地质过程的长期性、复杂性、叠加性和不可再现性
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发布时间：2022-05-01 21:50
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时间：2022-06-24 00:11
一、地质过程的长期性
地球具有漫长的演化历史。在现代科学中，除天文学外，还没有一门学科的研究对象有着如此长的时间发展尺度。地球诞生在约 46 亿年前，目前在地球上发现最古老的岩石为 38 亿年，也有报道称发现 40 亿 ～44 亿年的岩石。在长期的地球层圈演化大背景下，地壳格局与地壳岩石经历了不同阶段、不同营力、不同程度的变化。在这样一个极长的时间尺度中去认识地壳的发展演化规律，无疑具有很大的难度。在地质工作中，时代不清、层序不清的情形经常出现，从而增加了地质成果的不确定性。对某些区域的某些时间段，可以通过进一步的深入研究，提高对其地质演化过程的认识; 而对另一些区域的另一些时间段，由于时代过于久远或后期变化复杂，研究难度更大，其研究成果往往更具推理性和猜想性。
二、地质过程的复杂性
地质学研究的是复杂对象。无论是地球层圈运动、地壳表面运动、成矿过程等都是复杂过程而非简单过程。例如，地幔对流与板块运动就是一个复杂系统，其规模之巨大，物质和运动关系之多样、复杂，是一般的自然系统和工程系统所难以比拟的。成矿系统也是一个极为复杂的系统，这个系统以其强开放性、强非线性、强不平衡性和强自组织性为特征。现代科学是建立在牛顿科学观的基础之上的，其科学手段是基于线性系统，即简单系统发展起来的。迄今为止，科学界尚没有突破牛顿科学观和方*的束缚，建立起一套描述复杂系统的科学工具，这就是为什么地质科学始终难以实现像其他自然科学 ( 如气象学、水文学等)和工程科学 ( 如建筑学、机械学、电子学等) 那样，实现精密的定量描述的根本原因。简言之，地质学还没有找到使其实现精密化、定量化的科学理论和科学工具。强调这一点，对我们正确地设置地质学问题的研究目标，实事求是地评估地质工作成果，都是很重要的。以矿产勘查学为例，过高地估计某个研究区的矿产资源远景几乎是一种普遍现象。其原因在于，地质学家只看到了自己的研究结论，而没有看到这些对复杂系统的研究结论是在没有复杂系统研究手段的支撑下得出的，因此这个结论可能是符合实际的，也可能在一定程度上偏离了实际，还可能是违背实际的。克服地质学家对自己获得的结论预期过高的倾向，是一个在地质学研究和地质工作中树立正确的科学观和方*问题。当前关于复杂系统研究的科学观和方*，在哲学、物理和数学层面正在展开热烈的讨论，复杂系统的研究方法在一些局部领域，包括地质学中已开始积极探索和极少量的应用。然而，关于复杂系统的研究，目前仍然主要停留在概念讨论和片断应用上，没有形成完整的框架和强有力的方法体系，牛顿的科学观和方*仍然是人类已经构建起来的科学大厦的基础。作为复杂系统研究者的地质学家，目前还只能用研究简单系统的方法，或更初等的描述方法，来研究复杂系统。在这种很无奈的情况下，地质学家要对自己的研究和地质工作成果给予正确的预期。
三、地质过程的叠加性
地质过程的叠加现象是很普遍的。在一个很长的历史时期中，后来发生的地质作用叠加在原来地质过程产生的物质相或构造形迹上，从而形成复合的物质相或构造形迹。这种广泛存在的叠加使本来就复杂的地质过程变得更为复杂。叠加现象对地质学的研究方法产生了重要的影响，促使人们去发现和研究那些代表每个独立过程的地质特征，如特征矿物、特征元素、特征结构构造等。对独立过程的识别和恢复在地层学研究、变质岩研究、构造地质研究和矿床学研究中显得特别重要。叠加作用对地质工作的影响是双重的。其一，是增加了地质工作的复杂程度，为地质调查和勘查工作带来不便。由于叠加的影响，有些地区的地层层序、构造期次长期难以界定，成为深入开展地质工作的障碍。其二，是提供了解决重大地质问题和发现矿床的机会。地质过程的叠加本身就是一个科学命题，具有重要的研究意义。例如，对一个大型推覆体的识别有可能改写一个区域的地质构造格局，提供寻找矿床的新机遇。许多矿床是多期成矿作用叠加的产物，使成矿物质更为富集，对叠加过程进行识别与分析有助于梳理成矿关系，有效地指导矿产资源调查、勘查与评价。
四、地质过程的不可再现性
地质过程的不可再现性主要表现在三个方面: 其一，是时间的不可再现性，其二，是空间的不可再现性，其三，是条件的不可再现性。首先，在时间上，所谓不可再现性，是相对于人类的生命尺度而言的。一个地质过程以数十万、数百万、数千万年计，在一个人的生命时段内，看不到过程的明显变化。其次，在空间上人对地质过程的观察也具有极大的局限性。也许我们能看到某些现代地质过程，如地震、火山等，但只能看到或感觉到这些地质过程的某些片断，如火山喷发、地震活动等，整个过程发生在地下深处，其实际的物理过程是不可观察的。最后，地质过程具有巨大的规模和超强的参数，如数十万、数百万平方千米的范围，巨量的复杂的物质环境，数十、数百千米的深度，超高的压力和温度等，这就使得人工实验再现地质过程变得十分困难。当然，也有少数规模很小的、条件简单的地质过程是可以再现和通过实验进行观察的，如矿物学、岩石学尺度的实验，某些沉积学实验等。但这类可再现的过程数量有限，在整个地质学中不具主导意义。
在自然科学中，许多领域都能在实验室中再现物理的或化学的过程: 所有基础的物理和化学过程都是可再现的; 现代生物学也能在相当程度上再现生命过程; 天文学不像地质学那样主要研究地球物质及构造形迹，而是把重点放在研究星系和星体的运动轨迹上，而这种运动轨迹是能从力学的角度精确计算和再现的; 在工程科学中，所设计的过程必须是能以极高的精度再现，否则就会出现工程质量问题。于是，剩下不能再现的大概只有地质学了。
由于缺乏使地质过程再现的能力和手段，地质学只能选择其他的科学研究思路，于是 “将今论古”就成为地质学研究的一条基本原则。地质学家把从现代河流、现代海洋、现代火山、现代地震、现代沙漠、现代冰川、现代气候等主要是在现代地球表面自然过程中产生的现象加以观察、联系、假设、推论，形成对地质历史时期地质过程的概念。“将今论古”这一朴素的唯物主义思想，在地质学的发展中发挥了重要的作用，地质学的基本框架、基本原理都是在 “将今论古”的原则下发展起来的。作为一个最重要的思想工具， “将今论古”的原则还会继续使用下去。
但是，“将今论古”这一思想工具有它的局限性。由于 “将今论古”所依据的主要是发生在地球表面的现象，深部的情况只能借助于假设来表达。例如，对岩浆作用的研究，人们观察到的只是从地表涌出的火山熔浆，是火山岩，而假设它在深部冷却时呈结晶状态，是侵入岩。到目前为止，还没有任何一个人能实际观察岩浆的真实结晶过程。其他如构造作用、变质作用、成矿作用等，假设的成分占优很大的比重。因此，与其他科学相比，地质学原理包含的假设和推理成分是最大的。在地质研究、地质调查和勘查工作、地质工作管理中，需要注意到这一重要的学科特点。
