如何成為一名優秀的地質學家？這些思維不可少！

將今論古是地質學的基本方法嗎

前言

地質學的研究物件是地質歷史上留下的極不完整的記錄中的極少一部分，有許多結論要靠邏輯推理而得出，其基本推理原則是“將今論古”。帶來的問題就好比要研究長江的起源地及流域的各種特徵，但只能在崇明島觀察、取樣，研究水中漂來的一個只在高原生長的樹幹，推測長江源自高原；根據水中漂來的布衣族特有頭飾，推測長江流域有布衣族人居住。

在推理過程中，不可避免地會出現一些邏輯推理錯誤。筆者據幾年編輯經驗和二十多年地質學實踐，分析歸納了地質學中常見邏輯問題與錯誤，並提出見解以供同行參考。

定義不清——各唱各調

閱讀一些地質學論文可以發現，有些爭論是無意義的，其根源在於定義不清。如：

（1） 20世紀80年代關於第四紀底界的爭論，實際上是不同的作者依據不同的第四紀底界定義，有人以冰期為標準，有人以古地磁為標準，有人以真人的出現為標準，還有人以2500ka為界線。顯然，這樣的爭論是不可能達成共識的，因為這些事件事實上不可能完全同時發生。

（2）關於中國陸相侏羅系—白堊系界線的確定也是出於同樣原因。世界上，侏羅系—白堊系界線是定義於海相地層的連續剖面上，其準確的同位素年齡值並未確認（季強，2002）。而中國北方的陸相侏羅系—白堊系從古生物上無法與其直接對比，只能經由海陸互動相的其他地層間接對比。這樣依據不同的生物門類就得出了不同的結果。：對著名的產有大量鳥類化石的義縣組，有人劃歸上侏羅統，有人劃歸下白堊統，有人認為侏羅系—白堊系界線在義縣組內部（王五力等， 2005）。

（3）目前，國際地層學界為了解決諸如上述問題，在世界範圍內尋找合適的剖面，在這些剖面上作出明確的定義：釘上一顆“金釘子”。這雖然可以解決上述定義不清問題———有了明確的定義，但是，其他剖面與該剖面的對比仍可能存在問題，如陸相地層與海相地層的對比：即仍不能解決中國陸相侏羅系—白堊系界線問題。

不完全歸納——盲人摸象

由於地質學研究物件的侷限性，在具備一定的研究積累後，就應有一定的歸納和總結。但是有些研究者僅依據較少的資料就得出結論，出現不完全歸納的錯誤。

如，在秦嶺地區測定了3個金礦床的成礦年齡分別為210，150和120Ma，就得出，“秦嶺地區金礦床的成礦作用發生在210～120Ma之間”的結論，顯然出現了年齡值正確，但結論卻不一定正確的邏輯問題。因為，文章尚未論證210 Ma和120 Ma 能代表秦嶺地區最老的和最新的兩個礦床， 3個年齡資料也不能證明在200～160 Ma，或140～130 Ma間有成礦作用發生。

再如，多數人認為第四紀期以來，全球海平面是上升的，因為在許多海岸均可見到海侵的證據。但是，他們忽略了在許多海岸同樣存在著海退（海岸上升的證據），如在大連海濱，現在可見海蝕洞（金石灘景區的“相親石”、“恐龍吞海”等），在中國東南沿海可見貝殼堤等（畢福志和袁又申， 1997）。若將下降海岸說成是由於全球海平面上升所致，而將上升海岸歸結為區域性構造運動，那將會出現另一個邏輯錯誤：標準不一。

不當歸納——眉毛鬍子一把抓

在已有的地質研究成果中，難免有不正確的結論夾雜其中，在進行歸納時，必須去粗取精，去偽存真，才能得出正確的結論。但是有些研究者，在作歸納總結時不分青紅皂白，不研究他人資料、成果的真偽，簡單地將他人的資料堆砌在一起，“眉毛鬍子一把抓”，簡單地將前人研究看成是盲人摸象，自己“聰明地”得出似是而非的結論。

