张伯声,著名地质学家和地质教育家,中国科学院学部委员,一级教授,中国地质学会副理事长,中国地质学会构造地质专业委员会副主任,陕西省科协副主席,西安地质学院名誉院长。张伯声教授是中国五大地质构造学派之地壳波浪状镶嵌构造学说的创始人,该学说在国外亦享有盛誉,是张先生对地球科学理论的重大贡献。张伯声教授从事地学研究实践和教学五十多年来,成就是多方面的,著有学术论文和专著六十余篇(本),曾多次受到国家和部,省级的奖励,为祖国的地质事业作出了卓越的贡献。
一、献身地质事业的一生
张伯声教授一九零三年六月二十日出生,男,一九二六年毕业于清华学校,同年被保送赴美留学。开始就读于威斯康辛大学化学系,次年转入芝加哥大学化学系,一九二八年毕业于芝加哥大学化学系,获得学士学位。同年三月改学地质,在芝加哥大学地质系研究生部里,他受到著名岩石学家约翰森和构造地质学家坎伯伦等老师的精心培养。尔后他为追随著名构造地质学教授威里斯和古生物学教授博莱克卫尔德,于一九二九年秋转到数千里外的斯坦福大学从事学习和研究,一九三零年学成回国。一九三零——一九三三年执教于焦作工学院,为地质、岩矿教授;一九三三——一九三五年,任河南大学教授;一九三六年——一九三七年,北洋工学院教授;一九三七——一九三九年,西北联合大学教授;一九三九——一九四九年,西北工学院教授;西北大学教授;一九四九年——一九八零年西北大学教授、副校长;一九八零——迄今,西安地质学院教授,名誉院长。张伯声先生一九三六年加入中国地质学会,五十年代以来,任中国地质委员会委员,中国第四纪委员会委员,中国地质学会陕西分会副理事长。一九七九年三月被推选为中国地质学会副理事长。一九八零年十一月被选为中国科学院学部委员。
张伯声教授治学严谨,对学术上的问题严肃认真,一丝不苟。在创建波浪状镶嵌构造学派的过程中,他呕心沥血、锲而不舍、废寝忘食地工作,从不趋附潮流,人云亦云。他遵循“百花齐放,百家争鸣”的原则,对其它地质构造学派的观点从不全盘否定,而是给予实事求是的评价。
二、张伯声教授的主要成就
张伯声教授对地球科学的贡献是多方面的,这是择其最主要的五个方面简述于下:
(一)对中国前寒武纪地质研究的贡献
1、确定秦巴山区的“汉南花岗岩”为“前震旦纪花岗片麻岩基底”从而修正了前人定为“中生代”侵入体的错误观点。
本成就集中反映在张先生一九四五年发表在《中国地质学会志》第25卷第299 - 308页上的论文——“陕西汉中区之前震旦纪地质”本论文发表以前,地质界一直认定出露在陕西汉中以南的大片花岗岩和片麻状花岗岩为一中生代燕山期花岗岩侵入体,即所谓“汉南岩基”,张先生经过多次野外调查,查清了这里的地层构造。指出震旦系及整个古生世界均不整合于所谓的“汉南岩基”上,该岩基的时代应属前震旦纪。这一成果从根本上改变了前人对秦巴山区地壳发展的看法及其整个古地理轮廓的认识,因而重新厘定了该区的大地构造性质,以后地质界便称之为“汉南地块”——前震旦纪的一个古老地块。
2、在河南嵩山区首次发现了太古界与元古界地层之间的角度不整合接触面,创建了“嵩阳运动”。
本成果集中反映了张先生一九五一年发表在《地质论评》第16卷第1期第79 ~ 81页上的论文——“嵩阳运动和嵩山区的五台系”中。
3、对中条山区铜矿成因及其地质构造提出独到见解。
张先生通过对中条山区前寒武系地层、构造的研究,使地质界对该区复杂的地质构造争论颇多的问题得到了部分解决,并认为中条山铜矿是沉积变质矿床,为其开发利用提供了理论依据。
(二)在矿产地质方面,为国家找到了平顶山煤矿和巩县小关铅土矿两个大型沉积矿床。
新中国成立之初,张伯声教授和已故著名地质学家冯景兰先生,受聘任豫西地质矿产考察团顾问。该团在这两位教授指导下,发现了巩县小关铝土矿、重新评价了宝丰大营煤矿、预测并经证实储量丰富的平顶山煤矿。前两个报告的文学部分由张伯声教授执笔完成,巩县小关铝土矿目前是郑州铝业公司的主要矿石基地。而平顶山煤矿已成为一个大矿务局,是武汉钢铁联合企业的主要焦煤原料供给地。这两个大型矿床的发现,为我国的经济建设作出了重要贡献。
