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地球化学研究的危机与机遇
2 邢台学院资源与环境学院
第一作者：张旗，研究员，主要从事岩石学和地球化学等研究。
地球化学是当今地球科学中最热门的学科之一，在地质找矿和地球科学研究中发挥着极其重要的作用。随着科学技术的进步，地球化学仪器设备日益先进，研究水平不断提高，地球化学的吸引力也越来越大，许多其他学科纷纷向地球化学靠拢，这无疑是件好事。在这片大好形势下，本文作者发出警示，特别发表此文，认为这种好事同时也孕育了地球化学的危机，并指出这种危机的主要表现是：丢掉了基础、丢掉了前提、超越了范围，简单化以及地球化学数据的滥用等；个别地球化学研究盲目扩大研究范围，企图代替构造地质学、地质学、岩石学等的研究等。文中认为当前地球化学研究中还存在一些常见错误问题、重大科学问题研究中也有误区，文中指出地球化学研究正确的发展方向。同时，文中也分享了许多地球化学研究的经验和一些最新研究成果等，对大家会有帮助。笔者等指出，将地球化学标志与其解释捆绑在一起的思维方式是不合适的；局部地区研究得出的结果不能推出具有全局性意义的结论。关于太古宙的研究以及板块构造起源的研究，笔者等认为，仅有地球化学数据是不够的，必须结合太古宙野外地质研究的证据。文中，笔者等批评了地球化学研究中重数据轻野外和忽视地质基础的倾向，目的不是诋毁地球化学，而是为了推动地球化学更快、更高、更好地发展。作者指出，地球化学研究出现危机，危机孕育机会，机会导致发展。地球化学研究需要引入大数据研究，加强数理化基础，推动地球化学研究进入新范式，克服危机。地球化学将大放异彩，可能成为引领地球科学革命的引擎，带动地球科学跨越式发展，走向新的辉煌。基金项目：本文为自然资源部深地科学与探测技术实验室开放课题项目(编号：Sinoprobe Lab：202211)和邢台天梯山溶洞石钟乳纹层与区域降雨的关系研究(编号：XYXZK202310)的成果。
0 引言
1 地球化学研究不能脱离地质学基础
2 地球化学研究越界问题
3 地球化学跨界研究问题
3.1 花岗岩分离结晶理论为什么是错的?
3.2 花岗岩分类问题为什么长期得不到解决?
4 关于太古宙研究的问题
4.1 板块构造起源
4.2 TTG问题
5 地球化学被误用的问题
5.1 Sr/Y值问题
5.2 岛弧环境还是陆壳环境?
5.3 中国东部中生代岩浆岩与西太平洋板块俯冲的关系
5.4 壳源、幔源、壳幔混合源花岗岩问题
5.5 地球化学被滥用的问题
6 捆绑式研究思路不可取
7 地球化学研究的危机
8 地球化学研究的路在何方?
8.1 地球化学要与地质学、构造学、岩石学、矿物学、矿床学密切结合
8.2 地球化学要推进大数据研究
9 结论
在地质学各学科中，地球化学繁花似锦是大家有目共睹的。地球化学研究空前繁荣，文献数量多，研究的深度和广度达到了前所未有的高度，这是可喜的。但是，在繁华的背后却隐藏着深深的危机。危机主要表现在：丢掉了基础，丢掉了前提，没有了思想，超越了范围，简单化以及地球化学数据的滥用等。地球化学是一门独立的学科，但是，它是有基础的，基础是岩石学、地质学、构造地质学、化学、物理学等。地球化学研究有利于加深岩石学、矿物学、地质学和构造地质学等的研究，但是，地球化学不能代替岩石学、矿物学、地质学和构造地质学的研究。地球化学不是万能的，是有其研究和应用范围的，超出范围即可能导致谬误。把地球化学简单化为投图地球化学是学术界的一个普遍的现象，而地球化学被误用和滥用，则是目前比较严重的问题。这个问题带来了地质学的混乱，是不得不引起学术界关注的。任何学科在发展的某个阶段都可能出现误区，误区暗示危机，危机孕育机会，机会导致发展，发展则带动学科跨越式进步，跃上新台阶，进入新范式。因此，危机并非坏事。可怕的是不认识危机，不承认危机，在误区中越走越远，期冀以修修补补来应付批评，抱残守缺，以致延误了学科的发展并给学科带来巨大的伤害。笔者等批评了地球化学研究中出现的多种问题，目的不是诋毁地球化学，动地球化学与其他学科的结合，推动地球化学更快、更高、更好地发展。各学科发展是不平衡的，这与各学科自身发展的规律、数理化基础理论以及精密测量技术的发展有密切的联系。地球化学的优势是依靠数据说话，而科学技术的进步则优先使地球化学越来越向微区、微量领域发展，使地球化学研究更精更细。由于宏观领域的规律终究要受微观领域规律的制约，微观研究可以提供宏观研究所得不到的结果。地球科学主要依靠观察和实验，而科学需要数据。无数据不科学，这句话是对的，而地球化学恰恰以数据见长，故地球化学研究成为地球科学的前沿是当之无愧的。目前，地球化学遇到危机，克服了危机，地球化学将大放异彩，将可能成为引领地球科学革命的引擎，带动地球科学走向辉煌。这个问题似乎无需多说，因为大家都明白，可惜在这个问题上地球化学恰恰犯了错误，错误主要表现在两个方面：忽视野外地质研究和过分依赖哈克图解。翻开一些地球化学的“SCI”文章，有些野外观察、镜下研究是一笔带过。文中给出的采样位置图，有的就是若干采样点连成的一条弯弯曲曲的线，显然是沿公路等线状体采集的。有些研究甚至是找了一份地质图，把采样点按照坐标点点上去的。这样的研究，其结果及其解释能否符合野外实际是令人生疑的。例如某些花岗岩的研究，根据地球化学数据可以分为几个岩体，却一起投到哈克图解上去，发现一些规律，即解释为分离结晶、混合、混染、堆晶等，甚至把包体、辉长岩、闪长岩等也加进来，解释为演化的关系或混合或混染，而不问野外接触关系究竟如何，是否同期同源的。按照笔者等的认识，如果在一个侵入体中出现花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩等名称时，它们之间基本上应当是侵入接触关系而非演化的关系。不同侵入体之间，化学分析即使存在一些相关性，也是没有任何关系的。如果不分青红皂白，把上述岩体统统解释为演化关系，肯定出错。野外关系是地球化学解释的基础，这一点对蛇绿岩研究来说尤其重要。一个镁铁—超镁铁岩是否蛇绿岩，不靠地球化学，而是靠野外关系。野外研究否定的蛇绿岩，地球化学无论如何也不可以将其解释为蛇绿岩；野外关系肯定了的蛇绿岩，地球化学无论数据如何，也否定不了它是蛇绿岩；只有在野外研究不置可否的情况下，地球化学才能发挥一定的作用。例如云南省双沟蛇绿岩，是笔者等最初研究蛇绿岩的地方，辉长岩、地幔橄榄岩的地球化学数据完全符合蛇绿岩的标准。经过将近40年，笔者等才否定了双沟出露的玄武岩—辉长岩—地幔橄榄岩组合为蛇绿岩。双沟不是蛇绿岩，不代表洋盆底部的岩石组合，故哀牢山构造带也不是一条板块缝合带。
