地质学各分支学科的发展
在古生物学和地层学方面,这一阶段的特征是古生物学为新兴的石油地质研究服务,发展了微体古生物学。同时,它与生物史,地球史的研究相结合,发展了理论古生物学、古生态学。古生物学在50年代不断有一些大型系统专著问世,如R.C.莫雷主编的多卷集《古无脊椎动物》(1952～1962)等,说明古生物学各门类的不断丰富和普遍提高。早在1911年,J.A.阿登开始用微体化石进行地层对比,随着石油地质研究的发展,微体古生物学日益受到重视。美国的J.A.库什曼的《有孔虫》(1928)专著可视为先导。其他如牙形石,孢子花粉等的研究也有重要进展。中国李四光对科壳部构造研究之详(1928)居于当时的前列。1947年F.格莱斯纳出版了微体古生物总结性专著。前寒武纪的生物化石报道很早,常见的叠层石的性质却一直难以确定。1933年,英国的M.布莱克认为它是潮间带蓝绿藻类形成的纹层,几十年后得到证实。格莱斯纳于1948年报道了澳大利亚前寒武纪末期的伊底卡拉裸露动物,证实了高级动物在前寒武纪的存在。在理论古生物学方面,美国的G.G.辛普森在《进化的主要特征》(1913)专著中总结了生物演化的系谱和方式。N.D.纽厄尔则研究、统计了古生物门类在地史中大规模的灭绝和新生,回顾了历史上生物演化的过程。苏联学者在古生态学方面做出了重要贡献。Н.Н.雅科夫列夫最早研究珊瑚类和腕足类的古生态,其后,Р.Ф.盖克尔对俄罗斯地台泥盆纪古生态的系统研究,提出了地层同时异向对比原则。
在地层学方面,美国A.W.葛利普于1913年出版的《地层学原理》中,把地球的气圈、水圈、生物圈、岩石圈等作为地球的整体,讨论各圈层之间的相互影响和关系;并引入沉积旋回的概念,强调了岩相横变在地层对比中的重要性,使地层研究的理论和方法得到重要的发展。C.舒克特于1910年发表了《北美古地理》,总结了显生宙以来北美海陆分布的重要变化。他们的工作推动了地层学和古地理学的发展。
地层学研究还表现在地层工作规范的制订和地质年表的完善。30年代的美国地层规范(1933)不承认岩相横变与地层时代界限的关系,主张单一地层划分的原则。H.D.赫德伯格等对此提出批评。到40年代末,地层的岩性与时代双重划分概念才得以建立。1976年,赫德伯格的《国际地层指南》进一步提出多重地层划分的概念,得到普遍的支持。中国1961年公布的《地层规范草案》主张单一地层划分,1980年公布的《中国地层指南》接受了地层多重划分的概念。
地质年代学一词是美国H.S.威廉斯于1893年提出的。19世纪末放射性元素被发现之后,英国的E.卢瑟福、F.索迪确立了元素放射性蜕变原理。美国的B.B.博尔特伍德(1907)、英国的A.霍姆斯(1911)先后应用含铀矿物U/Pb比测量矿物的年龄,1913年,霍姆斯发表了专著《地球的年龄》。30～50年代,逐步出现了同位素地质测年的钾-氩法、铷-锶法、碳-14法等。70年代,出现了钐-钕法。1947年,霍姆斯首先建立显生宙地质时代表,其后几经修正,补充了前寒武纪部分,最后形成1989年的国际地质科学联合会颁布的全球地层表。
中国近代地质工作是从1912年政府部门设立地质科开始的。早期以鉴定化石、建立各区地层系统和开展区域填图为首要任务。从20～50年代,孙云铸、许杰对早古生代地层及三叶虫、笔石等化石,李四光、赵亚曾、田奇、俞建章、黄汲清对晚古生代地层及腹足类、科、珊瑚等化石,尹赞勋、斯行健、潘钟祥等对中生代地层及软体类和植物化石,杨钟健、裴文中对新生代地层和脊椎动物及人类化石都做了大量的研究工作,取得了显著成就。其他国家外籍学者中,美国的葛利普、法国的德日进、瑞典的安特生在中国地层、古生物和区域地质研究中也作出了重要贡献。
在地壳物质组成研究方面,矿物学、岩石学、地球化学都有了前所未有的发展。自从1895年德国的伦琴发现了X射线,人们开始用它研究晶体结构。英国的W.H.布喇格和W.L.布喇格父子的工作奠定了 X射线结晶学的基础。挪威的V.M.戈尔德施密特用X射线分析研究出 75种元素200种化合物的晶体结构,将结晶学推向新阶段。
在岩石学方面,20世纪初,美国的C.W.克罗斯、J.P.伊丁斯、L.V.皮尔森和H.S.华盛顿提出了根据标准矿物的重量百分比对火成岩进行分类的CIPW法。瑞士的P.尼格里结合化学分析,将重量百分比换算为原子百分数,提出标准分子值法。
关于岩浆岩的研究,美国的N.L.鲍温提出岩浆反应系列,得到广泛的引用。奥地利的B.桑德尔研究岩浆岩岩体构造与显微镜下矿物排列方式的联系,于1930年发表了《岩组学》一书,标志着岩组学这一岩石学分支学科的形成。
