引言

近日，有幸深入学习了由杨兴科教授主讲《地球系统科学》课程第四章内容：“构造地质和大地构造学新航程与新挑战”，课程基于《新时代地球系统科学新挑战与新航程》与《SG&T构造地质学与大地构造学新航程》两份重磅学术报告（图1）。这两份报告，源自美国科学基金会（NSF）大地构造学界和中国地球科学界跟踪-超越研究，历时二十余年的战略研讨，堪称全球地球科学界或者大地构造学科发展的“航海图”。它们系统性地勾勒了地球系统科学背景下，地球科学尤其是构造地质学与大地构造学（SG&T）在新时代所面临的“新挑战”与“新航程”。

图1  SG&T构造地质学与大地构造学新航程

Fig. 1 SG&T: A New Departures (Chapter) in Structural Geology and Tectonics

恰在此时，在我校隆重举办了以我国地球科学家（地质学家）、教育家张伯声先生命名的“张伯声星”仪式和“张伯声奖”颁奖典礼等盛事（图2）。我们有幸参与其中，并学习、体验了“张伯声星”和“张伯声科学精神”的内涵与意义。这不仅是对张伯声先生这位地球科学界泰斗的永恒纪念，更是对其开创的“地壳波浪状镶嵌构造学说”及其所代表的探索精神的时代回响。将这两者结合学习，我仿佛进行了一场跨越时空的学术对话：一边是国际前沿的未来蓝图，一边是中国科学家的智慧结晶。这场对话，让我对地球系统科学的认知从模糊走向清晰，从表层走向深入，心中充满了对学科未来的无限憧憬与深刻思考。

图2 “张伯声星”命名仪式暨第九届“张伯声奖”颁奖现场（摘自长安大学公众号）

Fig. 2 Naming Ceremony for the ‘Zhang Bosheng Star’ and Presentation of the Ninth ‘Zhang Bosheng Award’ (Source: Chang'an University Official Account)

1 SG&T新航程的五大范式转变

1.1 研究理念的超越

传统的板块构造理论成功地解释了大洋板块的刚体运动与俯冲，但在解释大陆地质复杂现象时显得力有不逮。报告明确指出，未来的方向是“超越板块构造”，其核心是深入研究大陆的流变学。

何为流变学？它研究的是岩石在应力作用下的流动与变形规律。大陆岩石圈并非一个刚性整体，而是一个具有“脆性-韧性”转换、应力局部化、流体参与等复杂行为的“千层糕”。报告中的一系列科学问题——如下地壳与地幔的强度谁更大？应变如何在不同圈层中分布？流体如何影响变形？——都直指大陆非“板块”行为的构造物理化学作用的本质。

多圈层视角：“超越”的另一层含义是将构造过程置于地球系统之中。报告专章论述了“构造-气候-地表过程相互作用动力学”和“地球与生命的协同演化”（图3）。这意味着一座高山的隆升，不仅源于深部构造动力，还受到风蚀、水蚀等气候过程的调控，甚至反过来影响全球气候和生物演化路径。这种将岩石圈、水圈、大气圈、生物圈视为一个联动整体的思维，是地球系统科学的核心之一。

图3 构造—气候—地球表层过程相互作用互馈图

Fig. 3 Interactions between Tectonics, Climate and Earth Surface Processes

1.2 研究尺度的贯通

地球过程的时间尺度跨越巨大，从秒级的地震到百万年计的造山运动，二者之间存在着巨大的认知鸿沟，即报告所指的“缺失环节”。

高光谱遥感（图4）、GPS和InSAR等技术（图5）可以捕捉到震间、同震、震后的弹性变形（秒至年尺度），而造山运动留下的则是永久变形（百万年尺度）（图4）。如何将瞬时的地震事件与长期的构造隆升联系起来？报告指出，关键在于研究断裂带从浅部到深部的行为、流体的作用、以及利用地质年代学（如热年代学）来解读岩石记录中的“变形史”。

图4  高光谱遥感技术的应用

Fig. 4 Applications of hyperspectral remote sensing technology

研究手段的集成：填补这一环节，需要地球物理成像、活动断裂填图、显微构造分析、数值模拟等方法的协同作战。例如，通过研究断层岩中的假玄武玻璃（古地震熔融产物）或同震生长的矿物脉，我们可以像侦探一样，从岩石中解读出远古地震的信息，从而连接起不同时间尺度的过程。

