地学思维札记

费琪  阮天健

一、地学思维的特性

   地学思维有规律吗？有。它不但服从思维的一般规律，还有其特有的规律。地学研究对象具有大、深、长、杂的特点。

“大”，就是宏大，在地球面前，地质学家只不过是摸象的瞎子。我们的研究工作只能根据一些残缺不全的片段事实，加以分析和推理。

“深”，就是探不到底。目前，大部分地质成果，仅仅反映了地球表面一层薄壳的结构和成分特征。对地质深部的认识仍有很大的距离。

“长”，就是漫长的发展史，对于地质历史来说，人类的存在只是一瞬间的事，而我们面对的研究对象却比我们的生命长上几亿倍。

“杂”，就是错综复杂。现在我们看到的地质现象是经过长期变动、多重作用叠加的产物。

  根据以上特点，在思考地学问题时应有“全球”观点、多层次观点、活动论的观点以及叠加的观点。60年代兴起的板块构造说，已将地质领域的各个分支学科纳入一个体系中，又进一步发展为全球构造说，在更大的范围内统成一体。

现代科学已经证实，整个地球是一个具有多层次的球体，不同层次具有各自的成分、结构和形变特征。层次之间又发生着相互的影响，下部地幔的垂向运动可导致浅部地层的水平迁移，深部塑性层的蠕动能够在浅部脆性层中透发张裂、断陷或逆冲滑脱。在研究地质历史时，不能以固定论的观点看待升、降、开、合的简单重复，应看成不断向前的进化运动。运动的形式可能多次再现，但内容决不同一。

当今古老地质体已经是经历了多期形变叠加的产物，最老的不一定就是“根”，很可能是一个最新的推覆体。总之，面对这样一个“大、深、长、杂”的研究对象，我们只能跳出那种狭小、表面、停滞与简单的思维模式。

二、形象思维与逻辑思维

  形象思维与抽象思维是两种基本的思维方式。直觉是形象思维的一种方式，逻辑则属于抽象思维范畴。在地学中，形象思维占有很大比重。所有地质现象，从大地构造到矿物晶体都需要地质学家的直接观察，首先在脑子里形成一个第一印象，这就是直觉。但是直觉不等于认识，只有通过逻辑思维，直觉才能够成为认识。

如在野外我们看到一片产状倾斜的露头，马上会认为它是一套单斜地层。但当我们作了仔细的地质调查，并经过认真的逻辑推理之后，有可能认识到它原来是复杂构造区中的一套倒转地层。直觉好比原料，由逻辑机器加工生产认识产品。原料要丰富，加工要精细。地质学家不但要善于获得原料，还要精于加工制作。这就要靠经验的积累。

经验愈丰富，就愈能“触景生情，将直觉很快转变成认识，而认识了的现象又可以成为今后直觉的基础。人们不可能认识从未见过的事物。敏锐的直觉从哪里来？从经验即脑子中积累的形象而来。因此，对于一个地质学家来说，就是要多接触实际，多跑，多看，多观察，多思考。人们的思维活动就是在形象思维与抽象思维两种思维方式之间穿插跳跃地前进的。一般来说，直觉总是冲在前面，是思维过程中最活跃的因子，起侦察兵和开路先锋的作用，而逻辑思维则是参谋部，把直觉搜集来的信息进行仔细的加工，判别其主次，提取其内有联系。

研究表明，人类的大脑功能可分为左、右两半部，右脑司直觉，左脑司逻辑。当我们闭起双眼，在脑海中浮现火山喷发、洪水泛滥的景象时，实际上是右脑在充分发挥它的想像力而左脑处于休息状态。当我们探讨岩浆来源、水灾成因时，左脑才开始工作。这种左右脑的交替兴奋是人类思维活动的生物学基础。地质学家要求两者兼备，既要有高度形象思维能力又能进行深入周密的逻辑推理，成为艺术型的科学家。但具体到某一类地质学家来说，恐怕有一定的倾向性。如野外经验丰富的构造地质学家，易通过露头观察建立一个具体的地质模型，而地球物理学家则善于通过正、反演计算得出物理模型。不同类型的地质学家互相配合取长补短是发展地质学的捷径，培养多学科叉全面发展的新一代地学家是我们的方向。