如在礦床學研究中，許多著名礦床均會有許多研究者先後研究，獲得多組同位素成礦年齡、得出多種礦床成因的認識。最後就會有人“聰明”地歸納得出該礦床成礦作用是多期、多階段的，礦床是多成因的。如世界著名的白雲鄂博礦床，先後得出過中元古代、新元古代、早古生代和晚古生代的成礦年齡，獲得特種高溫氣液交代成因、碳酸岩漿成因、與海底火山噴溢有關等（劉淑春等， 1999 ）及微晶丘（章雨旭等， 1998a， b；楊曉勇等， 2000；章雨旭等，2005）、熱水沉積（高計元等， 1999；章雨旭等， 2005）多種不同的成因認識。著名地質學家塗光熾（1989）在講述“確實有另一類礦床成因很複雜，具有多源、多階段、多種成礦作用和多種含礦溶液的所謂多成因特點”時，就曾以廣西大廠礦床為典型例項，並提及內蒙古白雲鄂博礦床。

但事實上，仔細研究不同作者的文章可以發現，有些認識是互斥的，如：中元古代同位素成礦年齡與礦體圍巖為寒武紀—奧陶紀；賦礦白雲岩為正常沉積岩與岩漿岩；礦床成因為高溫氣液交代與岩漿成礦；這兩兩之間是不可能同時正確的。塗光熾（1998）也承認“沉積噴流成礦可以較合理地解釋圍繞白雲鄂博礦床成礦之諸種矛盾”。

不當對比——爺爺同庚

在地質學研究中，對比是十分重要的手段之一，但是，有時不恰當的對比，會得出錯誤的結論。比如，張三的爺爺、李四的父親、王五本人及趙六的兒子同庚或年齡相近是毫不奇怪的。但在地質學對比中，經常認為只有張三的爺爺、李四的爺爺、王五的爺爺和趙六的爺爺才可能同庚或年齡相近。即只抓住了“爺爺”這一特點，卻不論張三、李四、王五與趙六是否同齡。

（1）在地層學研究中，不同剖面地層介面等時的標誌一直是含有相同的生物組合，這來源於生物演化隨時間的不可逆性。這在大多數情況下，特別是較大的尺度上是正確的。但是，由於生物的分佈受環境的控制，因而在某些特殊的情況下，在較小的尺度上，具有相同生物組合的地層卻可以是不等時的！如華北地臺的寒武系，各地自饅頭組至長山組，巖性由紫紅色頁岩- 白雲岩、鮞粒灰巖變為竹葉狀灰巖，環境由薩布哈、鮞灘變為廣海，相同環境的生物組合相近，對比的結果是各地的紫紅色頁岩- 白雲岩、鮞粒灰巖和竹葉狀灰巖分別等時，得出的古地理解釋是早寒武世處處薩布哈，中寒武世處處鮞灘，至晚寒武世則一片廣海。這顯然是難以置信的。這裡生物受環境的控制明顯，且生物的演化可能較緩慢，相同的環境（相同的巖性）中含有相同的生物，但卻不是嚴格等時的①② （章雨旭， 2001； Zhang Yuxu and Lü Hongbo，1996）。假定有不同地點的A， B，C三個剖面，分別為紫紅色頁岩- 白雲岩A、鮞粒灰巖A、竹葉狀灰巖A，紫紅色頁岩- 白雲岩B、鮞粒灰巖B、竹葉狀灰巖B，紫紅色頁岩- 白雲岩C、鮞粒灰巖C、竹葉狀灰巖C；那麼，按從老到新順序，各剖（①章雨旭。 1992。試論華北地臺寒武系地層的穿時性。第三屆全國沉積學及巖相古地理會議，四川成都；②章雨旭。 2001。華北板場面寒武紀古地理質疑。第三屆海峽兩岸三地及世界華人地質科學研討會（論文摘要），香港。 442～447。）面的紫紅色頁岩- 白雲岩就相當於爺爺，竹葉狀灰巖好比是孫子，有什麼理由認定這三家的爺爺同庚、孫子同齡呢？在無生物的地層中，人們往往將相同的巖性看作是等時的，這更不可信。

（2）在礦床學研究中，人們常依礦物組合形成的先後關係，將成礦作用分為多個成礦階段。如在大多數接觸交代礦床中，均可分為夕卡巖階段、氧化物階段、硫化物階段和碳酸鹽階段。這裡人們是把產於礦床中不同部位的夕卡巖組合、氧化物組合、硫化物組合和碳酸鹽組合均看作是同時形成的了。事實上，這是不可能的，這幾種礦物組合的形成主要取決於溫度條件，它們是一個由高溫到低溫的順序序列（與爺孫關係相當）。在絕大多數情況下，在同一礦床的給定部位，溫度均是由高向低漸變的，均將依次形成夕卡巖礦物、氧化物、硫化物和碳酸鹽。但是，在同一礦床範圍內，不同部位的溫度顯然不可能總是相同的。不難相象，當岩漿岩侵入於碳酸鹽巖中之後，自接觸帶向外將會形成一個高溫區，且越近接觸帶溫度越高，在距接觸帶一定的距離內均將形成夕卡巖組合（更遠的範圍最高形成氧化物、硫化物和碳酸鹽）；但隨著時間的推移，溫度將會逐漸降低，離接觸帶較遠的地方，夕卡巖組合將首先被氧化物組合交代，繼而被硫化物組合交代，最後被碳酸鹽組合交代。這種交代將會由外向內逐漸遷移，且在近接觸帶為氧化物交代時，遠接觸帶將是碳酸鹽交代。所以，同一礦床中的不同部位，氧化物、硫化物和碳酸鹽組合並不是同時形成的，因而也不存在這種所謂的“成礦階段”。

在其他熱液礦床中，同樣可見氧化物被硫化物交代、再被碳酸鹽交代，這同樣由於溫度的分帶（如垂向上的分帶）和溫度的最終的逐步降低而形成的。那種認為，“早”階段成礦熱液形成夕卡巖、“晚”階段成礦熱液形成硫化物和碳酸鹽的想法是經不起推敲的（章雨旭， 1999）。

推不出

這是一類出現最多的錯誤。地質學研究物件的各種性質是由多種地質作用所形成的結果。極易忽略一種或多種地質作用而僅抓住一種或幾種主要作用，有時甚至忽視了主要作用。如：

(1)以水深變化代表海平面變化。

在層序地層學研究中，必須研究剖面上的海平面變化，但是，應當明白，無論是全球海平面變化還是相對海平面變化均不能用水深的變化來代表（章雨旭等， 1996）。事實上，鑑別古水深的標誌尚缺乏絕對可靠的標準，再以水深作標準進而推測海平面變化，其可信度就更低了。

(2)以成礦流體來源代表成礦物質來源。

在礦床學研究中，成礦物質來源探討是一個重要課題。然而，許多成礦元素是無法直接示蹤的，而礦床學家們往往研究成礦流體的C， H，O， S， He等同位素，探討成礦流體的來源，進而推定成礦元素有相同的來源。很明顯，成礦元素與成礦流體並不一定是同一來源。假定同位素特徵表明，成礦流體來源於上地幔，那麼在成礦流體向地表運移的過程中，既可以從周圍獲取成礦元素，也可以丟失其中的成礦元素。

(3)以現有礦床量代表歷史上成礦作用的頻度和強度。

近幾年，有些研究者提出中國東部燕山期“成礦作用大爆發”的命題，其依據是中國東部燕山期形成的礦床的數量和儲量較其他各地質時期的要大得多。但是，仔細推敲可見，這一依據是推不出“大爆發”這一命題的。理由是，之所以我們現今在中國東部探得的礦床以燕山期最多，是可能有多種原因的，其中有兩個原因不應被忽視，一是，印支期以前所形成的礦床可能有許多已被剝蝕破壞了；二是，喜馬拉雅期形成的礦床可能至今仍深埋地下。

(4)以現有露頭分佈恢復古地理。

研讀《中國古地理圖集》（王鴻禎等， 1985）可以發現，中國境內有多處長期古陸，如華夏古陸、雪峰古陸、內蒙地軸、康滇地軸等，其依據當然是這些地區現今缺失了多個歷史時期的沉積記錄。但是很顯然，現今缺失並不能表明歷史上就沒有沉積過，它很有可能是在後來的某一個或多個地質歷史時期被剝蝕掉了。仔細的沉積學研究可以發現，在這些所謂古陸的周圍並不總是濱海相沉積。

