地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (5): 947-955
引用本文
赵文津. 发展李四光学术思想, 开创新时代的地质事业[J]. 地质力学学报, 2019, 25(5): 947-955.
ZHAO Wenjin. DEVELOP ACADEMIC THOUGHT OF J.S.Lee TO INITIATE NEW GEOLOGICAL CAUSE IN NEW ERA[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(5): 947-955.
发展李四光学术思想, 开创新时代的地质事业
赵文津     
中国地质科学院, 北京 100037
摘要:李四光是中国科技界的一面旗帜,他对地质科学理论有着卓越贡献,其学术理论具有超前意义,影响深远。文章从李四光对国家和人民的一片赤子之心;李四光走自主创新之路,积极探索解决中国问题的精神;李四光的重视实践,重视辩证的思想方法论;李四光理论联系实际解决实际问题,在应用中发展地质力学学科;以及大力培养学科带头人等五个方面纪念李四光。提出学习和发扬李四光的科学思想和爱国精神,以创造性地解决中国和世界面临的新的重大问题。
关键词李四光    赤子之心    自主创新    地质力学    构造体系    地震预报    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.077     文章编号:1006-6616(2019)05-0947-09
DEVELOP ACADEMIC THOUGHT OF J.S.Lee TO INITIATE NEW GEOLOGICAL CAUSE IN NEW ERA
ZHAO Wenjin     
Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: J.S.Lee is a good example and leading figure in the Chinese science and technology community. As a part of Chinese people's thought-house, his academic theory is of forward-looking significance and has a far-reaching influence. This paper discusses the main contents for the commemoration of J.S.Lee from the following five aspects:Mr. Lee has a pure heart for his country and people; He perseveres in the road of innovation and actively explores to solve China's problems; He emphasizes on practice and dialectical ideological methodology; He integrates theory with practice to address practical problems and develops Geomechanics; He vigorously cultivates academic leaders. It is suggested that his thought and spiritual wealth should be studied and carried forward to creatively deal with the new and important issues facing China and the world.
Key words: J.S.Lee    pure heart    independent innovation    Geomechanics    tectonic system    earthquake prediction    

李四光先生是中国科技界的一面旗帜。2019年10月26日是李四光诞辰130年的日子, 我们纪念这一重要日子, 纪念我们的老部长、中国伟大的科学家、爱国主义者。纪念李四光决不能为纪念而纪念,而是要学习和发扬他的爱国爱人民的思想和敢于开拓创新的科学精神,发展他开拓的科学方法与有关理论,创造性地解决中国和世界面临的重大问题。

1 学习李四光对国家、对人民的一片赤子之心

李四光先生有一颗“急人民所急,急国家所急,勇于承担重任的,对国家对人民的赤子之心”。这一点,是李四光身上最闪光、也是最需要我们当代人学习的。

从1952年李四光担任中国地矿部的部长开始, 就致力于解决国家发展急需的能源和矿产问题, 到1966年邢台大地震发生之时, 他不顾晚年身体问题毅然又出来承担起中国地震工作组组长的重任,扛起防震减灾的大旗,全身心地投入探索防震减灾工作之中。他亲自下到实验室与科研人员讨论问题,下邢台地震现场查看地应力观测情况, 研究下一个地震的走向, 广泛接见各地地震预报人员交换如何开展地震预报工作的意见, 思考着如何走出一条中国的防震减灾之路,解决这一世界性科学难题,直到1972年因病过世,还念念不忘为人民创造一个安全的环境。

1970年1月5日凌晨1时发生在云南通海的7.8级大地震,比邢台地震造成的伤害还重,重灾区面积就达2400平方千米,死亡人数达15621人,重伤达5648人,房屋倒塌166117间。当时的情况是昆明只有一个地震台,只能用地震仪一直坚持工作,而地应力站受当时形势影响,一直没有建立起来。1970年在全国地震工作会议专业座谈会上,记录了他的一段讲话[1]:“云南的情况实在使我们伤心,对不起毛主席。地震是有前兆的,我们是搞地震预报的,却没有能预报出来。我们天天讲为人民服务,没有为人民服好务。我们要化悲痛为力量……”讲话中李四光从地质学家的角度对没能预报云南地震十分的自责,并深刻反省,甚至觉得有犯罪感。看,他就是这样要求和对待自己的。这种严于自责的态度正是李四光先生对祖国和人民深沉爱的表现。有了这种爱,就会产生强大的动力和勇气,在人民处于困难之际,敢于担当、挑重担。