(三)在构造地貌学和第四纪地质学研究方面
1、在黄河水利资源调查中,对黄河河道的发育提出了独到的见解,并发现了“黄土线”,为黄土“水成说”提供了有力的佐证。
这些成就主要反映在张先生撰写的下面两篇论文中。其一,“从黄线说明黄河河道的发育”(《科学通报》1956年第3期第5 ~ 10页)。此文意义在于发现了“黄土线”,此线代表盆地过去河漫淤积的最高面,为黄土“水成说”提供了依据。另外它还批判了美国人卫理士(Bailey Willis)所单纯扶照地盘升降而形成阶地的观点,指出一个盆地入口处地层的软硬情况是控制盆地内阶地发育的一种主要原因。其二,“陕北盆地的黄土及山陕间黄河河道发育的商榷”此文主要意义在于,批判了前人所认为的:“远在新第三纪上新世以前晋、陕间黄河河道即已存在”的错误见解。
2、在对陕西、秦岭水系和新构造运动的研究中,提出了地块的翘倾运动,为尔后地壳波浪镶嵌构造学说的创立奠定了基础。
代表性论文“新构造运动与陕西水系发育关系的分析”和“在块断构造的基础上说明秦岭两侧的河流发育”这两篇论文从水系分布特点入手,前篇通过地质构造分析出陕西不同部分的地壳先挠曲后块断和翘倾的看法;后篇论述了秦岭两侧四类水系的特点及其与水利建设的关系,在水文、工程地质方面有较大的参考价值,特别是秦岭地区一系列“盆地山岭”式的构造分析和论述,对中国新构造运动特点的研究有重要意义。一侧翘起一侧俯倾的块断运动,是中国中新生代地壳运动的一个显著特点,这一学术思想,张教授在以后的地壳波浪镶嵌构造学说的研究中,得到了进一步发展。
(四)在地震地质理论方面,运用地亮波浪运动的观点,建立了中国斜方地震构造网,提出了地震震中迁移的跳动性及其发震的平静和活动相间的周期性的独特见解,为地震研究和预测开辟了新的途径。
代表性论文是“地壳的波浪状镶嵌构造与地震”,其主要结论是,地震带的分布与地壳波浪状镶嵌构造网点相一致,中国强震震中基本上沿着两组斜向构造带内周期地交互地作跳动式迁移,在某一时期内,强震以沿北东向构造带为主,另一时期,则以北西向为主,这可能是因为不同系统的地壳波浪各自具有自己的传播方向与活动周期;不同方向的构造交叉部位一般是地震活跃地带,但有些交叉部位(如关中地区)发震频率相反却是很少,推断是由不同系统地壳波浪互相干涉的一种页性结果;“东亚镜像反映中轴带”是由两组斜向的地壳波浪作麦穗状交叉而成,故地震频率甚大,震中在该带上作南北向往返迁移的规律性,应看作是两个系统的斜向波浪在该带上的传播。
(五)在大地构造学和地球动力学的理论研究方面,创立了地壳波浪状镶嵌构造学说。
本学说在地质理论和实践上均具有重大意义,它已被地质界公认为中国五大地质构造学派之一,在国外亦享有盛誉,这是张伯声教授对地球科学理论的最主要贡献。
1、提出相邻地块的“天平式运动”一一地壳波浪状镶嵌构造学说的萌芽。
张教授在“从陕西省大地构造单元的划分提出一种有关大地构造发展的看法”一文中,通过对秦岭南北两侧地块在不同地史时期以秦岭为支点互作此起彼伏运动的分析,首次提出地壳上相邻地块以其间所夹构造带为支点带互作此起彼伏的“天平式运动”的观点,是地壳波浪状镶嵌构造学说的萌芽。
2、“镶嵌构造说”的创立
代表性论文是“镶嵌的地壳,”在该文中张伯声通过对全球地壳和中国地壳构造发展述,提出了整个地壳是由许多不同级别的强烈运动的活动带与不同级别的相对稳定的地壳块体相结合而成的一级套一级的镶嵌构造,同时还把相邻地块的“天平式摆动”在广大空间范围内统一考虑,引伸出地壳波浪的概念。此文的发表,标志着“镶嵌构造学说”的创立。
3、提出整个地球存在着四个波浪系统
在“从镶嵌构造观点说明中国大地构造的基本特征”一文中,张先生在理论上兼收并蓄了“脉动说”与“收缩说”的合理部分,从地球自身的运动探讨镶妖构造的形成机制,赋予“四面体理论”以新的含义。它指出,由于地球以收缩为主的脉动,产生了四个地壳波浪系统,即①太平洋 - 欧非波系;②北冰洋 - 南极洲波系;③北美洲 - 印度洋波系;④西伯利亚 - 南大西洋波系。它们各自不停地传播及相互交织,形成地壳的波浪镶嵌构造网。至此,张伯声教授的“地壳波浪状镶嵌构造学说”宣告创立。