当然，也有野外研究不够扎实的情况，许多情况下，往往见到地幔橄榄岩，见到超基性岩，就认为是蛇绿岩了，这时，地球化学就可以提供进一步的信息。例如山西省金刚库组出露的一些超镁铁岩(主要是辉石岩)，有些人就把它当成了蛇绿岩，而地球化学却不能证明金刚库组超镁铁岩是蛇绿岩的成员。其实，从地球化学角度，华北地台中部的“造山带”迄今也没有发现可靠的证据。地球化学如果不是以地质作为基础，则只有信息而无物质，地球化学就被架空了。架空了的地球化学，有信息无物质的地球化学，基本上就没有前途了。科学研究，得出结论，是有一定的逻辑关系的，地球化学判别图就在这个问题上犯了错误，这是从源头上犯的错误。科学研究经常采用的方法是归纳法，即从若干地区的研究得出具有一般意义上的结论，这就是从个别到一般的逻辑思维方法。而归纳法最大的问题是从个别达不到一般。例如哲学界经常采用的一个案例：你找到一千只一万只白天鹅，也不可能证明“天鹅是白的”理论正确，一只黑天鹅就破灭了天鹅都是白的理论。而地球化学判别图的理论与白天鹅的这个实例如出一辙。判别图是怎么出台的?是地球化学家根据对若干地区的研究得出一些规律性的东西，绘制成不同的图件，从理论上进行了一番解释，就应用于未知地区，得出可以对比的结论。我们常说的“以点带面”的工作方法其实也是这个意思。其实，点就是点，许多点的集合似乎构成了面，实际上并非逻辑意义上的面(一般)。例如，从逻辑上说，如果对洋中脊的10个地区进行研究得出的结论，只能应用于上述10个地区，不能应用于第11个洋中脊地区。因为你归纳的是上述10个地区的规律，不包括你没有研究过的第11个地区(不完全归纳；章雨旭，2006)。而学术界却在这样用，判别图的作者也允许大家这样用。采用这样的方法，如果判别图应用于未知领域得出相反的结果，不一定是新的资料错了，而是判别图的局限性造成的。在研究中经常可以发现，采用判别图方法进行研究，有些可以得出很好的结果，有些就不尽然，个别甚至得出南辕北辙的结果，就不奇怪了。又如，大家非常熟悉的MORB(大洋中脊玄武岩)、OIB(洋岛玄武岩)、IAB(岛弧玄武岩)三类构造环境判别图。应当强调的是，这些判别图只适合于研究这三类玄武岩及其之间的对比，不在这三个环境的玄武岩不能应用，例如大陆内的玄武岩、弧后盆地玄武岩、弧前玄武岩、裂谷玄武岩等。有人认为，裂谷与洋岛环境类似，这是对的；但是，也有不同，不同也是对的。判别图如果不包括裂谷玄武岩的资料，则判别图不能应用于裂谷，如果判别图将洋岛与裂谷混为一谈，则判别图本身即出现了漏洞。有些判别图将岛弧与大陆边缘弧放在一起讨论，或笼统地将岛弧与陆缘弧作为一类，不是不可以，只能说这样的研究比较粗糙。20世纪这样的研究可以说得过去，今天如果仍然这样，就有点问题了。判别图越界使用有一个理由，即遵循的是地质上通用的“将今论古”的原则。将今论古认为，今天是过去的继续，于是可以根据今天的情况反馈过去的历史。由于任何一个事物的演变都具有继承性，受基因的控制，这在一定程度上是可以的。但是，基因是可以变异的，就像新冠病毒不断地变异一样。一部地球演化史，就是一个热散失的历史，由最初的一片岩浆海逐渐冷却的历史。因此，古今可以类比；但是，古今显然不同。例如白垩纪气温就比今天高了许多，第四纪冰川时期气温又降低了许多并导致生物的大量死亡。因此，将今论古不能无限使用。按照一般的见解，今天发生的地质现象，上推到显生宙可能问题不大，推演到元古宙需谨慎，基本上不可能推演到太古宙。地球化学越界研究容易出错，但是，地球化学跨界研究不一样。跨界与越界是两个不同的概念：越界不符合规矩，跨界则是科学研究深入的需要。经过多年的研究，笔者等甚至得出一个认识，即跨界有助于创新，跨界能够对问题有深刻的认识，跨界可以看明白更多问题。例如，如果你不懂玄武岩是怎么分离结晶的，你可能就不明白花岗岩为什么是不能分离结晶的?如果你不懂变质岩是怎么部分熔融的，你可能就不会明白花岗岩最初是怎么形成的?大家都知道，花岗岩能够演化，花岗岩是岩浆，能够也需要演化。大家还知道，玄武岩能够演化，玄武岩演化以分离结晶作用最明显，最常见，几乎很少能够见到没有演化的原始岩浆。例如MORB，几乎统统是经历过演化的；例如大陆溢流玄武岩(CFB)，则是经历了强烈演化的玄武岩岩浆。而花岗岩理论则是以玄武岩理论为基础的，所以大家习以为常地认为，既然玄武岩可以分离结晶，花岗岩也能够分离结晶。这一条已经牢牢地写在了花岗岩教科书上，是国内外花岗岩专家、学者、权威笃信的理论和公认的准则了。而实际上，花岗岩是不可能分离结晶的。理由是：花岗岩分离结晶的说法不符合分离结晶的概念。笔者等理解的分离结晶作用的含义是：随着温度压力下降，矿物从岩浆中结晶(分离)出来，由于矿物的密度较大，可以克服岩浆的黏性下沉到岩浆房底部。这样的过程叫分离结晶作用，分离结晶作用的产物有两个：一是分离结晶的矿物堆积在岩浆房底部形成堆晶岩；二是留下的岩浆变为残余岩浆(从原始富镁的玄武岩浆变为演化的富铁的玄武岩岩浆)。玄武岩有上述两个结果，所以，玄武岩分离结晶是存在的；花岗岩没有上述两个结果，花岗岩没有原始花岗岩与演化的花岗岩的说法，也不存在堆晶花岗岩，所以，花岗岩没有分离结晶作用这个现象。既然没有这个现象，为什么花岗岩文献中频繁出现分离结晶的描述呢?笔者等也为此困惑不已。笔者等尝试去寻找证据，结果，大多数文献给出的证据只有哈克图解，基本上没有野外地质证据，也没有镜下观察证据。而哈克图解只是一个方法，哈克图解可以有不同的解释，哈克图解不可能给出花岗岩分离结晶作用的证据。可是，全球花岗岩学术界大多数是这样研究的，而错误的根由是由于花岗岩理论仿造玄武岩理论得出来的，却没有搞明白玄武岩之所以能够分离结晶的原因。此外，花岗岩学术界有些人还特别重视副矿物锆石、磷灰石等对微量元素地球化学行为的影响，把许多哈克图中Zr、P等微量元素的变化解释为是锆石和磷灰石发生了分离结晶的原因，这也是非常荒谬的。锆石、磷灰石的密度很大这毫无疑问，问题是锆石和磷灰石的颗粒极小，它们漂浮在黏稠的岩浆中，不可能下沉到岩浆房底部。在玄武岩的薄片中都见不到锆石和磷灰石堆晶的现象，怎么可能在花岗岩岩浆中产生?可是，许多文献仍然在那里反反复复地讨论锆石分离结晶、磷灰石分离结晶问题，是一丁点证据都没有的。我们知道，现在流行的是花岗岩的ISMA分类(即将花岗岩分为I型、S型、M型、A型四类，S型为由沉积岩改造而成的花岗岩；I型为岩浆起源；M型为地幔来源；A型为无水花岗岩)。