今天,在我们争取攀登新的经济科技和文明建设的高峰之际, 在中国面临复杂严峻的国际形势之际,在我国又面临新的地震活跃期之际,在全球变化导致地球可居性恶化,第六次生物大灭绝加快发展之际,更感到李四光先生留给我们的爱祖国爱人民思想和敢于走自主创新之路精神的可贵!在今天学习他、纪念他,更显其实际、伟大与光辉!

李四光很小便立志为祖国造船,希望以此改变中国船不坚炮不利受侮辱受欺负的面貌,后来他去日本留学时选择了造船机械专业。然而,在革命炮火中逐渐成长起来的李四光越来越认识到,要真正改变中国经济落后的状态,必须先解决工业的基础,于是,他再一次远涉重洋,去英国学习采矿冶金。一年后,他进一步了解到采矿和冶炼离不开地质基础,便又从头开始专习地质学。战乱频仍、黑云密布的时代笼罩了他的大半生,但他从未放弃“发展科学,救国救民”的理想。从英国伯明翰大学毕业后,李四光放弃了国外优越的生活和科研条件,回到祖国,投身地质科学教育和科研[2]

新中国成立后,国家百废待兴,急需地质工作为即将开始大规模的经济建设提供大量能源和矿产资源,而当时,我国地质资源不清,可供使用的统计资料极少,人才不足,知识不足,根本拿不出成型的东西来。李四光1950年突破重重阻力辗转归国后,毅然担起了率领众人快速发展地质工作的重任。很多人都无法忘记他那质朴的话语:“人民需要我做什么,我就做什么,一直到我不能做的时候为止。”

国家建设需要油和铀,在国家的支持下,他带领地质部重点研究部署普查,摘掉了中国贫油的帽子,也保证了我国核工业的早期发展;为了使煤炭等不可再生资源节约使用和充分利用,他全力倡导地热资源的开发,还亲自听取和指导天津、北京地热开发;为了摸清与人类环境密切相关的第四纪的情况,他不断加强对第四纪气候等问题的研究,等等。在他生命的最后阶段,邢台地震发生后,他又积极投身于探索防震减灾的事业之中,探索了一套地震预报科学方法,建立了一批地应力观测站等。在他临终的前一天,他还让大夫坦率地告诉他,究竟还有多少时间,让他安排一下工作。现在,国家需要防震减灾,需要解决新能源和矿产资源,特别是在应对全球变化带来的一系列灾难之际,需要有更多的像李四光这样的科学家为国家担当!

2 学习李四光走自主创新之路, 探索解决中国的问题的精神

作为杰出的科学家和教育家,李四光不受传统思想的禁锢,不迷信外国,不迷信权威,坚持走自己的创新之路,这也是值得人们格外敬佩他的地方。应当说,李四光不仅是地学界自主创新的领军人物,而且是整个中国科学界自主创新的典范。李四光的创新活动表现在许许多多的方面,下面仅仅就几点加以说明:

