李扬鉴:从劳改囚徒到大陆层控构造学说的创立者
1955 年，笔者从东北工学院(今东北大学) 毕业后，被分配到冶金部一○四地质队到承德大庙铁矿从事坑探工作。笔者喜欢理论思维，觉得工程技术工作太琐碎，便向队部申请改行从事地质工作，未获批准，只好作罢。
笔者在枫林煤系黄铁矿井下劳动改造期间，为了精神转移，也为了寻找未来渺茫的出路而积累点儿知识，经过一番深入思考之后，1959 年春天，便开始利用每月仅有的两个半天的休息时间，阅读自己随身带来的《找矿勘探理论和方法》 一书，在艰苦的环境中，继续寻找希望。
《找矿勘探理论和方法》 是一本苏联专家于20 世纪50 年代前期，在中国举办地质人员培训班使用讲稿的汇编。厚厚一大本，书中汇集了多位苏联专家的讲稿，内容广泛，涉及矿床、构造、找矿和勘探等诸多领域。笔者在学习采矿专业期间，虽然也学习了一些地质知识，但所学有限，不知道要补充些什么，只是想充实一下自己，为日后可能参与的工作打下基础。于是便不加选择地从头开始，逐页逐章地往下看，并在之后进行了如下研究。
笔者读到书中帕夫林诺夫教授的“地壳构造的基本原理” 一章。该章运用应变椭球体概念，来解释纵弯褶曲中不同部位产生不同性质断裂的原因。了解这些断裂系统分布规律的成因，对指导找矿和解决工程地质等问题具有重要意义，这是构造地质学研究的主要内容之一。
应变椭球体概念，是当时国内外构造地质学教科书普遍引用的观点，可是那时笔者却误认为这是帕夫林诺夫自己想出来的观点，所以觉得这位教授的力学基础太差，用这种比拟性的定性描述来解释纵弯褶曲构造应力场是没有多少意义的。因为在最成功的场合下，它也只能孤立地描述纵弯褶曲中某一部位的三向应力轴方向。至于该部位的应力性质、应力强度却无法予以解释，更谈不上从定量角度对整个纵弯褶曲构造应力场作出全面系统的说明。例如，该应力场有几种应力? 它们是如何产生的? 每种应力在空间上的分布和时间上的演化又如何? 当年采矿专业学了材料力学，而地质专业一般只学了理论力学，所以面对着这些材料力学问题，他们便束手无策了。那时笔者认为，如果引入材料力学纵弯杆(压杆) 概念来研究纵弯褶曲构造应力场，则这些问题便可以用几个公式作出全面的、系统的定量解释。沿着这个思路走下去，这个与国计民生关系密切的构造地质问题便可望获得重大突破。想到这里，笔者兴奋不已，如同茫茫大海中一叶迷航的小舟，陡然发现远方出现一座引航的灯塔。
当年笔者这个劳改队的年轻囚徒，连自然界的纵弯褶曲是什么样还未亲眼见过，竟然仅仅凭着自己比一般地质工作者多掌握的一点力学知识，就贸然想向苏联知名专家的重要学术观点发起挑战。真是蚍蜉撼大树，不自量力。可是对科学的痴迷和执着，使笔者这个心比天高，命比纸薄的狂徒，无视自己政治上的险恶处境和自己专业上的先天不足，像扑火的飞蛾，义无反顾地勇往直前。
对于一个崇尚精神生活的知识分子来说，即使在这样饥肠辘辘的情况下，得到精神寄托也还是比得到饭食更为重要。虽然一个月只有两个半天时间可以从事研究工作，而且只能在心里想，不敢见诸文字，生怕由此惹来政治上的麻烦。因为那时反对苏联专家的意见，就是现行反革命。然而这一丝丝的学术研究，还是使笔者绝望的心灵得到了无比的慰藉。因为学术天地是一块与周围丑恶环境截然不同的圣洁的净土，是个温馨美好的精神家园。在这里没有令人窒息的压迫和屈辱，有的只是在真理面前人人平等的民主权利和创造性劳动的尊严。有了这个精神家园，整个世界在笔者面前便完全变了样: 这里好像不再是每时每刻令人痛苦和绝望的劳改队，而是一座充满欢乐和幻想的科学殿堂；自己好像也不再是那个正在劳改队服苦役的囚徒，而是一位献身于崇高科学事业的学者。这时笔者经常沉醉于创造性思维的乐趣中，一种使人超脱、淡泊于苦难的精神力量悠然而至。