笔者等已经反复指出，这是一个拼凑起来的分类，毫无理论体系可言。花岗岩为什么没有一个系统的分类?花岗岩应当如何分类才科学，才能真正反映花岗岩的理论，花岗岩的实际?笔者等一直在探索，直到最近才明白：是因为花岗岩专家没有对花岗岩起源问题有足够的研究导致的。花岗岩起源，大家都明白，是变质岩部分熔融形成的。开始是长英质的熔体，熔体聚集形成脉体，熔体、脉体汇聚、逐渐演化，才成为花岗质岩浆。可惜，全球花岗岩专家大多数在围绕花岗岩侵入体进行研究，而很少有花岗岩专家在认真研究花岗岩起源这个问题。相反，许多变质岩专家却在深入探讨变质岩部分熔融作用的条件及其产物，是变质岩专家干了花岗岩专家应当做而没有做的工作。由于不了解花岗岩是怎么起源的，怎么一步一步演化过来的，所以，花岗岩研究就缺了这一课。例如，笔者等最近根据变质岩部分熔融形成花岗岩的理论提出的花岗岩分类(图1，张旗等，2022)，就反映了花岗岩化学成分与其形成压力的关系。这是一个系统的分类，是根据变质岩相图的理论得出来的，虽然并不完美，且还是一个半成品。但是，它是花岗岩理论的高度浓缩，它极其简单，却含义深远，基础深厚，还是大数据研究的成果(共收集全球全部中酸性岩浆岩数据50630件)，扎实可靠。图1 花岗岩分类的Y—Sr图
A区代表高压条件下形成的花岗岩(如埃达克岩)；B区为中压条件下形成的花岗岩；C区为低压条件下形成的花岗岩；各区之间的界线不是截然的，允许出现过渡的情况(故图中以虚线表示)。A区与B区之间的界线相当于变质岩相图中斜长石消失线的位置(图2)，这个界限的精确位置大体在Sr=400×10-6处，是根据大数据研究的结果得出来的(图3)。C区与A、B区之间的倾斜的界线相当于变质岩相图中石榴子石出现线的位置(图2)，具体界线是根据大数据研究的结果(图3)拟合的
图2 变质岩相图
斜长石消失线之上为A类花岗岩(埃达克岩)，石榴子石出现线与斜长石消失线之间为B类花岗岩(低Sr低Y类型的花岗岩)区，石榴子石出现线之下为C类花岗岩(高Y类型的花岗岩)
图3 全球全部中酸性岩浆岩Sr—Yb图
括弧内的矿物代表部分熔融留下的残留相组分：Am—角闪石；G—石榴子石；Pl—斜长石
笔者等综合了对变质岩相图以及大数据研究的结果，将花岗岩分为3类：①高Sr低Y型花岗岩(Adakite，埃达克岩)，位于图1的A区，部分熔融后留下的残留相为石榴子石，主要地球化学标志是：Sr>400×10-6，Y<20×10-6；②低Sr低Y型花岗岩，位于图1的B区(残留相为斜长石+石榴子石)，Sr<400×10-6， Y<(30～35)×10-6；③高Y型花岗岩，位于图1的C区(残留相为斜长石+角闪石)，主要指标是高Y(Y>(20～35)×10-6)，对Sr的含量没有要求，主要是低Sr的。需要强调的是：①这是以变质岩相图为基础的花岗岩分类图，此图的关键是斜长石消失线和石榴子石出现线。石榴子石出现线变化一般不大，所以，只要斜长石消失线确定了，其压力范围也就大致确定了；②图1仍然是一个半成品，因为，除了A区命名为埃达克岩外(是否合适需要学术界讨论)，其余B区、C区尚未命名；③该分类主要考虑了压力因素，没有考虑温度，温度对花岗岩分类有何影响需要进一步研究； ④C区范围太大，可否细分不清楚；⑤图3中在Sr=170×10-6处有一个更加明显的界线，它的出现不会是偶然的，但是其含义是什么不清楚；⑥图1的花岗岩分类界线以虚线表示，说明它不是绝对的，不同地区界线可以适当调整；⑦花岗岩分类的数据虽然来自全球数据库，但是笔者等认为该分类应用于显生宙应当没有问题，应用于元古宙基本可以，但是，不能应用于太古宙，因为，太古宙很少出露与A区对应的残留相榴辉岩。基于上述情况，我们的分类没有关上花岗岩分类研究的大门，需要研究的东西还很多很多。此外，笔者等在研究中曾经发现，有些变质岩专家对花岗岩的理解甚至比某些花岗岩专家更深刻，笔者等百思不得其解。现在才明白，这是因为变质岩专家如果对部分熔融作用有一定的研究，必然对花岗岩的形成有比较清晰的认识。这种认识，是只研究已经固结的花岗岩侵入体所体会不到的。笔者等在研究玄武岩时即感到花岗岩十分复杂。玄武岩是地幔部分熔融形成的，地幔成分是比较均一的。花岗岩是陆壳部分熔融形成的，陆壳非常复杂，比地幔不知道复杂了多少倍。陆壳可以从酸性、碱性到基性、超基性，其中还有流体的广泛介入。因此，研究花岗岩必须首先研究花岗岩的源区——变质岩。不研究变质岩，就不会真正明白花岗岩是怎么产生、怎么分凝、怎么形成、怎么上升和怎么侵位的。笔者等正是由于对变质岩的学习，才悟出变质岩与花岗岩之间存在的因果关系，这种因果关系实质上是一种母子关系：变质岩为母，花岗岩为子。不了解变质岩母亲，如何了解花岗岩儿子呢?玄武岩与花岗岩虽然同属岩浆岩，但是，实际上二者的性质千差万别。变质岩则更加不同于花岗岩了，所以，花岗岩专家研究玄武岩和变质岩属于跨界研究。跨界很难，因为这是另外一门学问；但是，他山之石可以攻玉。跨界很难，因为需要学习另外一门知识，但是，跨界可能触类旁通，得到你意想不到的结果。所以，我们需要学习，不惧怕跨界。我们学习玄武岩理论，虽然不可能达到玄武岩专家的水平，但是，对玄武岩理论有一个基本的了解应当不是很难的。我们学习变质岩理论，学习部分熔融理论，虽然不可能达到变质岩专家的水平，但是，对变质岩理论有一个基本的认识应当是不难的。有了对不同专业的了解，我们可能才会对花岗岩有不一样的认识，可能才会解决困惑花岗岩学术界多年的难题。学习变质岩还使笔者等认识到，变质岩学科最近有了突飞猛进地发展，许多变质岩问题基本上可以定量化了，如变质岩文献中对NCKFMASHTO体系中P—T视剖面图的研究。比较起来，花岗岩研究还处于更加原始的阶段，这也是花岗岩研究出现危机的另一个表现。这里需要强调一下太古宙研究的问题。太古宙非常迷人，太古宙TTG[英云闪长岩(tonalite)—奥长花岗岩(trondhjemite)—花岗闪长岩(granodiorite)]岩系、科马提岩、绿岩带非常特殊，特殊在显生宙基本上没有或极少。太古宙地质、构造、结构、岩石组合特殊的原因是非常令人纠结的。太古宙是学术界异常关注的课题，但是，不得不说，太古宙现在的研究也进入了误区。太古宙研究之所以陷入危机，罪魁祸首之一是地球化学，是地球化学研究把太古宙研究引入了歧途。太古宙明显不同于显生宙，这也是地球化学研究的功劳，例如很早就知道，太古宙花岗岩不同于显生宙花岗岩，是源于二者REE分布的不同(图4)，故地球化学既成就了太古宙研究也败坏了太古宙研究。