对于地壳的基本运动。早在1926年,李四光就发表了《地球表面形象变迁之主因》,系统地讨论了魏格纳、泰勒等提出的“大陆漂移说”,肯定了地球水平运动的事实,探讨了运动的力源,对大陆上的造山作用等地貌现象作了分析[3];1929年,他发表了《东亚一些典型构造型式及其对大陆运动问题意义》,提出一系列地质构造体系类型,包括青藏“歹”字形构造体系,比法国的塔博尼亚提出的青藏高原东部逃逸构造理论整整早了40多年;1931年,他发表了《地壳的观念》,从地热、岩石学、地震和重力均衡角度讨论了地壳厚度,分层性质等[4],现在仍是地学界研究的重要命题之一;1935年,他发表了《中国之构造轮廓及其动力学解释》,其基本思路也与今天地学界对大陆地质的讨论内容是一致的。他的这些认识,即便是现在,仍然是不过时的[5]。国际岩石圈界提出21世纪研究重点是大陆变形的问题,而李四光早在上世纪前期就在用力学原理研究了这一问题, 并且形成了较完整的理论与方法体系。地壳水平运动为主的思想长期以来与在中国和前苏联的以垂直运动为主的槽台构造理论是对立的,因而学术争论一直是激烈的,直到70年代板块构造理论的兴起才逐步缓和下来。板块构造理论是在魏格纳的大陆漂流学说基础上形成的,李四光提出的地质力学肯定了魏格纳理论的正确性,并在大陆水平运动的基础上讨论了大陆构造体系的形成特点,坚持用力学分析探讨大陆的变形及其构造的多种构造体系的原则应当是值得肯定的,在现在也是适用的[6]。只不过随着地质调查资料的积累,新技术新方法的广泛运用、大量深部地质的地球物理地球化学调查研究工作成果,凸显出地质力学中的一些方法、论述不适用及出现问题也是很正常的,科学研究本来就是更新迭代,不断向前推进的,地质力学需要有更多的后继学者去研究去完善,而不能再原封不动地拿着20年前的表述及语言说现在的问题。

关于中国的油气远景问题。在50年代国内国外到处传论着陆相地层分布区是无油的, 或贫油的, 对中国发展石油工业普遍感到悲观之际, 毛主席和党中央就此问题咨询李四光。李四光从生油基本条件出发,提出我国国土范围内大型陆相沉积盆地很多,许多盆地内有机质是丰富的(如大型煤田很多就是有机质丰富的明证),条件合适时就可能生成油气田,甚至是大型油气田,问题是普查工作做得太少, 急待开展普查以摸清家底。于是1954年底由国务院下文,明确由地质部负责油气普查工作,中国科学院负责油气有关的科研工作,石油部门负责油气勘探工作(当时石油部门没有普查力量)。这样,地质部就被国家赋予了承担我国油气普查的任务,随后地质部将原已成立的主要进行金属矿产普查的普查委员会(主任是李四光兼任)改为石油局,并调整了全国地质工作部署,开始了全国性油气普查工作。在三部门联合攻关努力下, 很快就开创了全国油气普查勘探的新局面,在大庆油田首先获得突破的形势下,各个陆相盆地也陆续获得找油气突破,谱写了新中国发展的最为壮丽的诗篇!

关于中国地热能利用问题。地热是新能源,近些年来已为国人广泛关注。其实,李四光在1920年发表的《现代繁华与炭》一文中提到要注意蕴藏于“地中的热”;到了晚年,他更关注了地球这个庞大的热库。1970年的秋天,他听说天津打出了地下热水,便不顾别人的劝告执意要去考察。在天津看到地下热水被直接引入了宾馆的浴室和暖气设备,高兴之余还亲自测算了能带来的经济效益。后来,他还多次强调我国中低温地下水资源很丰富,应该把重点放在工农业生产和人民生活的广泛利用上。1971年4月29日,李四光逝世后,家人在他床头下发现了一张纸条,上面写着:“在我们这样一个伟大的社会主义国家里,我们中国人民有志气、有力量克服一切科学技术上的困难,去打开这个无比庞大的热库,让它为人民所利用……把地球交给我们珍贵的遗产——煤炭之类内容极其丰富的财富,不管青红皂白一概当作燃料烧掉,不到一千年,我们的后代,对我们这种愚蠢和无作为的行径,是不会宽恕的。”显然,即便是在生命的最后时刻,李四光仍然惦念着当时刚刚开始推行的地热开发,这段凝结着他最后一朵思想火花的文字,还折射出李四光跳出时空局限、冲破学科界线的战略眼光和全局观念[7-8]