1959 年6 月，在笔者被捕一周年之际，由于矿区生产需要，以及笔者劳动表现良好，矿部把笔者调出矿井，到其下属的技术组负责全矿区的地质、采矿和测量等科技工作，给了笔者一个在生产中施展才华和从事地质构造研究的难得机会。该矿1. 5 ~3. 0m 厚的软弱煤系物质夹在刚硬的顶底板中厚层石灰岩之间，各种构造现象异常发育；采矿工程从三维空间对煤系进行广泛揭露，观测条件又得天独厚，所以该矿区是研究小型构造的优越场所。
▋1. 创立了纵弯褶曲构造应力场及其断裂系统分布新模式
经过了30 年的艰苦努力，笔者的研究成果终于以“论纵弯褶曲构造应力场及其断裂系统的分布” 为题，先后以中文版和英文版分别发表于《地质力学文集》 1988 年第7 集和国际权威刊物——美国的《地球物理学研究》 1991 年第96 卷第13 期。该文这些公式，从定量角度综合了纵弯褶曲全部五种应力的分布和演化，并发现了横向剪应力，创立了扇型逆冲断层新概念，达到了预期的目的。其中，将纵向张应力和纵向剪应力强度的理论分布图与枫林矿区上千米横穿纵弯褶曲的坑道煤系编录图，进行数理统计后，绘制成纵向张性正断层强度和矿层厚度曲线图进行对比，这些曲线图和公式竟然耦合得天衣无缝，仿佛这些曲线图，是臆想出来迎合自己的公式似的，令笔者感到大自然竟然这么井然有序，和谐无比，美不胜收。所以，中文版评审专家赞赏该文观点超越国内固体力学权威王仁院士；英文版发表后，也惊动了美国学术界，他们随即主动来函，邀请和资助笔者加入美国地球物理学会。1989 年笔者运用该文纵弯褶曲层间剪切运动强度分布规律的新认识，提出辽东－吉南地区沉积变质硼矿床受纵弯褶曲倒转翼陡翼控制的新观点，否定了该地区硼矿床沿花岗岩底辟侧翼分布的权威认识，在该认识认定无矿的所谓花岗岩底辟地区，找到了一个隐伏的富矿，打开了辽东－吉南地区硼矿找矿的新局面，1996 年获化工部科技进步奖一等奖。
▲纵弯褶曲中5 种断裂系统的分布
▋2. 创立了压剪性正断层新概念
在枫林矿区期间，笔者发现纵弯褶曲翼部产生一系列平面Ｘ 型断裂，其锐夹角平分线与褶曲轴垂直，锐夹角一盘朝褶曲轴方向走滑，是垂直于褶曲轴的水平挤压力(顺层挤压力) 作用的产物。可奇怪的是，这些平面Ｘ 型断裂，在煤系层面法线方向上也呈Ｘ 型产出，成为走滑正断层。显然这些走滑正断层是水平(顺层) 挤压力与顶板(垂直顶板) 重力共同作用的产物。断层面平整，呈封闭状，为压剪性。根据现场实际观察，这些走滑正断层的垂直断距与水平断距大体相当，尽管它们的边界条件有所不同。
20 世纪80 年代，笔者来到原化学工业部化学矿产地质研究院，接触到国内外地应力绝对值测量资料，知道世界各地的地壳中，普遍存在着水平压应力，水平张应力极为罕见。在地壳600 ~1000m 以浅，一般水平压应力大于重力导生的垂向压应力；在地壳600 ~1000m 以深，一般重力导生的垂向压应力，大于水平压应力。这种应力分布状态，与枫林矿区见到的相似，而且根据井下的实际观察，岩石在地应力长期作用下呈弹塑性，而与短时间强度实验的脆性性质不同。于是笔者引用基于韧性破坏的能量强度理论，创立了压剪性正断层新概念，从而修正了基于脆性破坏的莫尔－库仑强度理论，把一切正断层都视为拉张力产物的片面性。该文获得了马杏垣院士的高度评价，他称赞说，压剪性正断层新概念的创立，将要解决构造地质学重大问题，并推荐给《构造地质论丛》，于1985 年第4 期发表。多年来，笔者发现压剪性正断层分布广泛，并控制含油气盆地和地震活动，对区域地质研究、油气资源勘探和地震预测具有重要意义。