4、日臻完善的地壳波浪状镶嵌构造学说及其理论与实践意义
波浪状镶嵌构造学说认为,地壳是由不同系统的级级相套的地壳波浪交织而成的宏观与微观统一的大大小小的地块镶嵌而成、它提出整个地球存在着四个波浪系统。而地壳波浪有三种基本形式,即① 蚕行垂向横波;② 蛇行侧向横波;③蠕行纵波,并以这三种形式形象说明地壳各大小块体的运动是以水平方向传播为主,但漂而不远,移而不乱。
地壳运动的波浪性是地球演化、地充构造以及地壳运动中所表现的共性,它具有以下六方面内容:
(1)地球在演化阶段上具有等时性;(2)地质构造在空间分布上具有近等距性;(3)任何地区在构造隶属上都具有多重性;(4)相邻地块在地史上互作天平式费动的现象具有普遍性;(5)构造作用在方向上具稳定性;(6)地球缩胀脉动的可能性以及与由它导致的地球自转速度变化的结合,应是造成地壳运动波浪性和地壳镶嵌构造的根本。
张伯声教授用他的波浪状镶嵌构造学说,研究了中国的大地构造演化、发展规律,认为中国明显存在着两个系统的波浪;一是环太(平洋)构造带和与之类平行的一系列外太构造带以及夹在其间的那些波谷带;二是地中(海)构造带和与之类平行的一系列古地中构造带以及夹在其间的那些波谷带。两者的相互交织使中国地壳有规律地呈现出斜方网状构造格局,控制着中国大地构造的演化、发展。
地壳波浪状镶嵌构造学说的实践意义是多方面的,这里择要简述两方面:(1)矿产理论方面,张先生认为,地壳波浪的等间距性引起矿产分布的等间距性,不同级别的地壳波浪对地层发育、岩浆活动、变质作用和矿产生成都起控制作用。一级地壳波浪控制大的成矿区和成矿带,二、三级地壳波浪控制矿区和矿田。在我国,矿产的等间距性分布多与两组斜向的级级相套的地壳波浪一致。两个波系的各级波浪的交织,对矿产有明显的控制作用,波谷带与波谷带相交,形成构造网眼,是含油气盆地的地块,其边部多见煤田;波峰带与波峰带相交,常形成更高隆起,构造、岩浆、变质作用强烈,多内生矿产与变质矿产;波峰带与波谷带相交处,地史环境复杂,内外生矿产均发育。(2)在地震地质方面[详见前(四)所述]
三、烈士暮年、壮心不已
张伯声教授今年已是八十四岁高龄的人了,虽然他感到体力和精力已不比从前,但雄心犹在,继续努力丰富和完善其地壳波浪状镶嵌构造学说。近年来他主编《地壳波浪与镶嵌构造》系列集刊,已于一九八二年八月出版了第一集,一九八六年七月出版了第二集。一九八三年十一月在西安,张先生主持召开了全国首届地壳波浪运动与镶嵌构造学术讨论会,并于《西安地质学院院报》—九八四年第一必威体育备用地址 出了“全国首届地壳波浪运动与镶嵌物造学术讨论会论文专辑”。—九八四年四月,陕西科学技术出版社为张先生出版了《张伯声地质文集》。
张伯声教授自觉把自然辩证法运用于地学研究,在他的地壳波浪状镶嵌构造学说中,充满着辩证法的思想。近年来张先生更加重视地学辩证法的研究,把地球科学置于哲学、自然辩证法的高度,进行更高层次的探索,撰写了一些与地学辩证法有关的论文,如“辩证的地质学”、“自然之路、物质变化、岩石和矿物同人类社会文化的发展”。
张先生虚怀若谷,奖掖后学,对中青年地学工作者总是满腔热忱地予以支持,对一些波浪状镶嵌构造学说爱好者的来信、来稿,他总是亲自阅读,提出意见并鼓励他们继续探索,同时退还他们的稿件,张先生这种甘作人梯的精神,给中青年地学工作者留下了深刻而美好的印象。
张伯声教授为后学者提供了一条成路之路,做人之路。
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1,本文在写作时,承蒙张伯声教授提供部分资料,在此致谢。
2.本文为“二十世纪中国科学技术史学术讨论会”(1987,9,北京)交流论文。