关于地震预报问题。这是到今天国际上仍然强调是个未解决的科学难题。当时的李四光临危受命,很快地摸索出一条减轻地震灾害之路。他提出美国、日本的地震研究之法并未解决问题,故中国不能走国外用地震学方法为主的老路,要走一条中国式的预报地震之路。这就是以地震地质(主要是调查研究活动构造体系)、地应力研究为主,综合研究地震发生后地应力的转移和重新聚集问题;要抓住各种地震前兆现象(提出有10种以上),做好判读等。这套技术路线在我国地震防震减灾活动中取得很好的成效。经历了邢台地震、河间地震、海城地震、唐山地震、松潘地震,以及汶川地震等锻炼,我国防震减灾的群众性活动广泛地开展起来,并取得了丰富的正反两个方面的宝贵经验[9-10]

3 学习李四光强调从实际情况出发, 以辨证唯物论指导地质科学活动

李四光为何总是能提出许多独创的见解与科学理论?最主要的是,他重视从大自然客观和中国的客观实际出发,重视调查,重视理论与实践相结合,特别是重视哲学的认识论和方法论的指导作用。这也是一切自主创新的思想源头。

《天文、地质、古生物》一书,是1970年李四光先生81岁时写给毛主席看的。这本书,把天、地、生物,乃至有关数理化的部分知识,即自然科学中的基础科学知识要点,精炼出来融于一炉,充分表达了李四光从事自然科学研究和科学实践中所形成的思路、观点和认识。可以看出, 他已把天文因素、地球、生物,和人类的形成之间的相互关系和相互作用提了出来。如对三大冰期形成的分析,对人类的加速发展与对地作用,已开始了对地球系统和太阳系系统的考虑,这也是他的整体论辩证思维观察问题的自然结果,也是他在全球构造体系研究的推动下产生的地球系统科学思想。不过这仅仅是初步探讨,有待后继者进一步地把地球系统科学思想和理论做出发展与完善。

对地球上的现象必须从本质上和相互联系中看问题,这一点在他研究科化石时有很突出的体现。

如在大同研究煤时,他对含煤地层的标准化石——科化石尤其注意,其创建的科化石分类标准与鉴定方法,一直沿用至今,为微体古生物研究开拓了新道路。他在分析煤层分布时,发现南北方地层沉积物及厚度不一样,进一步研究后他认为,沉积与地球的旋转有很大关系,由此产生了地质力学的萌芽。从本质、从整体出发,发现问题,解决问题,这也是他科学创新的基础,也是用以解决中国地质实际问题的一把“金钥匙”[11]

从鄂尔多斯盆地找油气突破的历程可以看到这种思维方法的巨大力量。从1955年到1969年,地质部门的石油普查队在鄂尔多斯盆地开展了大量找油工作,先是采用地台边缘凹地找油理论和地台边缘隆起找油理论,后来又运用找“大庆式长垣”和新生代断陷找油的经验,在盆地外围转来转去,14年普查就是找不到油田。石油普查队的职工提出要撤离盆地转向汾渭地堑地区工作。1969年12月23日,李四光接见了地质队代表,明确提出这里存在着生油层,“石油,肯定是有的,要到盆地中间去找,要接近它”。普查队接受了这一意见,部置了参数井。果然,半年后在庆(阳)参一井和华(池)参一井都打出了很好的工业油流,随后转入长庆大会战(由兰州军区组织),在石油部门和地质部门的地质队协力工作下发现了一系列油气田,确定了中国第二个“大庆”油气田的诞生。这个油气田有很大一部分是岩性油气田,与大庆油田类型不同。现在产量已超过大庆油田了[12-13]

4 理论是解决中国地质工作实际问题的关键

理论的重要性在于它能正确地指导实践, “没有革命的理论, 就不会有革命的运动”[14]。要继承和发展李四光的学术思想和地质理论,特别是“地质力学”理论与方法,仅仅是为发展而发展吗?不是的。而是因为李四光地学思想(包括地质力学,但不限于地质力学),是从中国大陆地质上出发归纳出的理论认识与方法,过去几十年的地质实践证明了它的正确性,今后依然可以指导我们解决新时代中国面临的许多地质任务。