▋3. 创立了盆－山系成因机制新模式
在矿井里，笔者看到顶板正断层上盘刚硬的中厚层石灰岩呈悬臂梁下降，并把下伏软弱的煤系物质压向重力作用较弱的下盘，促使该盘顶板刚硬的中厚层石灰岩上拱，但并没有当回事，认为这是再自然不过的现象: 断层面是自由面，上盘在重力作用下，越趋近断层面稳定性越差，沉降幅度必然越大，还没有想到材料力学的悬臂梁概念。后来到了原化学工业部化学矿产地质研究院，看到了一些受上地壳正断层控制的盆－山系剖面，才幡然大悟: 这不就是枫林矿井里的顶板正断层吗! 于是为了研究与油气资源关系密切的盆－山系的成因机制及其演化，才想起材料力学的悬臂梁来。这里的悬臂梁，也与枫林矿区的顶板正断层一样，都有下伏软弱层(枫林矿区为煤系，盆－山系为中地壳塑性层)，故称它们为弹性基础悬臂梁。笔者在本书的《论秦岭造山带及其立交桥式构造的动力学与流变学》 一文中，还把盆－山系概念引申到地槽领域，使地槽成因机制也得到了确切的解释。
▲盆－山系及其深部构造成因机制剖面示意图
M. 莫霍面；Ａ. 软流层顶面
▋4. 创立了俯冲型冲叠造山带新模式
在枫林矿区期间，笔者还多次看到一种“不起眼” 的构造现象: 顶板正断层上盘，该盘底层有一层数十厘米厚的石灰岩；该层石灰岩与上覆石灰岩之间，夹着一层3 ~4cm 厚的碳质页岩，使上下层之间可以顺层滑动；当该层石灰岩完全断入煤系时，一旦受到侧压力作用，该层石灰岩便顺层俯冲入该顶板正断层下盘软弱的煤系中1 ~3m。
这种构造现象，当时只被笔者作为该正断层受到过水平挤压力作用的佐证，没有联想其他方面。20 世纪90 年代中期，笔者正在研究作为中国地质界研究重心的秦岭印支造山带的成因机制时，看到大家都认为那里是板块俯冲碰撞造山带。但笔者却认为，印支期地球还未产生板块构造，不知道该造山带是如何形成的。忽然间笔者想起枫林矿区那些顶板正断层上盘底层石灰岩向该断层下盘煤系俯冲的构造现象来，于是重新打开横切东秦岭的QB-1 二维速度结构剖面图，进行仔细研究。发现前人由于缺乏顺层俯冲概念，把南秦岭断陷盆地的上地壳底层刚硬的结晶基底俯冲岩板，其顶面的地震波速层分界线，当成中地壳塑性层的顶面，从而把结晶基底俯冲岩板划入中地壳塑性层，抹杀了它的顺层俯冲作用。如果把该分界线改正了，则该剖面便与枫林矿区一些顶板正断层上盘底层的顺层俯冲现象完全一致。从改正后的剖面图和有关的地质资料得知:
位于北半球的南秦岭断陷盆地刚硬的结晶基底，在中三叠世与晚三叠世之间和晚三叠世与早侏罗世之间的印支运动期间，地球先后受到两次陨星的逆向撞击作用，使其自转速度急剧变慢，派生了强烈的自南而北的经向惯性力，而向北秦岭断隆山中地壳塑性层俯冲。从商丹断裂俯冲到栾川断裂一带，俯冲距离在50ｋm左右。在俯冲过程中，南秦岭结晶基底俯冲岩板上覆盖层被刮削了下来，形成向南褶皱倒转和仰冲的冲褶带，而北秦岭则成为具有双层结晶基底的冲叠带，两者组成了俯冲型冲叠造山带。这是一种崭新的造山类型。
▲俯冲型冲叠造山带形变特征剖面示意图
1. 盆地中充填物；2. 盆地基底(盖层)；3. 上地壳结晶基底；4. 中地壳塑性层；5. 下地壳；6. 交代型花岗岩；7. 重熔型花岗岩；8. 逆冲断层；9. 俯冲方向；10. 主动力作用方向
▋5. 创立了弧后盆地成因机制新模式
运用岩石圈弹性基础悬臂梁固定端的受力状态，来研究弧后盆地的成因机制，创立了弧后盆地成因机制新模式，解决了这个国际性的构造难题。
▲弧后盆地成因机制新模式
上覆板块的受力状态、弯矩M 和剪切力Q 分布及变形情况的图解
▋6. 创立了大陆层控构造学说