1.3 研究目标的拓展

将“满足社会需求与推进构造研究的协同”列为五大重大挑战之一，这是一个标志性的转变。它表明，大地构造学不仅是探索地球奥秘的基础科学，更是保障人类生存与发展的应用科学。

灾害防治：理解断层带行为，可以更好地评估地震风险；研究俯冲带，可以更精准地预测海啸；分析构造-气候-剥蚀反馈，有助于评估滑坡等地质灾害。

资源勘探：断层带的渗透性控制着油气和矿产的运移与富集。报告中提到的加州San Gregorio断层作为烃类通道、澳大利亚St Ives的金矿脉与地震活动的关联，都是构造研究直接服务于资源勘探的生动例证。

环境应对：甚至包括理解“人为地震”（如废水注入诱发地震）、评估二氧化碳地质封存的安全性等新兴环境问题，都离不开对地下构造和流体行为的深刻认知。

1.4 研究方法论的融合

报告反复强调，构造地质学家天生就是“多学科综合研究的倡导者”。早在“地球系统科学”概念流行之前，他们就已经在整合野外地质、岩石力学、地球化学、地质年代学、同位素分析等多种手段。

技术革命的推动：新一代的观测技术（如高精度InSAR、高分辨率地震成像）、实验设备（如高温高压流变仪、EBSD）、计算能力（大规模数值模拟）和数据分析方法（大数据、人工智能），使得这种多学科融合从可能走向了必然。

教育起点的革新：报告提出教育起点应包括“微分几何学”和“完全连续力学”，这预示着未来构造地质学的人才培养将更加注重数理基础和计算思维，以应对复杂系统研究的挑战。

图5  InSAR技术的应用

Fig. 5 Applications of InSAR technology

1.5 研究视野的升维

“以四维视角理解行星演化”被列为五大挑战之首。这里的“第四维”就是时间。

深时（Deep Time）研究：不仅要看清地球现在的三维结构，还要恢复其漫长的演化历史。这依赖于高精度地质年代学、古地磁学、古气候重建等技术的进步。

比较行星学：报告甚至将视野拓展到其他星球，通过对比金星与地球太古代构造的相似性，来反思地球构造演化的独特性与普适性。这种“跳出地球看地球”的视角，为我们理解自身星球的演化提供了更广阔的参照系。

2 深刻感悟与知识增量：在张伯声精神照耀下

2.1张伯声“地壳波浪状镶嵌构造学说”的前瞻性与时代价值

在学习SG&T报告关于“大陆流变学”、“非均一性”、“多尺度变形”的论述时，我脑海中不断浮现张伯声先生的“地壳波浪状镶嵌构造学说”（图6、7）。该学说认为地壳是由不同级别、不同方向的波浪状构造交织镶嵌而成，强调地壳运动的波浪性和构造活动的继承性。

图6  张伯声先生工作照片（据《张伯声传》插照）

Fig. 6 Mr. Zhang Bosheng's Work Photograph

这种强调非均一、网络化、多期次叠加的构造观，与当前国际学界试图超越“刚性板块”模型，探索大陆“流变”与“变形局部化”的努力，在哲学层面上高度契合。张伯声先生早在数十年前，就已洞察到大陆构造的复杂性和系统性，其学说本身就是一种对“板块构造”的超越性思考。

图7  中国波浪状镶嵌构造图（据杨兴科课程PPT插图）

Fig. 7 Wave-like Inlay Structure Diagram of China

过去我对波浪状镶嵌构造学说的理解可能停留在一种区域性的构造模式。如今，在国际前沿的映照下，我认识到它蕴含着普适性的系统科学思想。它告诉我们，研究中国大陆构造，不能简单套用基于大洋的板块模型，而必须关注其自身特有的波浪式演化韵律和镶嵌式结构格局。这为我们建立具有中国特色的地球系统科学理论体系提供了宝贵的哲学指引和理论基石。

2.2中国大地构造的“天然实验室”属性与历史责任

报告多次提及安第斯山、日本海沟、新西兰等作为“天然实验室”。反观中国，我们坐拥世界上最为丰富和典型的大地构造遗迹：青藏高原是研究大陆碰撞与高原隆升的绝佳场所；中央造山带（秦岭-大别）记录了多期次俯冲-碰撞的完整历史；华北克拉通则展示了古老大陆的活化与破坏过程。

