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王鸿祯院士主要学术成就简介
发布时间:2010-07-18 来源:地球科学与文化网站 【字号: 小  中  大 

王鸿祯,山东苍山县人。地质古生物学家和地质教育家。1939年毕业于北京大学(昆明西南联大)地质系。1947年获英国剑桥大学哲学博士学位。历任北京大学教授,北京地质学院副院长,武汉地质学院院长,中国地质学会副理事长,地质学史研究会会长,中国古生物学会理事长,国际地科联地质科学史委员会副主席,第六届全国人民政协委员,第七、八届常务委员,中国民主促进会中央参议会副主席。1980年当选中国科学院院士。现为中国地质大学教授,中国科学院资深院士,国际地科联地质科学史委员会名誉资深委员,中国民主促进会顾问。研究领域包括古生物学、地层学、古地理学、大地构造学和地质学史。主要研究成果是:在地层古生物和古地理方面,建立了四射珊瑚的系统分类和演化阶段,提出了以年代地层和岩石地层为主的地层分类观点,出版了《中国古地理图集》,提出了层序地层的分类级别体系及其与天文周期之间的可能联系;在大地构造和全球构造方面,提出了新的大地构造名词体系和中国及全球的构造单元和构造阶段的划分,长期致力于全球古大陆再造研究,提出了泛大陆聚散周期以及地球史上不同类型和级别的地球节律,由此形成了全球构造活动论和历史发展阶段论相结合的地球史观;发表论文240余篇,出版专著、文集、图集和教材等20余种。曾获第二届国家自然科学一等奖(集体,1982),第三届、第五届二等奖(1987,1991),首届国家教委高等学校教材特等奖(1988),首届何梁何利基金科学技术进步奖(1994)和李四光地质科学奖特别奖(1996)。

一、长期不懈研究珊瑚古生物,开拓新的研究领域,建立了四射珊瑚的分类演化体系

王鸿祯在1950年发表在《伦敦皇家学会哲学丛刊》上的博士论文中,区别了珊瑚骨骼晶片和晶针两类不同的构造单元,作为高级分类和演化进程的基本依据。上世纪50年代中至60年代初,美国、前苏联以及法国的三套古生物学系列专著中的珊瑚卷都有介绍,但都不承认两类骨骼单元的原生性质。其后几十年间,王鸿祯从未中断对珊瑚研究的知识积累和文献的关注。直到70年代,他和助手陈建强利用新的制片方法和电镜扫描技术,及时做出了大量骨骼微细构造的照片和数据,基本上证明了两类骨骼结构的原生性质,还深入讨论了珊瑚骨骼的分泌机制和生物结晶作用。研究成果于1989年出版了专著,提出了5目、12亚目、79科的全新系统分类,分出了5个演化阶段和3个生物分区(图1),达到了较为全面深入的研究水平,获得了国家自然科学二等奖(1991)。

二、提出以年代地层、岩石地层为主的地层分类观点以及层序地层级别体系和可能的天文控制因素,发展了地球节律的思想

地层学是地质科学中的基础学科,是建立统一地层表和制定地层规范等基本文件和开展地质制图基本工作的主要基础,具有理论和应用的双重重要性。他对地层分类、地层分界和地层分区等问题都有自己的观点。在地层分类方面,他不同意传统的以年代地层为准的单一地层分类,也不同意近年流行的不分轻重的多重地层分类,而是将时代对比的理论研究与区域制图的实践需求结合起来,提出以年代地层和岩石地层两者为主的分类方案。因为只有年代地层单位具有等时性和全球性,只有岩石地层单位具有地区特征,代表地方性,两者都具有其他地层分类所不具备的完整的级别体系,如前者分为代、纪、世、期等,是统一地层表(地质年代表)的基础,后者分为群、组、段等,是区域地质图的成图基础,因而在地层分类中居于主要地位。他在统一地层表建立方面,对近年形成的确定建“阶”和地层分界的主流学说——全球标准剖面及点(GSSP)的工作程序方法,持有保留意见,指出了它在理论依据和实践应用两方面的缺欠,主张加强地质事件和突变观的观点,淡化连续性和渐变观的观点,进行多学科结合的综合地层学研究,并提出逐步建立新一代统一地层表的长期目标。

