来。这篇文章前后写了二三十年,后来投了几个刊物都被拒绝,其中有个刊物评审专家都通过了,最后在主编审查的时候又被拉下来,说了十几个错误。实际上这个主编没有学过材料力学,仅仅是学过理论力学。理论力学研究对象是绝对刚体,纵弯褶曲是变形体,属于材料力学研究范围。当时把我打击坏了,白天没有勇气看编辑部给我的退稿信。那天晚上,星期六,睡不着,我就起来看,看他们到底说了什么。我越看越兴奋。他其实就没有看懂,我就回了一封信,把不同意见都写了出来。从晚上一直写到天亮,写了六千多字,比那篇文章还长,一条一条地说明我的理由。这封信发出去之后没有几天,他们就叫我把全部的稿件邮过去,编辑部要找材料力学的专家来审核。材料力学专家认为这篇文章的观点是正确的。那个编辑的脸面挽回来了,但他不好意思为这篇文章和他的顶头上司对立,所以把我的这篇文章压下不发。后来我给他说,我不为难他了,就把稿子要了回来。这篇文章,我在南海的一个小构造的讨论会上发表后,受到广泛的好评,会议总结报告对该文的创新也给了肯定性的评价。那个时候,地质力学研究所刚好要编那个讨论会的论文选集,就向我约稿。一位评审专家也在评审书中说,该文观点比固体力学权威王仁院士还高一筹,所以我的文章就被《地质力学文集》第七辑发表了。后来我的文章又发到美国去,也被他们的《地球物理学研究》收录了。文章发表后,惊动了美国地学界。他们地球物理学会立即主动邀请和资助我加入该学会,使我成为他们的会员。

    纵弯褶曲应力应变场是构造地质学重要的研究领域之一。我把当时国内外构造地质学教科书该领域的比拟性的孤立的研究水平,一下子提升到全面的系统的半定量阶段。这是个了不起的大进步。后来我在辽东-吉南地区找硼矿时,把该理论用上去,突破了原来一位名教授的权威观点,在他认定无矿的地方,找到了一个隐伏的中型富矿,指明了辽东-吉南地区找硼新方向。

    记:软弱的煤层物质流向背斜轴部,是不是和油气往背斜轴部运移是一个道理?

    李:从某一方面来说有一点相似性。但是油气在背斜可以有另外一些解释,油气相对来说比较轻,由低处往高处跑。

    记:也许我们把油气当作一个独立的流体来理解是不对的,整个含油气层实际上是渗透了流体的塑性层,在这个地方成藏,不是因为油气轻,作为流体“浮”上来的,而是整个塑性层在纵弯褶曲两翼的层间剪切力的作用下聚集到这里的?

    李:你所说的这种情况是不能排除的,就是这种层间剪应力作用所致。

    记:这如果解释清楚了,那就解释清楚了背斜油气藏和岩性油气藏几何图形的相似性,是岩层“挤”上去的而不是油“浮”上去的?

    李:煤层是个相对坚硬的东西,油气先是进到储层中然后再挤上去,而且油气也完全可以独立运动。

    记:也许它不能独立运动,而是和周围岩层物质一起运动?

    李:刚才我也有这个想法,油气比较轻,向高处运移,这是不能排除的,但是运移的路程要畅通,层间剪应力作用对它会有帮助,两种因素都不能排除。因为若没有层间剪切运动的话,油气运移到背斜的顶部去可能相对有些难度,假如有层间剪切运动后,这个层面就是通道,油气往上走会更容易些。

    记:这个如果想通了的话,岩性油气藏和构造油气藏描述就会有一个统一解释。我们现在一画出油气藏的界面,就说它就是油藏,其实不是油藏,是含油岩层,含油岩层一定是个软弱层?

    李:含油岩层不一定是软弱层,在地下它是个储集层,储集层不一定是软弱层,如砂岩层、碳酸盐岩层等。

    记:但是储集层的刚性效果一定比没有油的地方差,举个简单的例子,一块面烘干了就是饼干,加水了就是面团,油气层就是面团。

    李:硬和软是个相对概念。但在矿井里的纵弯褶曲,我只看到煤系物质流动,从没见到顶底板石灰岩流动,即使褶曲翼部在层间剪切运动强烈作用下,煤系完全尖灭了,顶板和底板的石灰岩,也只是层面被磨得很光滑,但石灰岩仍在那里。

    记:但无论是泥岩还是砂岩,只要在油气里泡着就可能是塑性的。把砖头放到油中,油渗进去了,砖头就变成塑性的了,泡二十年,砖头就酥了,而且是软的。

    李:加上地质历史时间,就不敢说了。大庆油田取心,取到三四千米,取出来都是硬的。

    记:矿井地下煤层是软弱的,一拿出来就是硬的。任何一种岩石在油气中可能是塑性的、软的,但取出来变成硬的了。

    李:取心都是坚硬的,全部是硬的。

    记:也许是取出来的时候瞬间就变硬了。

    李:这可以用实验来证明,根据你需要的条件做一个岩性强度试验就可以说明。

    记:实际上在地下深部,如中地壳塑性层以下,在长时间的地应力作用下,任何岩石都是弹塑性的。

    崔:李老师强调的是地质历史时期在高温高压下,都是塑性的,这一点什么问题都没有。

    记:如果它里面有流体就更加是塑性的了,连地幔岩都是塑性的。在杜乐天先生的书中写到,橄榄岩的晶粒全像被膜一样,摩擦力很小。他们做了一个岩石学的实验,发现所有地幔岩的抗剪切力和抗压力都低于地壳的岩石,说明在底下是塑性的,拿出来后变干的,只要加入流体就会重新变成塑性的了。还有时间因素,在地下是以百万年计的。可以做个实验,含油的和不含油的岩层的塑性应变程度是不是不一样?

    李:这个可能会有所差别。

    崔:所有的沉积岩层,就拿砂岩来说,在沉积的时候都是含水的。

    记:现在打下去的不是油层水层,其实是含油或含水岩层,这个岩石受纵弯褶曲的纵向剪切力的影响。

    李:实际上它产生层间剪切运动后,层面就会成为通道,而发挥作用。这和煤层不一样,煤层具有固定层位,而油气不会是在整个层位都有油,但仍然可起到通道的作用。

    记:今天没有遗留什么东西,谈得很过瘾。理论要靠大家推广和应用,通往真理的道路是多元的,也许我们离最终的真理还有漫长的距离,所以更加需要有多种思路的探索。诚如李先生所说,多元思维是东方人的优势,而且,这也应是一切科学进步所必须遵循的思维准则。在我们看来,多元化的理论思维观是李先生给我们最大的教益,谢谢您连日来精彩的讲解。Ω

 

 



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