枫林矿区绝大部分矿井，分布于印支期东西向复背斜倒转翼，煤系底部的黄铁矿层与顶板直接接触。矿体有结核状和星散状两种类型。前者分布广泛，赋存于软弱的页岩中；后者仅局部见及，赋存于比较坚硬的泥岩中。有一条顺煤系走向掘进的长达276m 的平巷，其中星散状矿体长184m，竟然没有一条顶板正断层；一进入结核状矿体(长92m)，顶板正断层便立即出现，而且平均每10m 一条。后来笔者又对全矿区的顶板正断层进行全面的统计，发现该矿区97. 7％ 的顶板正断层被这1. 5 ~3. 0m 厚的煤系所阻止，无力切入底板。在这活生生的事实面前，笔者萌生了层控构造概念: 下伏软弱层是上覆刚硬层的应变空间和能量释放的场所。
20 世纪80 年代，苏联在科拉半岛打了个超深钻孔，寻找上下地壳之间的康腊面。结果康腊面没有找到，却意外地发现了中地壳塑性层。钻孔打入该层，不敢提钻，一提钻钻孔便封闭了。后来发现，该层在各大陆分布广泛，是上地壳正断层及其盆－山系和俯冲型冲叠造山带的下伏应变空间。
在枫林矿区地质构造研究的坚实基础上，逐渐发展起来的这些新认识，到了20 世纪90 年代，笔者吸收了有关学科的新成就，创立了多元动力成因观、多层次构造观和多阶段演化观，并于1996 年出版了《大陆层控构造导论》专著，创立了大陆层控构造学说，献给第30 届国际地质大会。多元动力成因观认为，地壳运动是地球自转力、陨星撞击力、重力和热力协调作用的产物。多层次构造观认为，下伏软岩层控制上覆硬岩层的盖层构造，为薄皮构造；中地壳塑性层控制上地壳构造，为厚皮构造；异常地幔控制地壳构造，为过渡壳构造(优地槽)；软流层控制岩石圈构造，为板块构造。多阶段演化观认为，前侏罗纪只有异常地幔，地壳构造演化到过渡壳构造阶段便终止了；侏罗纪以来，在印支运动多次陨星撞击下，地球内部物质发生强烈的物理化学变化，使规模较小、分异不充分的异常地幔，演变成规模巨大、分异充分的软流层，诞生了板块构造。
在《大陆层控构造导论》 的前言中，笔者明确指出: 发端于年轻刚硬单一的“大洋岩石圈的板块学说，既无力解决古老的具有多层次特点的大陆构造问题，也不能说明各个层次构造的特点及其演化，所以板块构造学说是‘登不了陆’ 的”。时隔7 年后的2003 年4 月，美国学术界以白皮书方式公布了总结性文件《构造地质学和大地构造学的新航程》，终于承认流行已达近半个世纪之久的板块构造学说“不适用于大陆地质”。
大陆层控构造学说经过1996 年的第30 届国际地质大会学科讨论会上的宣讲后，引起在座中外地质学家的强烈反响。会议主持人集中了这些反响，向记者发表了动情的谈话，指出: “大陆层控构造学说抓住了大陆地质的实质，代表了中国地质界的最新成就和最高水平，完全可以与西方板块构造学说相抗衡”。原中国地质学会理事长、中国科学院院士、已故老一辈著名地质学家程裕淇教授，在1996 年11 月12 日的惠函中，也赞许该专著“不囿于洋人之观点，勇于向传统地质理论挑战，提出了许多充满挑战性的、创新性的见解。这是十分难能可贵的”。国际著名华裔地质学家许靖华教授，在该专著的序言中，也盛赞它是一部“闪烁着创新精神光辉的重要著作”。《大陆层控构造导论》 专著，于1998 年获国家石油和化学工业局(原石油部和化学工业部合并而成) 科技进步奖二等奖。
▋7. 创立了薄壳构造、盆－山系、仰冲型冲叠造山带和厚皮纵弯隆起带与油气资源关系新模式
在前人研究的基础上，笔者提出了油气资源多元成因观，创立了油气资源与薄壳构造、盆－山系、仰冲型冲叠造山带和厚皮纵弯隆起带关系新模式。
▲断隆山为主体的油气聚集带模式