新时代新要求。今天中国面临的新形势和新问题,与我们过去遇到的有很大的不同。当前存在有四大问题:一是全球气候变化,引起的冰川融化、沙尘暴、洪水、热浪、龙卷风、干旱等各种灾害性天气、土地荒漠化加剧。二是生态环境严重恶化,各种垃圾污染和核污染, 电辐射污染严重;水、土地、海洋污染,雾霾、空气质量变差;癌症、艾滋病等多种病症多发。海洋中由于污染(特别是塑料污染)和缺氧导致生物无法生存的“死亡区域”增加75%, 使海洋渔业难以持续发展;生物开始第六次大灭绝,物种消失大大加快速度。哺乳动物、爬行动物、两栖动物、鱼类和鸟类数量总计减少了29%。三是地质灾害加多。如地震、火山、滑坡、泥石流,地裂、地面塌陷,地面下沉。2018年全球范围发生7.0级以上地震16次,最大的一次是2018年8月19日8时19分,发生在斐济群岛地区附近的8.2级地震。我国发生5.0级及以上地震有32次,最大的一次是2018年2月6日23时50分,台湾省花莲县附近海域发生一个6.5级地震。地震火山活动造成生态环境的突出变化。陆上“一带一路”既是人员物质交往之路,也是地震灾害最严重的地带(图 1图 2)。四是能源、水、矿产资源过量开采与浪费严重,既要带来很多的污染,又增加了地球的负担。淡水资源短缺,全世界人均可使用的淡水数量减少了26%;臭氧层破坏;能源矿产资源过度开发;今天各国都要发展新型能源和节约矿产资源,特别是水资源; 中国也强调了加深勘查找深部矿产和开发深部空间。

图 1 全球地震灾害图[15] Fig. 1 Distribution of global earthquake disasters[15]

图 2 青藏高原活动断裂构造与地震震中分布图[16] Fig. 2 Distribution of active fault structures and earthquake epicenters in Qinghai-Tibet Plateau[16]

为了有效地解决这些重大问题,在加强各专业学科发展的同时,还应当加强多学科间的合作,地球系统科学的提出和发展正是全球形势发展的需要,地球科学要加强天文、地质、古生物学科的相互关系、影响的探讨,即地球各个圈层的相互作用与外星体对地球影响的研究。

就地质力学而言,李四光提出大陆构造研究首先是从划分构造体系着手,这一思想是开创性的。但是李四光研究划分构造体系时,在时间上有先有后,不同时间掌握的资料是不同的,而且在认识上的深度也不同,所以到几十年后的今天,需要在继承这一思想的基础上,再重新认识和划分这些构造体系。以青藏滇缅印尼歹字形构造为例,这一构造体系是李四光1929年提出的。现在是2019年,已过了90年。90年来国内外许多单位已在青藏高原做有大量工作,认识的深度也已今非昔比了。

首先是青藏高原构造体系的形成,主要源于印度次大陆中生代起向北漂移,到中生代末新生代初与北边亚洲大陆的拉萨地块和塔里木地块碰撞拼合后,印度次大陆继续向北推进,并挤压北部的各地块,造成了一个广大的构造变形区[17-18]。这个变形区,东部犄角在西藏察隅县附近,并直接向北作用, 形成一系列右行断裂,并一直影响到甘肃南部;西部犄角在帕米尔高原喀什一带,形成一个左行构造断裂系,两个犄角四周为一强震多发地带; 两犄角联线大体上就是新特提斯喜马拉雅带, 也是一条强震多发地带。两地块的碰撞缝合带位于雅鲁藏布江—印度河流域的位置。高原内部又可划分成祁连地块、昆仑-柴达木地块、可可西里或是松潘-甘孜地块、羌塘地块,拉萨地块和喜马拉雅地块。在青藏地区以西为塔里木地块,两者之间即为阿尔金山走滑断裂(也有人认为是转换断层),是青藏部分向北推进形成的。在印度地块向北推挤作用下, 还在高原内部形成一系列构造变形区和活动构造带, 即地震带。所以,原来提出的“青藏滇缅印尼歹字形构造体系”仅仅是大青藏高原复合构造体系东部的一部分。青藏高原复合构造体系要包括高原东缘的歹字型体系,西部阿尔金山走滑构造体系,中部东西走向的盆岭带和一系列南北向张性裂谷带。扩大地说还应当包括西昆仑与帕米尔地区构造体系, 这是个复合构造体系,各部分构造性质不同,有走滑,有逆冲,有张性裂谷式的,也有滑脱性的,在区域地应力作用下,各构造段是如何行动的?地应力在构造体系内如何传递和再聚集?深部壳-幔的变化及动力学与青藏高原地震的发生与转移研究关系很大。如龙门山区汶川大地震出现漏报,有人提出首要原因就是不知道龙门山断裂是逆冲型所造成的[19]。第二是青藏高原地表断裂到达地壳的深度,如何将深部物质带到地表和成矿?第三是构造体系与盆地内油气生成转移与聚集成藏的关系?这些问题的研究都是很不充分的。从青藏高原断裂构造体系与震中分布图(图 2)中可以看出发震构造条件是很不相同的。