地球化学犯错误的根源即模糊了太古宙地质与显生宙地质的巨大差别导致的。图4 太古宙TTG(英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩)岩系与显生宙I型、S型花岗岩REE分布对比太古宙是否有板块构造，这是学术界争论的焦点之一。2006年在美国怀俄明州Lander市召开的Penrose会议，曾就板块构造的启动时间进行了专题讨论。板块构造是今天地球的基本构造框架，板块构造是地球演化到一定阶段的产物，它有诞生、发展和消亡的历程。板块构造不可能起源于太古宙，因为板块构造是陆壳出现并积累到一定程度的产物。太古宙出现陆壳可能比人们想象的要早，但是，陆壳在地球上占据相当一部分面积却是一个需要积累的过程。有些研究仅根据Hf同位素推测在太古宙早期即出现板块构造的结论的依据显然是不足的。TTG是太古宙主要的长英质岩浆岩类，TTG是花岗岩研究中研究程度很高的一类花岗岩类。太古宙花岗岩明显不同于显生宙花岗岩在于：(1)太古宙花岗岩(主要是TTG)是强烈富钠贫钾的，而显生宙花岗岩主要是钙碱性或高钾钙碱性的，是富钾的。TTG的REE分布是右倾型的，负铕异常不明显；而显生宙花岗岩的REE分布是平坦型的，有明显的负铕异常(图4)。上述现象通常解释为太古宙花岗岩是钠质的，具有原始地壳的特征；而显生宙花岗岩来自富钾的成熟的陆壳。说明太古宙TTG与显生宙花岗岩源区不同。(2)TTG类似埃达克岩，这是学术界普遍的认识。其实，这个认识是有问题的。学术界正是由于对这个问题的误判，带来两个问题：一种意见认为TTG等同于埃达克岩。由于国外一般认为埃达克岩是板片玄武岩部分熔融的，产于板块消减带。于是认为太古宙TTG也是板片熔融形成的，产于板块消减带。再加上早先的许多研究认为，TTG具有岛弧花岗岩的地球化学特征，认为TTG代表了岛弧构造环境，与俯冲带有关。有岛弧，有俯冲带，于是推测太古宙就有板块构造了，太古宙存在板块构造一个很重要的原因即源于此。另一种意见认为，埃达克岩富Sr贫Y是地壳加厚形成的，于是认为TTG代表了太古宙加厚地壳。上述即当前学术界的主流见解。笔者等早就指出，上述两种见解统统是不对的。理由是：首先，TTG虽然相当于埃达克岩或相当于岛弧花岗岩，但是，不能用今天岛弧花岗岩和埃达克岩的构造背景去套太古宙的构造背景，“将今论古”不可能论到太古宙去。其次，上述认识逻辑上讲不通。由于TTG是太古宙主要的长英质岩浆岩，那么，按照上述结论，太古宙岂不是主要由岛弧构成的了?今天，岛弧只是板块构造一个很小的单元，处于板块边缘。TTG是太古宙主要的长英质岩浆岩，岂不是太古宙到处是岛弧，到处是板块边缘了，那板块在哪里?板块有多大?同理，TTG代表加厚地壳的结论也不对，加厚地壳是相对于正常厚度的地壳来说的，TTG是太古宙主要的花岗岩，岂不是说，太古宙统统是加厚地壳了?那正常厚度的地壳在哪里呢?其实，太古宙TTG相当于埃达克岩，这个结论本身就是错误的，理由是：大数据研究的证据。我们根据全球数据库对太古宙TTG进行了研究，发现太古宙TTG主要不是埃达克岩，而是低Sr低Y类型的花岗岩(图5)。太古宙TTG相当于埃达克岩，是根据若干地区的研究得出的认识，是不具有普遍性的，是不能代表太古宙长英质岩岩浆岩的特征的。图5 太古宙TTG Sr—Y图
图中Sr=400×10-6的虚线为埃达克岩的界线，表明全球太古宙TTG绝大部分不具有埃达克岩的地球化学特征
太古宙TTG不能与埃达克岩对比的另一个理由是，埃达克岩之所以富Sr贫Y，是因为埃达克岩源区有丰富的石榴子石，埃达克岩的源区为榴辉岩相。埃达克岩从源区部分熔融后，留下的残留相仍然是榴辉岩相。而太古宙不同，太古宙地温梯度高，太古宙高级变质岩主要是高温的麻粒岩，罕见有榴辉岩。这个矛盾说明，太古宙岩浆岩不能用今天解释埃达克岩的理论来解释，太古宙TTG的解释应当重新考虑。太古宙研究出现危机的一个表现就是按照今天的情况解释太古宙的事情，有些人甚至认为TTG=adakite，这是不可能的。关于TTG的解释，笔者等猜测，太古宙TTG可能来源于很薄的初始地壳的部分熔融，初始地壳主要是偏基性的，富钠质的，可能是玄武质成分的。玄武岩富Sr贫钾，故由玄武岩的原岩高温高程度部分熔融形成的TTG即具有富Sr贫钾的特征；富集的玄武岩的REE分布是右倾型(例如OIB，CFB)，故玄武岩部分熔融形成的TTG也应当是右倾型的REE分布。太古宙TTG与埃达克岩的地球化学性质貌似相似，实际上二者之间没有任何关系，把两个没有关系的TTG与埃达克岩联系起来，不能不犯错误。关于地球化学是否被误用的问题，笔者等主要讨论下面几个问题。笔者等早已指出，国外研究者提出的判断是否埃达克岩的Sr/Y-Y图是错误的。什么是埃达克岩，埃达克岩的地球化学标志是什么?Defant和Drummond (1990)已经给出明确的说法(例如Sr>400×10-6，Y<18×10-6，Yb<1.9×10-6，前提是SiO2>57%)，埃达克岩富Sr贫Yb和Y就是这样得出来的。但是，埃达克岩富Sr贫Yb和Y并不能演绎为Sr/Y值规律，这样演绎的错误在于：(1)Sr/Y值不同于学术界常用的Na/K、Fe/Mg、K/Rb、Rb/Sr、Nb/Ta、Th/Ta、Cr/Y等比值关系，Na/K、Fe/Mg、K/Rb、Rb/Sr、Nb/Ta、Th/Ta、Cr/Y值等是合理的，因为，上述比值受单一因素制约，而Sr/Y值却分别受两种不同的矿物成分及其含量的制约(图6)。图6 Sr/Y图中的Sr和Y分别受不同矿物控制示意图