①潜山油气藏(内幕)；②潜山油气藏(风化体)；③不整合油气藏；④地层超覆油气藏；⑤岩性尖灭油气藏；⑥粒屑灰岩岩性油气藏；⑦砂砾岩锥体油气藏；⑧背斜油气藏；⑨断块油气藏；⑩滚动背斜油气藏；11.浅层次生油气藏
近些年来，笔者被中国地质科学院矿产资源研究所聘请为客座研究员，与该所博士生导师吴必豪研究员等合作，研究大地构造和东海、南海地质构造及其油气资源成因机制问题。2014 年在《前沿科学》 第4 期，以首要位置发表了《论陨击事件与全球性造山运动和板块构造诞生的关系》 一文。该文提出了全球性造山运动受陨击事件控制和侏罗纪以来板块构造诞生是印支期多次陨星撞击所致的新观点，从而对大地构造动力学作出了重要贡献。
从矿山到科研单位，一路走来，得失之间正印证了古人所云: “天须地乃有所生，地须天乃有所成。”
2016 年7 月于涿州
liyangjian71@aliyun.com
《大陆层控构造论文选集》选录了李扬鉴教授过去撰写的二十多篇文章。透过这些文章，不仅可以看到他学术思想的成长历程，还可以预感到他学术思想未来广阔的发展前景，如板块构造成因机制，以及在油气及其他矿产资源开发、厄尔尼诺现象成因研究和地震地质、工程地质等领域的应用。李扬鉴教授这种坚持实践—理论—实践相结合的自主创新精神，在当今实现中国梦的科学征途中，是值得鼓励的。
中国科学院院士
2016 年6 月于北京
本文摘编自《大陆层控构造论文选集》（李扬鉴等著. 责任编辑: 王运 姜德君. 北京: 科学出版社，2017. 5）一书“前言”，有删减改动，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-049393-4
《大陆层控构造论文选集》收入29 篇文章，是作者昔日创立大陆层控构造学说重要的理论基础，并体现了尔后该学说的重要发展。这些文章，突破了就地球论地质的局限性，提出了在漫长的地质历史长河中，长期的渐变的造陆运动(降升运动)，主要受重力作用控制；短暂的突变的全球性造山运动(水平运动)，乃至板块构造的诞生，则是陨星撞击的产物。这些文章，还创立了压剪性正断层、扇型逆冲断层新断裂类型和纵弯褶曲应力应变场、盆－山系、弧后盆地、俯冲型冲叠造山带、仰冲型冲叠造山带等成因机制新模式，并论证了它们与油气资源和其他矿产资源的关系。
作者 | 王文兴 | 彭建兵 | 施雅风 | 李德仁 | 邹逸麟 | 何一鸣 | 武芳 | 吴朋飞 | 黄汲清 | 刘东生 | 袁再健 | 刘国纬 | 王铮 | 吕宪国 | 王缉慈 | 白光润 | 李小文 | 丛树铮 | 李小建 | 尹祥础 | 龚子同 | 唐领余 | 叶大年 | 方创琳 | 刘敬党 | 吴时国 | 谢克昌 | 刘池洋 | 程维明 | 陈士林 | 胡兆量 | 刘晓燕 | 姚士谋 | 朱定局 | 王颖 | 姚鲁烽 | 范英 | 孙斌栋 | 周建华 | 尹章才 | 徐宗学 | 陈镜明 | 郑伟 | 余新晓 | 谢树成 | 廖小罕 | 周成虎 | 于伟 | 冯辉 | 张康聪 | 朱敏 | 阳友奎 | 陈鸣 | 许红 | 张志南 | 陈建平 | 申萍 | 黄文江 | 董为 | 雷廷武 | 刘斯宏 | 吴忱 | 徐青 | 李江海 | 吕拉昌 | 郭友钊 | 赵秀丽 | 师永民 | 邓天龙 | 刘晓燕 | 朱训 | 郭纯青 | 张国民 | 张远 | 黄文江 | 方红卫 | 薛国强 | 王治华 | 梁顺林 | 李廷栋 | 李江海 | 林天瑞 | …
（本文编辑：刘四旦）
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