又如,京津冀地区的构造体系及地震发震构造机制研究得还不够清楚,可从华北地区地域构造运动上略见一斑(图 3图 4)。其中邢台地震与河间地震都发生在冀中地堑区,太行山在隆升,而冀中区在下沉,地堑内断裂构造应以张性正断层为主,活动的正断裂分布并不清楚,特别是这一大区域拉张环境的形成及其深部运动还不清楚。邢台隆尧大地震是大滑脱构造造成的,同样,唐山大地震也是大滑脱造成的。李四光说新华夏系又活动了,为什么和怎样活动?发震层位的岩层性质和力学性质都不清楚,为什么可积累这样的大地震能量?为什么海城大地震后应力会集聚到唐山地区,这从构造体系角度都需要有个说明。又如为什么渤海地震发生后, 应力转而集中到海城, 都需要从构造体系内部的应力转移规律得到答案。这就需要李四光地学思想来指导实践研究,需要地质力学发挥作用了。

图 3 华北地区GPS站速度矢量图(据文献[20]重绘]) Fig. 3 Velocity vector diagram of GPS stations in North China (redrawn after reference [20])

图 4 华北地区1999—2007年垂向运动/形变速率图像(单位/(mm/a))(据文献[20]重绘]) Fig. 4 Vertical motion/deformation rate image from 1999 to 2007 in North China (redrawn after reference [20])
5 发展李四光思想及地质力学,需要学科带头人

学习李四光的著作, 弄清楚李四光的学术思想和方法, 以及存在的问题, 是发展李四光学术思想的根本。而培养学科带头人则是主要推动力。

就如地质力学来说,它是中国人开创的地学理论,是有着中国特色的自主创新学科。几十年的地质找矿实践已证明它的正确性和实用性,为中国解决了许多资源环境方面的重大问题,尽管各方呼吁加强其推广普及,可地质力学及李四光的学术思想与方法的学习及运用还有很多困难,地质院校中原有的地质力学专业和地质力学课程都被取消了,原因在哪里,主要在于缺少学科带头人。没有学科带头人, 就没有办法从全局角度指导学科发展的方向,当然也不会知道科学技术发展存在主要问题以及怎么解决,怎么让李四光思想以及学科跟新形势的地学研究更紧密结合,怎么样把学术理论融合发展并推广普及。

培养学术带头人需要各方面对年轻科学家们的支持和培养,也需要年轻科学家们熟读李四光著作、理解李四光科学精神和科学思想,客观正确对待科学研究,具有发现问题、解决问题的能力,具有开拓发展发扬学科的创新精神。

1919年李四光因受国内军阀势力的排挤而再次去欧洲留学时,曾作了一首小提琴协奏曲《行路难》,描述了他当时求学、治学、救国的艰难状况,这也是中国第一首小提琴曲。90年后的今天,“行路难”这三个字仍然可以用来勾勒地质力学的发展历程。不过,同李四光当年一样,再难的路,也要坚定地向前走。

近些年来,地质力学所的科研条件方面有所改善,重新整合组建了“新构造运动与地质灾害实验室”;又在荒废多年的十三陵古地磁实验站的基础上,投资1000多万建设应用地球物理实验基地;地质力学所还制定了长期发展目标,计划要以地质力学为基础,以能源、资源和地质环境两大领域为应用战场, 推动学科新的发展。建议加强对李四光学术思想的交流讨论,在结合完成重大任务的过程中,积极推动学术带头人的培养,加强地质力学的推广普及,

地质力学未来可期!

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