(2)一个花岗岩是否是埃达克岩，不决定于Sr/Y值是否高，高多少，而是决定于Sr含量是否高(Sr必须400>×10-6)，Y含量是否低(Y<(20～35)×10-6)(见图1)。如果不考虑Sr含量，例如一件花岗岩样品的Sr=200×10-6，Y=5×10-6，则Sr/Y=40，它是否埃达克岩呢?按照Sr的标准，它不是埃达克岩；按照Sr/Y值关系，它是埃达克岩。其实它是低Sr低Y类型的花岗岩(见图1)。(3)于是，上述比值关系即犯了第三个错误：既然有了Sr含量的标准，又提出Sr/Y值的标准，即犯了逻辑学上“手表定律”的错误(注：手表定律 (Watch Law)又称为两只手表定律、矛盾选择定律。只有一块手表，可以知道时间；而拥有两块或者两块以上的手表并不能告诉你更准确的时间，反而会制造混乱)，在科学研究上犯这样的低级错误是不应当的。一个花岗岩样品，如果其地球化学特征主要是富硅(SiO2>57%)，富LREE和LILE，亏损Nb—Ta，它可能是什么构造背景呢?可能许多人回答是岛弧环境。这个回答毫无疑问是正确的，但是不够，不够在它也可能是陆壳环境的反映。因为，硅铝壳本身的特点就是富硅、富LREE、LILE和亏损Nb—Ta的。有人认为，板内环境应当是Th、Ta含量大体相当。板内构造环境Th=Ta这个指标是针对玄武岩来说的，不是针对花岗岩来说的。陆壳的特征是Th>Ta，故由陆壳部分熔融形成的花岗岩的特征也是Th>Ta，而不是Th=Ta。那么，岛弧岩浆岩类似陆壳的这个地球化学特征是怎么来的呢?是板块消减作用带来的，是板块俯冲时把水和其他一些沉积物带入地幔楔，导致地幔楔部分熔融形成的。图7表明，岛弧Th>Ta，根源是陆壳Th>Ta，Th>Ta的陆壳被消减进入地幔楔，加入地幔楔部分熔融，形成的玄武岩即具有Th>Ta的特征。与地幔部分熔融形成OIB的过程对比(图7)，陆壳与岛弧Th>Ta的关系是爷孙关系。而文献中往往把陆壳上的具有上述特征的岩浆岩指认为是岛弧环境，岂非颠倒了因果关系? 图7 岛弧地球化学特征与陆壳的关系
图中圆圈内，浅灰色代表Th的含量，黑色代表Ta的含量。地幔基本上是Th=Ta，地幔楔也如此。地幔楔部分熔融产生的玄武岩之所以Th>Ta，是因为有Th>Ta的陆壳物质加入的结果
5.3 中国东部中生代岩浆岩与西太平洋板块俯冲的关系中国东部中生代花岗岩是否与西太平洋板块的俯冲有关，是一个长期争论的问题。问题的根源的一个重要的方面就是上一节所说的颠倒了爷孙关系，颠倒了因果关系(图7)。把陆壳本来的特征说成了岛弧、活陆缘弧的特征，而完全不顾中国东部在中生代时有没有活动陆缘弧存在的地质证据。笔者等等曾经考虑，东海、黄海大陆架有没有中生代花岗岩，是考验上述理论的一个重要证据。板块构造理论以及各地的情况不同，安第斯弧距离智利海沟约400～500 km，日本弧距海沟约200 km，近处仅50km，琉球海沟距琉球弧约200 km。因此，海沟与岩浆弧的距离一般约200～500 km。按照板块俯冲的观点，东海、黄海大陆架由于靠近俯冲带，应当有大量的中生代中酸性岩浆岩分布。而实际上，根据目前的资料，东海只有靠近苏浙闽地区的大陆边缘有少量中生代中酸性岩的分布，而这个花岗岩东界的位置距冲绳海槽有约400 km的距离(图8)，而冲绳海槽距琉球海沟还有约300～500 km的距离。因此，中国东部中生代岩浆活动出现在板块俯冲带(冲绳海槽)700～800 km以外的地方(图9)，而距离海沟700 km以内竟然没有任何中生代岩浆活动的证据，这是板块构造理论不可能出现的结果，说明中国东部中生代岩浆活动与西太平洋的消减作用不可能存在任何关系!图8 东海大陆架中生代岩浆岩分布图
注意，图中中生代花岗岩东界的位置距冲绳海槽盆地(具弧后盆地性质)约400 km
图9 东亚区域构造略图
红色曲线示中国东部中生代花岗岩分布的东界(资料据图8)，距琉球海沟约700～800 km
地球化学研究中一个经常出现的错误即壳源花岗岩、幔源花岗岩和壳幔混合源花岗岩问题。众所周知，花岗岩不可能是幔源的，壳幔混合源也不可能。前面已经讨论了，陆壳非常复杂，比地幔不知复杂多少倍。地壳不仅仅是由长英质物质组成的，地幔岩、基性岩、碳酸盐岩、磷酸盐岩等，都可以是地壳的组成部分。即使一个花岗岩具有MORB的Hf同位素特征，这个花岗岩也不可能是幔源的，而是具有MORB特征的玄武岩贴在下地壳底部成为下地壳成员之后经历了再次的部分熔融形成花岗岩的结果，而不是幔源岩浆直接部分熔融的产物。上述是地球化学被误用的几个实例，而有些地球化学被滥用，就缺乏科学性可言了。地球化学被滥用的一个重要的表现是把地球化学简单化为投图地球化学，以为只要样品点投在图中的哪个位置，结论就自然出来了。而不论是在什么地方采集的样品，只要投在岛弧区，就认为是岛弧环境的；投在洋岛区，就是洋岛环境的。找几个个哈克图解，把样品点投进去，把它们连接起来，不管它们是否同一个侵入体的，是否同一个时代的，是否同源的，甚至把辉长岩、闪长岩、暗色微粒包体也囊括进来，与花岗岩(包括花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩)一起，统统当成了一个系列(图10)，就说发生了结晶分离作用或某种分异作用等，这显然是不可能的。一个哈克图解，昨天分离结晶时髦，就解释为分离结晶；今天堆晶岩时髦，就解释为堆晶(图10)，这不是研究地球化学而是糟蹋了地球化学。图10 浙江省雁荡山火山—侵入杂岩SiO2—Zr/Hf (a)和Eu/Eu—Rb/Sr (b)协变图解
例如图10，该图至少存在如下问题：①把二长斑岩和正长斑岩与包体一起作为堆晶的产物是不对的。因为，二长斑岩和正长斑岩可能是壳源的，包体贫硅，应当是幔源的，幔源与壳源是两个不同类型的物质，把它们混为一谈，统统作为堆晶的产物，逻辑不通；②二长斑岩和正长斑岩的数据集中在一个很小的范围，说明它们之间基本上没有关系；③富硅火山岩与二长斑岩，正长斑岩之间是断开的，说明与侵入岩不存在相关性，更谈不上是二长斑岩和正长斑岩分异形成堆晶岩以后分离结晶的残余岩浆；④该文作者采用富硅熔体抽离的说法，也没有任何依据。因为，是什么导致了抽离，抽离发生的机制，动力来源是什么，并没有交代清楚。另一个是美国内华达州拉斯维加斯中新世中期Searchlight所谓的堆晶花岗岩的实例(图11)。按照该文作者(Miller and Miller，2002)的描述，这是一个堆晶花岗岩。SiO2差异较大，从45%～75%。该文作者将该岩体分为3个单元：上部单元为细粒石英二长岩，中部单元为花岗岩，下部单元为具岩浆片理、颗粒较大且更镁铁质的堆晶状石英二长岩。上部为岩浆侵入的前锋，下部是堆晶岩。同位素和微量元素数据表明上部和下部的与花岗岩有共同的起源，该侵入体是一个层状侵入体。图11 美国内华达州拉斯维加斯中新世中期Searchlight侵入体的代表性元素数据
(a) 总Fe(以Fe2O3表示)与SiO2的关系； (b) K2O与SiO2的关系；(c) Sr与SiO2的关系；(d) 示意的Searchlight侵入体的成分地层学剖面；图例中的SL为Searchlight侵入体的缩写