三、地学思维的模糊性

    模糊性是思维中的普遍现象，在地学思维中更盛，甚至可以说是必要条件。任何一种地质现象的描述与推理都不能用简单的数学公式来表达。尽管地质研究中也采用了许多“精确”的定量测定，如地震波传播时间的测量可准确到微秒，化学元素的分析可精确到百万分之一，但最后还是落实到模糊的应用中去。有人认为地质学不科学，实际上这是不了解地学的模糊性之故，模糊与精确是相对而言的，对于几亿年的时间来说，上百万年的误差可以忽略不计。地学中广泛使用的相对记年法更是一种模糊方法，并没有引起混乱。当我们在一个研究区建立地质模型时，需要考虑许许多多的变量，如边界条件、环境条件（气候与海平面变化）、结构条件（刚体与塑体）、时空、成分、物相、层次、尺度等因素的影响及其相互作用关系。有时复杂到混沌的地步。尽管如此，仍可用逼近法和外推法来研究。考虑的因素越多，条件设置得越好，所得结果就越接近客观实际。地质勘探工作从概查、普查、详查、精查到勘探开发，有着不同阶段、不同尺度、不同深度的研究成果，每一阶段都含有相应的模糊性。只有充分认识地质科学的固有模糊性，才能在工作中自觉地应用模糊思维方法。

模糊性从字面上看似乎是无序与不确定，但却突出了事物的本质，忽略的只是枝节。在地学中只要把握住序列就不会因研究对象的模糊性而迷失方向。序列可以表现为时间的先后、尺度的大小、海拔的高低、温度的高低、程序的深浅、磁场的强弱等等，毫无疑问，用数值来表达度量结果比定性描述要精确，所以在地学研究中人们问题力图使用数学手段，反根据地质观察和描述建立起来的地质模型转化为物理模型以至数学模型。电子计算机的普及更加强了这一趋势。许多以前只能描述的地质现象，现在可以用计算机作图表达出来，甚至一个地区的地质发展史也可应用计算机通过不断改变参数加以模拟演示。模糊性可以通过不断的类比与拟合逐渐趋向明朗，而明确仍然是相对的模糊。在地学中，数学模型的建立必须忽略枝节并简化，精确的数学计算要以模糊思维为前提。有意识地运用和发展模糊思维是何等重要。从定性到定量描述是一大进步，以量化证据为基础的定性结论则是更高层次的进步。精确的计算产生模糊的认识正是地学研究的一大特点。

四、地学思维中的创造性

    在地学思维中，创造性占有特殊重要的地位。地球上找不到两种完全相同的矿床。地学为创造性思维提供了无穷的机会。就象矿藏有大、中、小之分那样，创造性也有不同的级别。地学史上几次划时代理论的创立是一级创造性，它们往往是与一定的社会生产力水平相适应的。没有偏光显微镜就没有岩石学，没有光谱仪就没有地球化学，没有深海钻探与全球地球物理观测，就不能提出板块构造学说。无论是新理论的创立还是一个矿藏的发现，甚至是一些技术手段的革新，都是创造思维的结果。一位有名的西方石油地质学家说过，石油归根结蒂是在人们头脑中找到的。这话初听似乎违背唯物论，但实际上符合辩证法。

    创造性思维的初始源泉是新现象的揭示或新资料的积累。地质学家要到露头上去，到坑道中去，到实验室去，才能获得创造性思维的第一手源泉，爱迪生说得好：“发明是99分苦干，１分灵感”。灵感是有的，创造性成于瞬间。“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”正说明了这一道理。

创造性思维需要动力，真正持久的动力是被研究对象所吸引甚至达到忘我的地步。即使是好奇心也比某种自私的目的好。苦即是乐，乐在其中。要触发思维的创造性，就必需造就条件。机遇只对有准备的头脑敞开大门。主要的准备是建立翔实的资料库，获得必要的知识储备，培养丰富的想象力，造就宽松的心情和忘却周围的环境。思维的创造性不完全是天生的，而是可以培养的。为此，要认识自己的思维习性。有意识地学习并使用一些具体的方法，如类比、反思、综合、分解、叠合等等。

原载《中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn》