从“如何揭示板块运动动力机制?”之问

谈动力机制破解之路（下）

池顺良

3.木卫一--岩质星体构造运动引潮力驱动的又一例子

天文学家（Peale，1979）最早预见到木卫一上可能有潮汐作用引起的火山爆发。不久，“旅行者”1号发现木卫一表面有多处火山喷发，喷出物抛射的高度达450多千米。

1999年10月10日，“伽利略”号探测器在最靠近木卫一的位置上掠过，又一次观测到木卫一表面的火山活动。

2001年2月，夏威夷岛上的Keck II望远镜（10米口径具有自适应光学系统）对木卫一进行了观察。在从2月20日开始的3天里，木卫一火山喷发经历了从开始至高峰的所有阶段。熔岩喷射高达数千米，从火山口流出的熔岩温度达到1200℃，几乎与地球上火山喷发的熔岩温度相同。流出熔岩的面积达到1900平方公里，比地球上所有喷发火山的总面积还要大。

天文学家认为，木卫一上发生的剧烈火山活动是木星与木卫一星体间强烈的潮汐作用引起。

对于星体之间的引潮力，不少地质学家认为引潮力太小难以在构造运动中发挥作用而被忽视。

作用在地球单位质量上的引潮力虽然很小，但能够将地球沿月－地连线方向拉长约1米，总体力量决不可小视。地质构造运动是在漫长时间中，壳幔物质缓慢蠕动累积变形所致。强度很小的引潮力能否引起地下深处壳幔物质发生蠕动变形，只有在考虑到壳幔物质粘滞度、边界条件等因素下，引潮力作用下能否引起壳幔物质运动来确定。

（上）集文中，图2所示二维壳幔模型在“潮波驱动力”Fc作用下，壳、幔物质发生相向迁移运动，致使地层发生沉降与隆升，在短短120万年中，沉降带中就沉积起万米沉积地层！

对大地构造运动来说，日月引潮作用决不能被忽视。

天文学是最先发展起来的自然科学，在地壳运动问题上，天文学又一次领先地质学，认识到万有引力在太阳系岩质星体地质构造运动中，同样起着重要作用。

4. “大陆为何仍存在？”是任何一种地壳运动理论必须解答的问题

1989年，美国制订大陆动力学研究计划，提出需要解释的16个主要的科学问题，“大陆为何仍存在？”就是一个实实在在需要解释的问题。

地表存在强烈剥蚀搬运外动力地质作用，每年有大量陆上物质搬运到海中沉积。出露洋面全部陆块体积约1.3×10⁸km³，少则几千万多则几亿年，大陆就会剥蚀夷平，地球上不再有可供人类生活的大陆。大陆历史有二三十亿年，大陆现在不但存在，面积还在扩大。大陆自形成到现在一直在持续增生，没有间断。逻辑上必然的结论是：一个能保证大陆不消失反而长大的构造运动理论，必定存在某种比大陆向海洋迁移地壳物质更强烈的从海洋向大陆反向搬运地壳物质的过程。

如果大陆没有生长机制，不能抗御剥蚀很快消失在海平面下，无论“大陆漂移说”或“大陆固定说”，均无法在构造运动舞台上继续演出。

“大陆为何仍存在？”成为任何一个大地构造运动理论必须解答的问题。能正确意识到和提出问题就是迈出了创新的第一步。遗憾的是，这个问题并未引起探索构造运动理论学者们的充分重视。

板块说缔造者之一的Dietz，认识到此问题对于地壳运动理论的重要性。Dietz在1961年就指出：“一个满意的地壳演化理论必须要能解释，为什么大陆经长期削平风化作用仍能保持那么高”（Dietz ，1961）。

Dietz的这段话既是对任何一种“满意的地壳演化理论”的要求；也表达了他对自己参与创建的“板块说”不能解释“大陆为何仍存在？”的无奈。

其实，“大陆为何仍存在？”问题，也就是大陆如何发生、生长、壮大的问题。

“内波说”假说中主要的物质运动过程是洋壳底部（薄地壳底部）地壳物质自动向陆壳底部（厚地壳底部）迁移。这正是与陆表物质剥蚀搬运方向相反的物质迁移运动，且其搬运的强度大于对方，所以大陆不仅不消失，还从无到有不断扩大。

板块说的动力机制问题得不到正确的解决，也没有回答“大陆为何仍存在？”，决定了该理论在诸多方面存在根本性缺陷。

5. “板块说”的其它根本性缺陷

“板块说”理论体系存在以下根本性缺陷：

（1）“板块说”理论框架中不包含大陆和海洋发生、维持及发展的内容。

海洋和陆地这些实体一开始就已存在。理论只是描述陆块的分裂及海、陆位置的变迁，并未像“物种起源”或“太阳系起源”理论那样，向人们描述大陆和海洋实体从无到有、从简单到复杂的生成、发展及演化。