我们并非只是国际理论的“消费者”或“验证者”，我们脚下这片土地，就是产生新理论、新知识的沃土。将SG&T的新航程与中国的地质实际相结合，我们完全有能力在“特提斯构造域演化”、“东亚多板块汇聚作用”、“克拉通破坏机理”等方向做出引领世界的原创性贡献。张伯声先生等前辈已经为我们做出了表率，而今的责任落在了我们这代学人肩上。

2.3 “双驱动”研究范式与中国现实的紧迫对接

对于正处于快速发展与自然灾害频发并存阶段的中国而言，好奇心与社会需求双驱动具有极其重要的现实意义。

我们的构造研究，必须更加自觉地将国家在“碳中和”背景下的能源战略（干热岩、油气勘探）、重大工程的防灾减灾（川藏铁路、水电基地）、城市安全（活动断裂带探测）等迫切需求，融入科学问题的设计中。例如，对青藏高原东缘龙门山断裂带的深入研究，既是揭示“地震-造山”缺失环节的前沿科学问题，也是保障成都平原千万人口生命安全的重大民生工程。这种“学以致用，用以促学”的良性循环，应成为中国地球系统科学发展的鲜明特色。

2.4跨学科人才与科学传播的短板亟待弥补

课件中对“教育起点”和“多学科倡导者”的论述，以及张伯声先生本人百科全书式的学识，都指向同一个关键：人才。

当前的地质学教育，是否跟上了从“描述性”向“定量化”、“机理化” 转变的步伐？作为青年学生，是否具备了足够的数学、物理、编程和数据分析能力，以应对地球系统科学的复杂性？同时，我们的科学家是否善于将深奥的构造知识，转化为社会公众能掌握的防灾知识？张伯声奖学术金秋论坛这类活动，正是弥合学界与社会鸿沟的宝贵桥梁。我们需要更多这样的努力，让地球科学从象牙塔走向社会，真正服务于人民的福祉。

3 总结与展望：继承中创新，融合中超越

通过对新挑战、新航程的系统学习，并在“张伯声星”光辉的启迪下，我进行了一次深刻的知识梳理与思想洗礼。我认识到，地球系统科学正在经历一场深刻的范式革命，其核心是从孤立的、静态的、单一圈层的研究，转向系统的、动态的、多圈层耦合的研究。大地构造学作为这门学科的核心引擎，正驶向理解大陆流变学、贯通时空尺度、服务人类社会、融合多学科技术、探索四维演化的新航程。

张伯声先生和他的“地壳波浪状镶嵌构造学说”，如同黑夜中先行升起的一颗明星，以其卓越的智慧，为我们指明了中国学者在这一新航程中应有的姿态：不盲从权威，立足于本土科研实际，勇于提出自己的理论构想，并以服务国家与人民为己任。

展望未来，我们应深入挖掘和继承以张伯声先生为代表的老一辈地质学家的学术思想精华，用新的观测数据和理论工具去检验、发展乃至扬弃其中的观点，使其在现代地球系统科学中焕发新的生机。大力发展“空-天-地-井-深”一体化的观测系统，获取更高精度、更高分辨率的地球科学数据。同时，加强地球系统科学指导下的数值模拟器的研发应用，将多学科数据融入模型，实现从描述发生了什么到预测将发生什么的新跨越。打破学科壁垒，推动地球科学，尤其是地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学、遥感遥测学、图像识别技术，甚至生命科学、信息数据科学等领域人才的深度融合，建立实质性的跨学科合作团队与平台。坚守探索自然奥秘的科学精神，同时肩负起科学传播的社会责任，让地球科学知识成为社会应对挑战、实现可持续发展的有力武器。

“张伯声星”已在宇宙星辰中永恒运行，它凝视着这颗不断演化的蓝色星球。我们作为生活在这颗星球上的后来者，唯有以张伯声先生的精神为灯塔，以国际前沿为海图，以脚下的大地为航船，方能在这波澜壮阔的地球系统科学新航程中，乘风破浪，驶向那未知而又充满希望的远方。

（审核：杨兴科）