花岗岩的成因是20世纪地质学界争论问题之一。芬兰的J.J.塞德霍姆用“混合岩”命名介于花岗岩与片麻岩之间的岩石,并于1934年发表专著论述芬兰的古老混合岩。英国的H.H.里德在40～50年代陆续著文讨论花岗岩的成因,使花岗岩变质成因说得到愈来愈多的支持。
在变质岩方面,由于K.H.F.罗森布施、瑞士的J.U.格鲁本曼和P.尼格里的工作,变质岩被划分为区域变质、接触变质、热变质、动力变质等类型。1920年,芬兰的P.F.埃斯克拉将矿物相概念引入到变质岩分类中,提出重要的变质相概念。
葛利普(1913)、F.J.裴蒂庄(1938)对沉积岩提出了系统的特征和成因分类。
20世纪以来,化学的理论和方法被系统地引入到地质学中,并逐渐形成地球化学这门学科。美国的F.W.克拉克收集了岩石圈、水圈、气圈的化学分析值,出版了《地球化学数据》(1908)、《地球化学新数据》(1924)等专著,对地壳成分的研究有广泛的影响。戈尔德施密特从1929年起对地球化学元素的分布、分类及其迁移进行了研究,区分了亲铁元素、亲石元素、亲气元素、亲生物元素等。在苏联,А.Е.费尔斯曼在30年代对伟晶岩进行了系统研究,提出了地球化学元素迁移过程的循环概念。В.И.维尔纳茨基将地球化学定义为研究地球元素历史的科学,强调对地球化学元素迁移研究的重要性。
矿床学的系统研究开始于20世纪。前苏联Ю.А.毕利宾,50年代提出成矿区和成矿期的概念,还编制了全苏地槽期内生矿产演化图。美国的W.林格伦于1913年提出著名的矿床分类系统,长期以来受到重视并广泛引用。德国H.施奈德勋对矿床的次生富集作用做了大量研究,《早期结晶金属矿床》(1958)是这方面的系统论著。
中国有关岩石矿物和矿床学的研究,早期有章鸿钊所著《石雅》(1921,1927)、翁文灏所著《中国矿产志略》(1919)。其后有谢家荣所著《中国的矿床时代与矿产区域》(1937)。
应用地质学科在20世纪也有了很大发展。在水文地质学方面,水在岩层孔隙中的渗流规律在19世纪中叶即已发现。美国的O.E.迈因策尔对地下水的开采补给作了广泛的理论研究,著有《美国地下水的赋存及其成因研究》(1923)。他是水文地质学奠基人之一。苏联的Г.Н.卡明斯基在30年代研究地下水动力学,涉及区域水文地质和工程地质,他的地下动态分析和渗漏计算方法有重要的实用意义。
在石油地质学方面,前苏联的И.М.古勃金提出石油生成、储集、运移和油田形成等一系列观点,著有《石油学》。美国的A.I.莱复生于1954年出版的《石油地质》,加拿大的K.K.兰德斯于1959年发表的《石油地质》,使石油地质研究日臻完善。
中国的石油地质学研究开始于30年代。潘钟祥最早提出陆相生油的观点(1941)。50年代李四光、黄汲清、谢家荣先后根据构造和沉积理论,提出中国成油条件和油田分布规律,为油田的发现和开发作出了重要贡献。
煤地质学沿着两个方向发展,一是与沉积和地层有关的煤盆地质学;一是煤岩学研究。英国的M.C.斯托普丝在30年代将煤的显微组分与共生岩石组合联系起来,在煤岩学方面做了开拓性工作。中国谢家荣在30年代提出了中国特有煤岩类型。
在构造地质和大地构造,特别是涉及全球构造研究方面,19世纪霍尔、丹纳提出地槽学说,经C.舒克特、德国的W.H.施蒂勒(1936、1940)、美国的G.M.凯依进一步研究,区分出地槽的不同类型,并讨论了其发育历史。施蒂勒提出的优地槽和冒地槽类型、沉积的和岩浆活动的序列特征,以及造山带的概念,在构造地质学中有着重要影响。20世纪30年代,前苏联的B.B.别洛乌索夫和Н.С.沙茨基分别提出了“地槽回返”的概念。60年代,J.奥布万对地槽学说进行了回顾和总结。
在20世纪20～30年代,中国地质学家,如翁文灏、丁文江、李四光都对造山运动作了研究。李四光用地球自转速度变化解释地表大规模构造运动的成因,这是中国学者首次对全球构造作出自己的解释。李四光概括分析了东亚不同的构造型式和构造体系。在《中国地质学》专著中,进一步厘定了不同的构造体系及其形成机制,在40年代正式提出地质力学的学科体系及学术观点。50年代以后,地质力学在构造理论和矿山、油田构造应用方面都取得了重要的成果。40年代,黄汲清发表了关于中国主要构造单位的专著(1945),全面论述了中国的大地构造分区和构造发展史,提出多旋回造山观点,具有广泛的影响。张文佑50年代以断裂构造体系为指导,编制了第一幅1:400万中国大地构造图,其理论体系在80年代发展成为断块学说。