“板块说”也不能说明大陆是如何抗御剥蚀作用得以长存的。

一个不能说明海陆起源、也不能说明“为什么大陆经长期削平风化作用仍能保持那么高”的地学理论是难以进一步发展的！

（2）无视地球自转在地壳运动中的重要作用。

地震学的一个重要事实是：纬度高于73度的两极地区地震活动极其微弱，位于地球自转轴两端的极区无地震揭示了地球自转与地壳运动的关联性。月球构造运动停顿与月球自转停止对应，也说明自转与构造运动密切相关。

地球自转的作用在板块说中没有得到反映，两极地区为何缺少地震也一直令板块说困惑。

（3）没有反映内动力地质作用与外动力地质作用间的对立统一关系。

陆壳经受强烈的削平风化外动力地质作用；洋壳受到海水保护，经受的外动力地质作用微弱。与此相应，陆壳构造变形剧烈；洋壳构造变形微弱，在大片大洋盆地中基本没有地震活动。

这样明显的对立统一关系在板块说中全无反映，原因应该与该假说引进了可令板块相撞、挤压形成山脉及高原，无比巨大驱动力。在如此强大的“动力”前，外动力地质作用自然是可有可无了。问题是，这种“强大的驱动力”依据的自是某种科学猜想，但至今无法证实其存在。

科学不排斥猜想，但猜想一定要有足够依据并尽早取得凭证。

（4）地球演化中极其重要的“地幔分异”过程被忽视

“地幔分异”是地球演化中极其重要的物质运动过程。地球的“圈层结构”正是分异的结果。“对流”与“分异”是两种不相容的物质运动过程。板块说需要“对流”提供动力，“分异”必然被忽视！

一个完善的地壳运动理论必定会对运动的主体－地壳物质的由来给以交待。杜乐天揭示了在地球排气作用下玄武岩物质从地幔中分异的过程（杜乐天，1998；杜乐天，2000）。地壳物质总量随时间增长，是什么机制使地壳物质总量不断增长？俯冲消失的洋壳和陆壳物质是否就消失在地幔中，这部分地壳物质成分还能回到地壳中吗？不能回到地壳中，地壳物质如何增长？是通过分异过程上浮到地壳底部，成为新洋壳生成的原料？这些玄武岩物质如何自动集中到洋脊底部？板块说没有交代。

（5）回避不利于己的地球物理观测现象。

三维地震层析发现大陆具有400-500公里深地幔根后（Fukao Y 、 Maruyama, et al.,1994），大陆漂移与板块运动就成了臆想。

所有古陆核中心底部都有深地幔根，谁也无法说明具有深地幔根的大陆在漂移后，陆根还能保存下来！“板块说”对不利于己重要的地球物理观测现象，采取了鸵鸟式的回避。发现大陆地幔根后，D.Lowman提出了大陆固定不动的板块构造假说！（Lowman，1985）Lowman的说法并未得到板块说主流响应。

大陆根现象，经重力反演被认证是大陆下部上地幔的高密度异常（方剑、许厚泽，2000）。大陆根正是早期地幔中分异出玄武岩物质后，在古陆核底部留下的高密度地幔。（池顺良、骆鸣津，2002）如此重要的地球物理现象，反映了地壳演化的重要过程，然而板块说却因其与板块大尺度水平运动矛盾而置之不理。

（6）与地质事实不符。

所谓的“碰撞造山”与地质事实不符。

中国地质科学院的资深研究员赵宗溥在分析了大陆内部，尤其是中国大陆造山带的地层、化石等资料后指出：“碰撞造山说法，根本是没有地质事实根据的臆说”，在板块说已成为主流学派一面倒的学术形势下，他大声疾呼：“只有实践才是检验真理的标准，就地质来说，无论部分或全部的板快学说，不合于实际，必然是错误的。”“碰撞造山之说，愚诬之学；无稽之言，不可听”。（白文吉、胡旭峰、杨经绥、周美付，1993；李德威，1993；赵宗溥，1994）

  上世纪80-90年代，陆壳地层中发现高压矿物柯石英，柯石英需要100km深度以下地层高压才能形成，大陆拆沉进入地幔的“大陆深俯冲”成了板块说新热门话题。板块说认为大洋板块可俯冲到地幔720km深处，“大陆深俯冲”尽管存在诸多难以克服的力学问题，仍然成了国际及我国地学界热门课题。20年间，我国学者关于“大陆深俯冲”的论文数量超过3000篇。

大别山地区被板块学者认为是我国发生“大陆深俯冲”的典型地区。地质是实证科学，“大陆深俯冲”这一新的科学猜想能否得到地质勘察支持？

安徽省地质局汤家富教授，90年代时起先参加大别山深俯冲的地质实证研究，但他在认真研究了大别山形成、演变的地质过程后，成了“大陆深俯冲”反对派。汤用了多年时间对大别山和邻区进行1:5万地质填图。实地调查取得重要发现是：大别造山带经历了裂解成盆、伸展拆离、收缩挤压、热隆成山，由多阶段构造运动所完成；超高压变质岩形成于中深层到中浅层伸展拆离构造带内。陆壳并未发生“深俯冲、快折返”。

2015年11月22日－24日，“陆内造山带形成演化与动力学机制学术研讨会”在合肥召开。会议由安徽省地质局和中国地质学会地质力学专业委员会主持，会议有六十多名代表参会，会上有18个报告。两院院士常印佛先生参加了会议。

在一切“向国际靠拢”跟踪国际热点的年代，我国学者根据事实和独立思考，实事求是地提出不认可“大陆深俯冲”，对抗潮流的独立见解。这是一次对国际上尚在热潮中的“大陆深俯冲”说不的学术研讨会。

会上，汤家富介绍了地质勘查的情况；地质力学所吕古贤研究员指出：大别超高压变质岩形成深度介于23-55km，“大陆深俯冲-快折返”模式不能成立；从事超高压实验及凝聚态物理研究的哈工大苏文辉教授认为，强烈地震的地震波引起断层间剧烈撞击和摩擦在相对较小静岩压力下快速形成柯石英的可能；中科院地质地球物理所杨建军研究员报告题目是：“震击高压变质作用”，文章指出，地壳内强地震波就可以引起超高压变质作用。这一论点突破了俯冲-折返和构造过压的流行思路。有关文章发表在2015年《岩石学报》第9期上。杨建军等对中国苏鲁超高压变质带仰口榴辉岩的的工作结果，从地质观测角度为这一论点提供了证据。杨建军还介绍了国内外同行报道的发表在高压变质岩或低压地震岩内的非晶化现象，它们为地震引起高压变质作用的思路提供了部分证据。

之后不久，商业上实现了在低压下用气相沉积法（CVD法）廉价生成金刚石，表明在非平衡相变条件下，所谓的高压矿物也可在低压条件下生成。一些错误的设想是地质学对凝聚态物理学认识的肤浅导致。

  类似“碰撞造山”、“大陆深俯冲”这样的新概念甚多，一定要经受实证检验的验收！

（7）大洋钻探发现古生代和前寒武纪岩石，与“海底扩张”假说严重冲突。

“海底扩张”假说是板块说的立轮基础。按照海底扩张假说，洋中脊上岩石年龄应该十分年轻，大洋中的洋壳板块应该都是白垩纪后的。

2015年，任纪舜院士发文（任纪舜等，2015），指出在大洋底部钻探发现大量古生代和前寒武纪岩石，这与海底扩张假说严重冲突。

大西洋、印度洋和太平洋中，均发现大量的古生代和前寒武纪岩石，岩石年龄有300Ma-330Ma的，还有1600Ma-1850Ma的。“海底扩张”假说这一科学猜想将受到严峻考验。

（8）不能解释中国大陆地震活动

在板块说中，地震是板块碰撞结果。但是，中国大陆地震都发生在 “板块内部”，无法用板块碰撞解释中国大陆地震。

发生在华北地区的强震对我国有很大影响。这里的强震大都发生在晚新生代以来的继承性断陷盆地中。如山西断陷盆地、河北平原凹陷、勃海凹陷和下辽河凹陷中都发生过7级以上强震。在华北平原上更发育了一系列平行的断陷拉分盆地，想在板块说框架内解释华北地震，简直难以着手。

每次国内发生大地震，就以印度、太平洋板块冲撞来解释。这种解释我国地震界业内很多人士都不相信。

我国地震界在上世纪60-80年代还成功或部分成功预报了20多个中、强地震，80年代后板块说成为我国地学主流学说，就再也没有成功预报过一次中、强地震。这两者之间没有联系吗？

6.结语

板块说建立60多年，至今仍然“动力机制”不明。地球科学迫切需要能与“板块说”竞争、动力机制明确的新全球构造假说，供科学家和研究者们比较、验证。

“内波说”的驱动机制明确，内动力Fc的作用位置、方向、大小有公式表达，能实现严格意义上构造运动的数值模拟实验。“内波说”已做了二维壳、幔区域模型有限元数值计算。证明在引潮力作用下可得到沉降带沉积万米厚沉积地层的结果。地学已提出的各种机制，都不能产生如此厚沉积地层（贝利 A.W.,1990）。“内波说”动力机制，在地槽初期的沉降、沉积运动中得到初步验证。

在超级计算机上建立原始大洋地壳三维全球模型，在Fc力系、外动力、地球重力背景三大力系作用下，加上地幔中玄武岩逐步分异上浮加厚地壳作用，数值模拟若能够得到大洋中出现岛屿、岛屿逐渐扩大形成大陆，陆块之间的大洋中生成洋中脊图像，“内波说”就能成为“全球构造动力学理论”资用假说。

地学界的大学或研究所，投入此项科学探索，将开创出大陆从无到有不断壮大的地壳演化图景。

“内波说”中主导的物质运动形态，是与剥蚀作用将陆上物质搬向海洋方向相反的物质迁移运动。Dietz 所说的“为什么大陆经长期削平风化作用仍能保持那么高”的问题在内波说中不存在。“大陆为何仍存在？”问题是任何一种地壳运动理论不能回避的问题。

中科院测地所“板块运动与地壳形变的内波理论”项目结题报告指出：“长期以来，许多地质和天文学家十分重视地球自转在地壳运动中的作用，但对具体的地球物理机制问题一直未能得到解决…大地构造的内波理论认为，交变的潮汐应力通过地壳材料的非线性转化形成非均匀性的地壳结构…导致地槽沉降、沉积和隆起以及回返造山等一系列地壳活动现象。月球表面岩石年龄正好等于月亮固定面向地球的时间，表明引潮力在天体外壳演化中具有重要作用…目前正处于探索大地构造和地球动力学新理论的转变时期，池顺良的内波理论提出了新的设想，今后这方面的研究工作应更加充实、完善和深化。在目前地球物理学飞速进展、大量新的手段和事实不断涌现的时期，加强这方面的研究工作是十分有意义的”（高布锡、潘显章.1994）。

作者因承担全国布设38个钻孔应变观测台繁重任务，骆鸣津、杨洪之研究员又先后退休，此项重要的地学基础研究工作就此处于停顿状态。目前作者也退休多年，只能寄望于年轻人。

中华民族目前正走在民族复兴大道上。在科学上实现赶超和突破是极其重要的方面。西方重重围堵，及话语权在西方手中，在基础科学领域取得突破困难更大。

板块说虽是目前国际上地学主流理论，既然看到了它存在的问题，为什么中国学者不能对西方提出的一个科学假说提出质疑？

苏文辉教授与板块说学者在科学网上辩论时，一位旁观者的发言是：“为什么把一个顶多算一个科学假说或科学童话的学说宣传为‘20世纪最伟大的科学发现’？并且使用行政权力压制不同学派意见和研究论文的发表？现在板块构造学说已经宣传的家喻户晓，路人皆知，还在中小学教科书上当成科学真理向学生灌输。”

“板块说”取得主流学派地位后，40年科普宣传已造成一边倒之势，许多反对意见被埋没。“谈论板块说的基本矛盾和弱点的书籍和教材极少。出现了一代对板块构造和大陆漂移深信不疑而对反对意见几乎一无所知的地球科学学生；更为可悲的是出现了这样一代教师队伍。”（罗永国,1992）

中国基础科学要实现创新和突破，首先必须打破洋人在科学上的“话语权垄断”。

中华民族古代就认识到“沧海桑田”的地质变迁，也有盐井开凿的先进技术，由于社会发展的百年停滞，近代地质学从欧美传入。

中国错过了19和 20 世纪的科学革命，对于天、地、生基础理论学说的建立愧无贡献。现在我国正在经历民族复兴伟大历程。我们仍然要谦虚、认真学习国外先进科学，更要独立思考，去粗取精、去伪存真。切记不搞跟班式科研，面对洋老师解决不了的问题，要认真分析他们陷入困境的原因，找出解决问题的关键和办法，建立自己的理论体系。

 “一个民族总要有一群仰望星空的人，他们才有希望”。地球科学这一重大综合问题一定能在中国取得令人瞩目的成果。

7.致谢

此项工作曾以“全球构造的内波机制研究”列入中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学开放研究实验室项目，参与项目的还有“河南省地震局”骆鸣津研究员、“长沙大地构造研究所”杨洪之研究员。

中国地震局地震科学联合基金会及河南省科委、鹤壁市科委也对研究给予资助。中国科学院武汉分院院长许厚泽院士、张赤军研究员、开放实验室主任高布锡研究员、王勇研究员、郝晓光研究员等对此项研究给予热情的鼓励与帮助，作者对他们表示衷心的感谢！

作者感谢刘东生、任纪舜、滕吉文院士对此项工作的支持，及在请教问题时给予热情的解答。还要感谢中国地质矿产信息研究院报道室、中国地震局地球物理研究所图书资料室、中国地震局地震研究所资料室在查阅资料方面给予的方便和帮助。对各位同仁给予的支持和帮助，作者在此表示衷心的感谢！

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