笔者等根据该文的描述及对数据的分析指出：上部单元可能属于高钾钙碱性的二长花岗岩，具埃达克岩的地球化学特征(据图11C和D及原文的数据)；中部单元可能为淡色花岗岩，是低Sr低Y类型的；下部单元(不考虑出露的基性岩)为花岗闪长岩或石英闪长岩，高钾钙碱性，具埃达克岩的特征(据图11C和D及原文的数据)。因此，Searchlight岩体实际上可能是由3个侵入体组成的，上部和下部虽然都是埃达克岩，实际上分别为两个不同的侵入体：上部偏酸性，为石英二长岩或二长花岗岩；下部偏中性，为花岗闪长岩或石英闪长岩。中部为强酸性的低Sr低Y类型的花岗岩，显然与埃达克岩不可能是同源的。从图11看，下部单元中有大量的基性岩(辉长岩类)。3个侵入体的SiO2含量明显不同，上部单元SiO2=63%～71%，下部贫硅(SiO2=61%～65%，一件为70%)；中部富硅(SiO2=69%～78%)，说明它们不可能是同一个侵入体。此外，把下部单位作为堆晶岩也没有证据，因为，岩浆片理不是堆晶矿物定向的排列，把幔源的基性岩拉进来作为堆晶岩的证据也没有道理。本文评论认为，该文在20年前可能是一篇好文章，今天来看就是垃圾了。理由：①该文数据质量堪忧，这局限于当时科学技术的水平，无可指责；②该文作者野外研究粗糙，根据该文资料，分明是3个侵入体，却当成一个侵入体处理，显然不合适；③岩石定名不精，上部单元和下部单元的SiO2含量明显不同，不可能是同样的名称；④该文存在许多概念性错误的地方，即使在20年前也不合适，例如：(a)即使按照岩浆岩分离结晶或分异的观点，岩浆分异的顺序也是从基性到中性到酸性，而该文从下到上是从偏基性到酸性到中酸性；(b)基性岩是幔源的，花岗岩是壳源的，二者不可能组成同一个侵入体；(c)该文将岩浆片理作为花岗岩具有堆晶结构也不符合堆晶结构的概念。但是，从今天的角度，该文仍然具有参考价值，其价值在于该3个侵入体属于埃达克岩和低Sr低Y类型的花岗岩，代表地壳加厚的背景，类似中新世时期喜马拉雅地区的情况。中新世时期，冈底斯出露的花岗岩主要是埃达克岩，喜马拉雅同时期则既有埃达克岩也有低Sr低Y类型的花岗岩且以后者为主，表明当时的冈底斯地壳厚度超过了喜马拉雅。在中新世时，冈底斯山比喜马拉雅山更高。国外学者有一个捆绑式研究的思路，是不值得国内学术界仿效的。国外研究有许多好思想，好方法，值得我们汲取。但是，国外也有一些并不好的思路和方法，需要我们认真思考。笔者等认为，捆绑式的研究方法可能就属于不可取之列。例如埃达克岩，Defant and Drummond(1990)是根据岩石的地球化学特点来定义的：SiO2≥ 56%，Al2O3≥ 15%(很少低于这个值)，通常MgO< 3%(很少高于6% )，贫Y和HREE(Y ≤18 × 106，Yb ≤1.9 × 10-6)、富Sr(很少低于400 × 10-6)，n(87Sr)/n(87Sr)通常小于0.7040。其中最重要的是其高的Sr/Y和La/Yb值和低的Y和Yb含量，故Sr/Y-Y图和La/Yb-Y图是两个最常用的判别埃达克岩的图解。Defant和Drummond(1990)在首次提出埃达克岩的术语时明确指出，它是与年青的(≤25Ma)俯冲板片有关的新生代岛弧环境中的火山岩或侵入岩。上述研究即把埃达克岩的定义与其解释联系在一起，说明埃达克岩的含义，这本来是好事，但是，如果把定义与解释捆绑在一起，非此即不是埃达克岩，则不可取了。例如Atherton和Petford (1993) 发现秘鲁的富钠火山岩即具有adakite的特征，但没有使用埃达克岩这个术语。因为，他们解释秘鲁的富钠火山岩(即埃达克岩)不能用板块俯冲来解释，而用加厚地壳底侵玄武岩的部分熔融来解释。国内许多学者长期坚持埃达克岩产于板块俯冲带，非此就不是埃达克岩，即是受这种捆绑式思路的影响。Castillo(2006)在评论埃达克岩的成因时即指出，15年前，Defant和Drummond(1990)出于良好的愿望，将埃达克岩定义为板片熔融的产物，这个定义一出现就引起了研究者的广泛关注，同时也引发了混乱。于是，许多研究者只要发现了埃达克岩，不管它的时代如何，也不论它有什么样的岩石组合，就认定它与板片熔融有关，处于岛弧和消减带环境，而一切非岛弧环境的不能称为埃达克岩。Rapp等(1995)指出，板块俯冲和加厚的陆壳都可以形成埃达克岩，这在实验岩石学上没有困难。另一个例子是赞岐岩。赞岐岩(sanukite)主要产于日本中新世(11～14 Ma)的Setouchi火山岩中，以贫Si(玄武—安山质)、高Mg#(>0.6)和较高的Cr、Ni含量和K/Na值(0.33～0.52)为特征，富集LILE和LREE，通常具弱的负铕异常，亏损高场强元素，通常解释为在岛弧背景下含水的地幔橄榄岩部分熔融形成的。Shirey和Hanson(1984)将赞岐岩的术语引入太古宙，将太古宙具有赞岐岩特征的高镁闪长岩及相应的火山岩称为赞岐岩岩套。日本新生代的赞岐岩由于出露少不太引入注目，引入太古宙研究以后，由于高镁闪长岩的广泛分布，由于太古宙研究被明显重视，赞岐岩于是受到了广泛的关注。Shirey和Hanson (1984)定义的赞岐岩为二长闪长岩-粗面安山岩(高镁闪长岩)，其Mg#>60，Ni和Cr>100×10-6，Sr和Ba>500×10-6，富LREE([Ce/Yb]N=10～50，CeN>100)和LILE(如K、Sr、Zr和Nb等)，亏损HREE(YbN=6～12)，无Eu异常或有弱的负Eu异常，表明太古宙高镁闪长岩的主要地球化学特征类似于日本新生代的赞岐岩，推测是交代地幔部分熔融形成的，并伴有明显的分离结晶作用的影响。但是，太古宙赞岐岩与新生代赞岐岩的地球化学特征也有一定的区别，例如太古宙高镁闪长岩的La/Yb值和Sr、Ba含量明显高于新生代赞岐岩(日本中新世赞岐岩的Sr和Ba<400×10-6。于是，许多人认为，太古宙赞岐岩更类似受到地幔混染的埃达克岩，属于低硅埃达克岩，与埃达克岩可能具有类似的成因。这显然是不合适的。其实，赞岐岩不光产于消减带之下的地幔楔，只要有水存在，地幔橄榄岩加水部分熔融就可能形成富硅的(与玄武岩对比)赞岐岩或其他类型的高镁安山岩(或闪长岩)。例如，承德地区的早白垩世义县组火山岩，有人根据Sr高Y低的特征即认为是埃达克岩，其实应当是赞岐岩。但是，义县组所处的环境不可能是与板块俯冲带有关，应当是陆内伸展阶段含水地幔橄榄岩部分熔融的产物。义县组火山岩不论是埃达克岩还是赞岐岩，均与板块俯冲无关。其他还有玻安岩、阿拉斯加型岩体等，也认为是与岛弧环境有关的。上述岩石的定义一般是最先研究时提出来的(国外非常尊重首次研究的结果，这与尊重知识产权是类似的)，解释也是最先研究时的推测。如果上述结果被当成唯一的解释被固定下来，把定义与解释捆绑在一起，就不可取了。