地层研究的理论方面主要是地球的节律和层序地层研究。地球节律的典型表现是沉积地层中出现的类周期特点,主要控制因素是海平面升降。近年新兴的层序地层学的特色之一是可用以鉴别和追索等时界面,进行远距离的地层对比。王鸿祯、史晓颖等通过广泛研究和综合对比,建立了层序地层6级节律周期的级别体系,并试作了与天文周期的比较。节律周期最长的是“巨层序”泛大陆周期,约5~6亿年,是地表大陆整体聚合,使海平面大规模下降造成的,可能与两个银河年(2.7亿年左右)相当;“中层序”周期约30~40百万年,与海平面升降、生物兴衰、地磁极性转换等都有较好的耦合,可能与太阳系穿越银道面的周期相当;“正层序”(3级)应用最广,引起的讨论也最多,时限约2~5百万年,可能与“阶”的时限相近。王鸿祯等在这方面做了大量工作,提出了用于建“阶”的综合地层研究法,作为改进和补充全球标准剖面及点(GSSP)研究法的根据。3级以下的层序主要是受气候变化的控制,可能与天文上的米兰柯维奇长周期和短周期相当,最短的节律周期是沉积韵律细层,只有4万年左右。

地层研究的应用方面主要是地层划分及地层符号在地层规范(指南)和地质图及地层表中的使用。他对各级年代地层和时代单位符号在统一地层表及地区地层表中,和在小比例尺以及各类地质图中的使用,提出了较为系统的意见。在附表第一列地质年代中,宇(宙)一级用两个大写字母AR太古宇、PT元古宇、PH显生宇,界(代)一级用一大一小,如Pm中元古界、Pz古生界等,系(纪)一级用一个大写,如Z震旦系、P二叠系、E古近系等。统(世)一级用P1下二叠统、J2中侏罗统等,不用专名,阶(期)一级在统下加两个代表阶的小写字母,如下二叠统栖霞阶P1qx等。应用这个符号系统可使编制各类地层表及各种地质图取得一致,特别是小比例尺编图如全国以及全球地质图,对保持图面简明易读,避免过于繁琐,应有良好的作用。

王鸿祯等通过对比研究,认为地球节律普遍存在于各类地质过程,可能受同一自然体系的控制。研究成果于2003年出版了《中国层序地层研究》专著,获得全国优秀图书奖。

三、古地理研究代表性成果《中国古地理图集》是地球构造活动论和历史发展阶段论相结合的典范

王鸿祯的古地理研究代表性成果《中国古地理图集》是他组织多个地质单位不同学科的地质学人共同完成的,于1987年获得国家自然科学二等奖。

这种小比例尺、多图种的综合性图集的主要编图思想是空间上的构造活动论和时间上的历史阶段论相结合,主要观点方法是以构造地质为主的多学科的结合及综合研究。首先,决定古地理轮廓演变的主导因素是构造格局或格架的形成及变化,而这种变化必然涉及两个基本问题:一是地表大陆和海洋的相对位置在地质历史中是基本上固定不变,还是发生过重要改变这一“固定论”或“活动论”的问题;一是这种改变的过程是均速的和渐进的,还是曾有过比较集中的急剧变革这一“均变论”或“突(灾)变论”的问题。其次,编图涉及的学科主要有古生物学、地层学、沉积学、构造地质学、岩浆岩岩石地质学及第四纪地质学等,而构造地质在这些学科中,既是综合表现,又是控制因素,因而在图例制定中,在沉积生物区系及盆地类型划分中,都体现了以构造为主的思想。《图集》是八开本,共含图版143版,中文说明书85页,英文说明书28页,附录25页,包含构造古地理、沉积古地理、生物古地理和岩浆岩分区等多个图种,覆盖自元古宙直到第四纪的漫长时期。《图集》内容是按构造阶段排序,每个阶段都以构造格架图为首,最后的“中国大地构造图”则是构造发展的历史总结。所以,《图集》是多个地质学科综合研究的成果,同时又为不同单位的各学科学者们提供了相互交流共同提高的平台。