(5)以不整合面上、下地層恢復沉積史。

與上一問題類似，人們常以不整合面代表該區的暴露歷史。如，在華北地臺，中石炭統假整合於中奧陶統或下奧陶統之上，不整合面以下的最新地層為峰峰組，故一般均說，自峰峰期後，華北地臺隆起為陸，至中石炭世海侵。事實上，“華北地臺自峰峰期後隆起成陸”這一命題是推不出的。因為，我們無法排除曾經有過中奧陶統—下石炭統的沉積層後來被剝蝕了。

另外，隆起成陸還不是沉積間斷的唯一原因。據研究，世界上許多地區震旦紀的沉積間斷可能是大冰期引起的。在北京一帶新元古界井兒峪組與寒武系底部間的假整合，間斷時間達200 Ma，但是，假整合面上風化產物極少，似乎支援冰期無沉積的推斷。

(6)包裹體研究成礦流體性質和來源。

在礦床學研究中，人們常透過脈石礦物石英、方解石、螢石等礦物中的氣液包裹體研究來探討成礦流體的性質、來源及成礦的溫度、壓力、pH、Eh 等條件。但是，常常有人忽略這樣一個事實，這些脈石礦物中的包裹體是在脈石礦物結晶時捕獲的成礦流體，而脈石礦物的結晶溫度是可高可低的，所以這些包裹體絕不是原始的成礦流體，因而其各種性質只能是其寄主礦物形成時成礦流體的性質。可以發現，許多包裹體研究均表明，成礦流體是富含C l

和CO

的，而很少結論是成礦流體富含F

， S

， HS

，其原因難道不是所測包裹體的寄主礦物結晶時F

， S

，HS

已經進入礦物，而只有Cl

和CO

仍在流體中？

(7)地球化學示蹤——鹹鴨蛋是鹹鴨子生的。

在岩石學和礦床學研究中，人們常依據岩石（或礦體）中的微量元素組成特徵或同位素組成特徵與岩漿可能源區（或成礦元素可能源巖）的相似性推斷岩漿（或成礦元素）來源於該岩漿源區（或該成礦源巖）。這也是犯了推不出的邏輯錯誤，這二者可能是母子關係，但也完全可能是兄弟關係，甚至根本就毫無關係。就好比鹹鴨蛋並不是鹹鴨子生的，但它們的“地球化學特徵”卻是十分相似的。

(8)將沉積地層的韻律構造與天文變化相聯絡。

在層序地層學研究中，許多學者將副層序的形成歸咎於米蘭科維奇旋迴導致的氣候週期性冷暖變化，進而引起的全球海平面變化，將更大級別的旋迴亦歸因於天文變化引起的全球海平面升降。但是，據估算，冰蓋消融導致的海平面上升並不能形成副層序的（章雨旭等， 1997），全球海平面變化更不能達到1000 m以上，形成諸如寒武紀—奧陶紀1200m以上的沉積（華北地區寒武紀—奧陶紀是一次連續沉積），而且，世界不同地塊各時期的沉積作用並不總是同步進行的，如，揚子地塊泥盆紀沉積巨厚，而華北地塊尚無泥盆紀沉積的記錄。即使同一地塊內部同一時期的沉積厚度也相差極大。很顯然，構造沉降才是控制沉積作用的主要因素。

(9)全球氣候變暖與全球海平面升高。

目前較公認的結論是由於氣候變暖故全球海平面必然升高。但仔細推敲，卻有不一定的因素。認為氣候變暖必然導致全球海平面升高的理由是，氣候變暖必然導致冰川融化，大量固體水進入海洋，從而海平面必然升高。但是，有其他因素可能抵消這一作用：一是，氣候變暖可導致全球蒸發量的加大，從而全球降水加大，這可以導致冰蓋區雪被厚度加大，故儘管雪線上升或向極地退縮，面積縮小，但固體水的總體積是否減少卻需另行測算。再者即使海水總量加大了，海盆也不一定是一個完全剛性容器，如果地球膨脹說正確的話，那麼海盆的體積也可增大，這樣全球海平面還是升不起來。當然筆者這裡並不是要否定人類應當採取措施，避免全球變暖。

因果倒置——太陽怕冷?