其实，一个岩石的地球化学标准或定义是独立的，但是原因可能不止一个，解释也可能具有多样性。把定义与解释捆绑起来的固定式思维方式也是不符合实际的。例如上述几种岩石，在后来的研究中发现，可以出现在其他构造背景。例如上述岩石均可以产于板块内部环境。因此，我们必须把地球化学研究与地质、构造研究结合起来，这样，才能得出比较科学的认识，也不会让前人的研究限制了自己的思路。其他学科也有类似情况，如有人将山顶壶穴与冰水冲蚀成因捆绑，称为“冰臼”，而事实上，山顶壶穴更可能是差异风化成因。地球化学是一门严谨的科学，研究地球化学需要有严密的思路、严格的方法、严肃的态度。笔者等在10年前曾经就花岗岩研究的哲学问题有过一些议论，主要关注的即是地球化学研究的思路、方法、态度问题。笔者等在2010年还发出了一封公开信，指出花岗岩理论上存在的危机和花岗岩研究思路上存在的危机，提出花岗岩研究要回到野外去，呼吁学术界要正视危机，抓住机遇，改变现状。十多年过去了，情况改变很少，在某些方面甚至还更加严重了。看来，缺乏“三严”的地球化学正滑向危险的境地。科学研究必须与时俱进，跟上时代的步伐。科学发展是有加速度的，我们必须与时俱进。例如有些20世纪70年代的判别图，个别文献还在使用，是不可能得出可信的结果的。如图12所示，是笔者等采用大数据方法检查的结果，显然上述判别图应当淘汰了。图12 玄武岩Ti—Zr—Y判别图(a，Pearce and Cann， 1973)和Zr/Y—Zr判别图(b， Pearce and Norry， 1979)
资料来源：GEOROC数据库，采用的全球MORB有效数据8502个，VAB 17743个，OIB 5469个。中心密集区为全部数据的20%(代表各自的核心数据)。(a) 图OIB与MORB及IAB可以区分开来，但是，MORB与VAB几乎是重叠的，只是VAB的数据更加分散而已。(b) 图显示随着Zr/Y值的降低，依次从OIB变为VAB和MORB；OIB和MORB的位置基本可用，而VAB的核心数据却落在MORB与OIB之间，基本上没有落在早先的VAB区，说明早先的判别图采用的数据不具有代表性
地球化学为什么比其他地学学科发达，原因是地球化学研究的方法先进。地球化学手持先进的仪器设备，理应创造出更先进的成果，获得更多理论上的进步。可惜，由于我们思想上的落后保守，我们在地球化学研究上虽然也取得许多成绩，但是，也带来了一些负面影响，这是令人惋惜的。横向对比地球科学各分支学科，地球化学理论创新、应用研究出彩的地方实在乏善可陈。而章雨旭(2006)指出的地质学中常见的逻辑错误，许多正是地球化学家易犯的。地球化学应当怎样研究，什么是地球化学研究的前沿，如何回归地球化学的本性，如何推进地球化学更上一层楼?这是一个具有前瞻性的问题，文中提出两个方面的建议供学术界参考。8.1 地球化学要与地质学、构造学、岩石学、矿物学、矿床学密切结合这里有两个方面的问题：一个是地球化学研究要以地质研究为基础，这是地球化学研究的正路。脱离了基础，地球化学就成了空中楼阁。另一个是地球化学属于高层次研究领域，它可以提出比基础地质更清晰的认识，需要与地质学密切配合，推进地质学跨越式发展。地球化学来源于地质学，地质学是地球化学的根。地球化学研究一个很重要的目的是解决地质问题，如果不了解地质问题，如何解决地质问题?迄今为止，地球化学研究所得出的一切理论、规律、见解、认识、判别图等等，统统属于猜测，猜测需要证伪，经过证伪的猜测才能成为理论。姑且称这个理论为理论1，这个理论1从本质上仍然属于猜测，经过反复的证伪，理论1将被修改或淘汰，被新的理论2所代替，上升成为新的理论。新的理论2仍然属于猜测，需要新的证伪，从而得出更新的理论3。如此等等，科学就是这样反复的猜测—证伪—猜测而不断发展进步的。例如曾经统治学术界多年的槽台论，它既是一个理论(理论1)，也是一个猜测，经过证伪，槽台论被淘汰，让位于板块构造理论(理论2)。板块构造理论也是猜测，正在不断地被证伪，总有一天，板块构造理论要让位于新的地球科学理论(理论3)。当前地球化学研究有几个热点，这些地球化学研究的成果也统统属于猜测，不是完成一篇文章即万事大吉了，而是需要去证伪。例如关于太古宙板块构造起源问题，已经提出许多见解了，现在需要的是证伪，而不是去积累更多的证据，因为，再多的证据也不能将猜测转变为理论，你找到一万只白天鹅，不如去找一只黑天鹅。如何解决太古宙是否存在板块构造的问题，笔者等认为，回到野外去应当是一个正确的途径，采用的方法是去太古宙地区填图。查明太古宙岛弧在哪里，陆壳在哪里，洋中脊在哪里，洋岛在哪里?TTG是如何分布的，科马提岩相当于什么构造背景，绿岩带代表什么?太古宙蛇绿岩在哪里?什么是蛇绿岩?蛇绿岩是有确定定义的，我们不能设立一个新的太古宙蛇绿岩的标准，绿岩带不可能是蛇绿岩，科马提岩也不可能是蛇绿岩的成员。那么，太古宙的哪些岩石及其岩石组合是蛇绿岩的成员呢?这可能是解决太古宙有没有板块构造的关键。地球化学就是要在这些问题上进行研究，才能真正解决太古宙的问题。例如，花岗岩分离结晶问题，堆晶花岗岩问题，也需要回归地质才能搞明白，不能仅仅依靠哈克图解。要搞明白玄武岩是怎么分离结晶的，堆晶岩是怎么一层一层堆积起来的。再回到花岗岩野外，考察花岗岩是否存在辉长岩那样的堆晶岩，所谓的层状花岗岩是否层状的，是否堆晶的?地球化学研究工作一定要做细，要有严密的思路、严格的方法、严肃的态度。要把地球化学从虚无缥缈中拉回来，结结实实扎根于地质这个基础。这样，才能使地球化学研究回归正路。8.1.2 地质学是基础，地球化学、岩石学、矿物学等是高一个层次的学科按照突现论的认识，科学的发展是从一个层次到一个更高的层次，而每一层次都对应着一门或几门专门的学科。以地质学为例，随着科学的进步，从地质学里演变(突现)出岩石学(沉积岩岩石学、变质岩岩石学、岩浆岩岩石学、地幔岩岩石学等)；随着研究的深入，又从岩浆岩岩石学中分出岩石化学、微量元素地球化学、同位素地球化学等学科。岩石化学、微量元素地球化学和同位素地球化学是更高层次的，且对应着地球化学这门新的学科。在这里，岩石学为第一层级，地球化学为第二层级。下一个层级比上一个层级更加复杂，下一个层级是从上一个层级演变来的，二者是有联系的。事物的发展到此并未结束，现在又出现了纳米地质学，纳米岩石学和纳米矿物学，这是新开辟的领域，是一个更高的层次的学科。按照这个趋势，今后还会出现量子地质学、量子岩石学和量子矿物学。不同层级有不同的研究领域，不同的研究目标，不同的研究方法，没有高低贵贱之分。