四、概括时空,提出了中国及全球主要大地构造单元划分方案及其历史演化体系

大地构造学的主要特征是研究对象时间之长和范围之广。较完整的大地构造名词体系是前苏联学者于上世纪40年代建立的,50年代传入中国。实际上,从上世纪30年代以来,西方构造名家和中国李四光、黄汲清的一些综合研究都属于大地构造的范围。历史大地构造一词的提出是为了更加强调历史分析的方法和时间与空间两方面的紧密联系。

王鸿祯在历史大地构造时间层面上提出了系统的论点,将地球构造史分为“大阶段”和“阶段”两级,大阶段的识别标准是地表物质组成的变化和海陆分布格局的重大改变,包含陆核形成、地台形成、泛大陆形成和泛大陆解体四大阶段。阶段的识别标准是构造格局的重要变化和生物及岩浆等的重大事件,如传统使用的加里东、海西等阶段。大阶段之间和阶段之间都以代表急剧变革的造山期为界。附表根据中国及亚洲的情况,分出了五个大阶段和七个阶段,也包含了构造、岩浆及生物事件,以及海平面的概略变化等,总的体现了他关于阶段论和事件观的基本观点。

在历史大地构造的空间层面上,王鸿祯对大地构造单元的划分级别及命名体系也有较完整的观点。现代大陆是由陆壳形成的,因而构造分区以陆壳为主,但应强调时间与空间的紧密联系,同时重视陆壳和洋壳。他建立了陆壳超级构造单元构造域和单元之间分界的主要洋壳消失带“地壳对接消减带”。构造域是由大陆地台区及其边缘褶皱区共同组成的一个整体,包含了传统的一级单元地台区和褶皱区,所以可称为超级单元。大陆地台区内部又可按古老基底裸露和盖层发育程度分为地盾和地台,边缘褶皱区又可分为具有古老基底的离散地块和不同时期的褶皱带,褶皱带之间的分界则是次要的洋壳消失带“地壳叠接消减带”。他的大地构造研究包括中国和全球的构造划分、泛大陆及全球古大陆再造的研究等。他将中国置于大华夏构造域,分为中朝、塔里木、扬子等5个大陆地台区及地区,分出冈底斯、松潘碧口等15个离散地块,江山绍兴、南祁连、贺根山、雅鲁藏布等9条不同时期的对接消减带和西昆仑、库地、昌宁孟连等9条不同时期的叠接消减带。他认为古老构造基底是大地构造单元划分的主导因素,并将全球的古老基底划分为劳俄、北亚、大华夏、东冈瓦纳和西冈瓦纳5个构造域,俄罗斯、西伯利亚、北美中大陆、中朝、扬子、澳洲和南美等13个大陆地台区和地区。此外还分出了若干地盾、陆核、地台和地块等,初步形成了全球性的基底构造单元编录体系表。他分出的构造单元都有时间意义,如陆核形成于2.8亿年前、大陆地台形成于1850百万年前、泛大陆形成于250百万年前,地壳消减带也都分别形成于晋宁、祁连、印支等不同的构造期。他常说他的全球构造分区图主要适用于晋宁造山期(850Ma)地台形成之后和印支造山期(210Ma)泛大陆解体之前。他还提出了地球曾发生过间歇性非对称有限膨胀的设想,并与助手李翔等做出了系列显示图件(1996)。

第二节层序地层中曾提出最长的节律周期是泛大陆的重复出现。在地球史中,除研究较详的晚二叠世泛大陆外,元古宙中可能也曾几次出现泛大陆或超大陆。他在上世纪90年代曾将生物古地理作为古地磁的重要补充用于全球古大陆再造,做出了较全面的晚二叠世古大陆再造图,并将以古大陆再造为主的历史大地构造研究成果(16版)在第30届国际地层大会上正式展出。

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