因果倒置有兩種，一種是敘述上的因果倒置，一種是認識上的因果倒置。在地質學研究中，一般是從地質作用的結果推導產生這些結果的原因。但是常見有些作者敘述時將推測的原因當成了事實，而將見到的事實反而當作了所推測原因的結果。如以下幾個表述似有不妥：

（1）“中奧陶紀之後，華北地臺抬升成陸，直到中石炭世才又海浸，所以，在華北地臺缺失上奧陶統至下石炭統地層”；

（2）“由於大洋板塊向大陸板塊的俯衝下插，形成了畢鳥夫帶”；

（3）“寒武紀長山期為最大海泛期，因而形成了長時間的水下沉積間斷”；

（4）“燕山期中國東部成礦作用大爆發，形成了大量的燕山期礦床”。

還有一種認識上的因果倒置。如在有些層控礦床論者的認識中，認為礦體所賦存的地層中成礦元素含量的增高是地層向礦體提供成礦元素的證據，認為這種地層是“礦源層”，他們忽略了一個更大的可能：在成礦時，成礦熱液將成礦元素帶入了賦礦地層，在富集強烈處形成了礦體，而在富集較弱處則形成了這種擴散暈。

用這樣的方法似乎可以證明“太陽怕冷”記錄。北京或南京、武漢等地一年中每天的氣溫及太陽位置，不難發現，“隨著氣溫的降低，太陽逐漸向氣溫較高的南方移去”，“隨著氣溫的升高，太陽又逐漸回到北方”，這表明，“太陽怕冷喜熱”。

迴圈定義或迴圈論證

如果將“熱河生物群”定義為：產於熱河系中的生物，又將“熱河系”定義：產有熱河生物群的地層，這就是迴圈定義，但人們不會從中明白熱河生物群或熱河系。因此季強（2002）傾向於將與狼鰭魚、北票鱘或三尾擬蜉蝣共生在一起的化石群稱為熱河生物群。如前所述，用生物地層標定岩石地層穿時應當是可行的，如華南泥盆系；而在華北寒武系用生物化石論證岩石地層不穿時就不正確了，因為它們是一起穿時的，如此的論證將構成迴圈論證（章雨旭，2001）。

在生物地層學中還常見類似的事例：在原認定的泥盆系地層中新發現了以前僅見於石炭系的生物化石，這時有兩種選擇，一是將原泥盆系地層劃歸石炭系，二是提出該生物的最早出現時間應為泥盆紀。可以看出，這兩種選擇在不考慮已有研究基礎時均是正確的；但另一方面，已有研究基礎卻是落後的，因為它沒有考慮咱們的新發現。事實上，無論哪種選擇均無確鑿理由，僅是迴圈論證———用一種或多種生物的時代標定另外一種或多種生物的時代。有時是生物化石與同位素年齡值的迴圈論證，如朱士興等（1999）在長城系常州溝組中發現了以前僅見於新元古界的宏觀藻類化石，他們將宏觀藻類化石的出現時間提前了1000Ma，而不是象多數人那樣，否定常州溝組的已有年齡值。筆者認為，對類似的“新發現”，發現者應首先懷疑其為偽發現！發現者必須找出否定原有研究基礎之一的其他證據。

大前提不真——人云亦云

有些學者樂於追蹤“國際前沿”，將國內地質體與國外已有研究結論的地質體對比，找出兩地質體的相同之處，進而得出該國內地質體的成因與國外相似地質體成因相同。但是他們一不考慮兩地質體的環境差異，更不考察國外形成的已有的成因認識是否真正成立。

在過去十餘年的層序地層學研究中，往往有人對自己研究的剖面進行全球海平面“建設”，然後又與他人已建立的“全球海平面變化曲線”對比，進而證明自己的研究是正確的。然而，“全球海平面”變化必須以地心為座標原點，沉積基底的構造升降並無合適方法標定和扣除，故“全球海平面”變化曲線的建立必定有假設，而假設並非一定正確，故尚無令人滿意的建立方法（章雨旭等， 1996）。所以，無論是作者“建設”的“全球海平面變化曲線”還是他人已經建立的“全球海平面變化曲線”都含有太多的假定成分，根本不可能具有可比性！今天海平面在世界上不同的地方的升降均是相對升降，其參照物均是當地的海岸，而不是地心，各地也都有明顯的差異，如何確定現今全球海平面變化尚是難題；討論古全球海平面的升降，談何容易？

還有些學者迷信權威人物的研究成果，將權威人物的研究結論甚至權威人物在一般會議上的講話當作金科玉律來信奉，並作為論證的依據在科學論文中引用。