但是，毫无疑问，高层级解决了低层级许多解不开的问题，使科学向更高、更广、更深层次发展。例如，放射性同位素的研究(Nd、Hf、O等)即提供了许多新鲜的认识。对于这些认识，地质学要紧紧跟上，才能反哺地质学，推动地质学更上一层楼。例如，中国地质一个最基本的地质问题之一：华北地台为什么缺失从晚奥陶世、志留纪、泥盆纪到早石炭世地层的问题。在大学地史学教科书中就有这方面的叙述，为什么迄今无人问津?大家似乎习以为常了。其实这个问题是有答案的，因为，根据华北地台周边的研究，存在一些志留纪、泥盆纪岩浆活动的记录，证明在志留纪—泥盆纪时期，华北可能是一个高原，其规模可能比中生代的中国东部高原还大。这个高原现在消失了，似乎已经无迹可寻了，其实，这正是地质学需要研究的问题。历史上地壳厚度变化频繁，今天的青藏高原，以后必然垮塌，正所谓沧海桑田，是非常正常的，也是迫切需要研究的。例如，根据埃达克岩的分布，可以推论美国内华达州卡林型金矿分布区即是一个中新世的山脉。我们根据福建紫金山与斑岩铜矿有关的埃达克岩及其分布，提出在100Ma前后可能存在一个浙闽山脉(从浙江省绍兴延到闵西南和粤东)。有山脉必须有构造运动，幸亏早先已经有这方面的研究，才证实(证伪)了这个推论。这个地球化学实例其实也证实了顾知微先生于1989年根据地层学研究得出的认识。关于中国东部高原问题，早先已经有许多学者提出了这个认识，即今天的中国地势是西高东低，而中生代可能是东高西低。我们对中国东部早白垩世花岗岩的研究证实了早先的猜测，这也是不同学科之间相辅相成，互为补充的一个实例。对这种跨学科研究所取得的结果，往往可以激发出新的认识，推出新的边缘学科。例如，如果把恢复早先存在而今已经消失的地质现象作为一个课题来研究，如果进一步将这种研究发展成为一门学科，我们岂不是在地质学上领先国际学术界一步?这时，我们是否可以拿着这个认识，去发现全球各地的高原和山脉，厘定高原和山脉的分布、规模及其与成矿的关系。将中国地球化学研究发展到更高的水平，将地球化学研究与其他学科密切配合，推出一系列新的边缘学科，这无疑可以成为中国科学家对地球科学基础理论研究的重要贡献。(1)大数据是第四科学范式，是科学研究进入新时期的标志，尤其当今的人工智能技术(AI)、ChatGPT技术等已经发展到了超出人类智慧的程度，我们如果仍然抱残守缺，将被远远地甩在后面。就地质学领域来说，地球化学是以数据见长，因此，是最有利于应用大数据方法来进行研究的学科，学术界也的确在地球化学大数据研究中取得越来越多的成绩，这是非常好的势头。(2)传统研究的方法无一例外地是采用归纳法，而归纳法是天然有缺陷的。归纳法企图从个别的研究得出具有普遍性(一般性)意义的结果，这实际上是做不到的。休谟早已对归纳法作了批判，指出归纳不可能从特殊到一般。例如玄武岩判别图，基本上都经不住大数据研究的检验。(3)传统的研究基本上是按照因果关系来进行的，科学研究即是对因果关系的追求。而实际上由于地质现象揭露得不完全，人们对因果关系的理解往往并不完全符合实际。例如判别图基本上就是按照因果关系的思路或理论得出来的，由于元素的地球化学行为受制约的因素较多，研究采用的是抽样的数据，并不能得出具有一般性意义的认识，故研究所得出的因果关系未必是因果关系。而大数据研究的特点是重视相关关系，不强调因果关系。实际上，相关关系的结果并不一定比所谓的因果关系效果差(例如图12)。(4)笔者等在长期科学研究中发现，人为因素对科学研究的影响是非常大的。一个露头、一堆数据、一张图解，不同人会有不同的解释，甚至得出南辕北辙的结论，这是非常不利于探索真理的。因此，笔者等认为在科学研究中应当尽可能地减少人为因素对科学研究结果的影响。如何能够做到这一点呢，大数据是一个可行的方法。大数据用计算机代替大脑思考，得出的结果是最接近真实的。(5)大数据是实用主义科学，它不介意理论是否正确，数据是否良莠不分，它不考虑数据之间是否存在因果关系，它不采用理论驱动模式或模型驱动模式，它采用的是数据驱动模式，挖掘的是隐藏在数据中的价值。故采用大数据方法可以得出传统研究不可能得到的令人惊叹的结果。例如笔者等前面提到的TTG是否相当于埃达克岩的问题，判别图的问题等。笔者等在这里特别推荐全数据模式，全数据模式并不复杂，它即是一网打尽某个问题的全部数据的方法，用这样的方法得出的结果解决了归纳法不足的问题。(1)地球化学是当今地球科学各领域中最热门的学科了，其SCI也最多，原因之一是地球化学有很好的仪器设备，可以出很好很漂亮的数据，可以发表很漂亮的文章，地球化学研究水平也因此而水涨船高，并导致其他许多学科纷纷向地球化学靠拢。这是好事，但同时也孕育了地球化学的危机。(2)地球化学研究应以地质为基础，现在有一种重数据轻野外的倾向，是需要纠正的。太古宙是否存在板块构造，光有地球化学数据不够，需要野外地质证据。用地球化学研究代替地质和构造研究的趋势不可助长。(3)地球化学危机主要表现在：丢掉了基础，丢掉了前提，没有了思想，超越了范围，简单化以及地球化学数据的滥用等。地球化学研究盲目扩大研究范围，企图代替其他学科的研究，必然是行不通的。让不同质的物质进行对比，思维固定化，使研究变得死板，得出的结果必然是经不起实践检验的。(4)地球化学研究出现危机，危机孕育机会，机会导致发展。地球化学应当回归正途，引入大数据研究，加强数理化基础，推动地球化学研究进入新范式，带动地球科学跨越式发展。致谢：本文是应任纪舜院士之邀撰写的，撰写中笔者等还在不断思考，对提升笔者等的认识非常有益。文中一些图件的绘制得到了陈万峰副教授和袁方林博士的帮助。编辑部章雨旭研究员对笔者等初稿提出许多很好的建议与评论，提供了相关的文献，对提高笔者等的认识以及本文的修改非常有益。汪洋教授仔细审阅了本文，提出了很好的修改意见与批评，笔者等特此表示衷心的感谢。-------END------
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原文来源：张旗，原杰. 地球化学研究的危机与机遇. 地质论评，70(2)，2024020011
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1.张旗等：新时代花岗岩的新理论
2.吴福元院士等：南岭高分异花岗岩成岩与成矿（新成果与3大研究方向）
3.陈凌等：俯冲构造vs.地幔柱构造——板块运动驱动力新认识
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