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羅照華:“地球化學”正在摧毀地球科學

平均性質不是判別標志

在“也談地球化學的思考”一文中,以“山東大漢”為例闡明了平均性質為什么不能作為判別標志。這個問題的哲學表述就是:一般來自對個案的歸納,但一般不能代表個案,個案也不能代表一般。從統計學的角度來說,平均性質是離散性觀測數據集的統計特征值之一,用于表達觀測對象的總體特征。由此,根據“山東大漢”這一平均性質,既不能肯定某“大漢”是山東人,也不能確定某“小漢”就不是山東人。這一點可以從Pearce的構造環境判別圖解看出來,因為即使他提供的原始數據也存在跨區現象。可見,平均性質僅僅為進一步研究指明了優先方向,而不是研究工作的終結。

由此可見,將平均性質作為判別標志雖然不是一種錯誤,卻使研究工作不完整,沒有得出所期待的研究結果。然而,大量的文章重復這樣的故事。以火成巖為例,這些文章的共同特點是簡單介紹樣品的地質背景和巖相學特征,然后詳細介紹測試方法和測試結果,再將測試結果進行模式化解釋。細心的讀者可以發現,文章中通常不介紹測試樣品的原始重量和縮分流程。這就是說,不管其樣品測試方法多可靠,不管其測試精度多么高,讀者依然不敢相信測試結果的真實性,因為缺少了樣品代表性這樣的前提條件。我們也可以發現,文章的討論和結論部分基本上與地質背景和巖相學特征無關,只是從前人發表的模型中任意選擇一種解釋作為自己的結論。這樣的文章對科學進步和生產實踐沒有任何實質性意義。

由于缺乏進一步的證據約束,研究者對同一研究對象往往給出不同的解釋,甚至同一個作者或學術團隊在這篇文章中支持這樣的觀點,另一篇文章中又贊成另一種觀點。美其名曰不同觀點之爭,但又不說明觀點反復變化的依據。以攀枝花式鐵礦為例,近年來自然基金委投入巨資,除了獲得一些新的測試數據之外,沒有任何新的科學研究進展,作者們總是在分離結晶作用、液體不混溶、通道成礦這些前人早就已經提出的模型之間徘徊,也沒有對這些模型進行進一步限定,更沒有注意到所提供證據與這些模型的沖突。甚至有的作者不知道礦床學術語。例如,礦床學中早就有海綿隕鐵結構這個術語,有的作者將其稱為變形蟲結構;礦床學中早就有整合和不整合型礦體這樣的術語,有的作者卻以為是新名詞;有的作者援引通道成礦模型,卻不指明通道在哪里,為什么巖漿恰好在層狀巖體處卸載成礦金屬,為什么礦體具有不同的地質產狀。

也許有的讀者會問,既然這些文章如此不堪,為什么能夠發表,甚至在高級別學術期刊上發表。對此我只能猜測,可能審稿人與作者同樣無知,或者只希望獲得作者提供的數據。如果這種猜測可信的話,就很容易理解為什么中國學術界在國際期刊中發表了大量論文卻在相應的學術機構中沒有話語權。在國際地學界早已開始以研究地質過程為主的今天,中國地學界卻依然停留在研究地球化學組成的狀態;而對于系統地球化學性質改變的原因,卻只是簡單套用1950年代就已經眾所周知的模型!

層狀巖體中堆晶巖成因之爭:巖石學vs.“地球化學”

作為“地球化學”正在摧毀地球科學的一個典型實例,是近年來發生的“堆晶巖成因之爭”。傳統上,層狀巖體中的堆晶巖被作為巖漿原地分離結晶作用的有力證據,與鮑文理論的預期“完全”一致。但是,近年來發現了一些新的證據動搖了該模型的基礎:(1)層狀侵入體的成分剖面變化多樣,揭示了層狀侵入體的多脈動巖漿組裝過程;(2)巖漿房過程的研究揭示了分離結晶作用的具體約束機制,表明了原位分離結晶作用的不現實性;(3)火成巖的晶體群研究表明層狀侵入體屬于熱力學不平衡系統。據此,以Marsh為代表的巖石學家提出了“無斑晶就無侵位后分異作用”的認識。但是,這種認識立即遭到了以Latypov為代表的“地球化學家”的強烈反對。我在這里給“地球化學家”幾個字打引號,是因為我不認為他們是地球化學家,只學會了地球化學數據的模式化解釋。

以巖漿房過程為例,傳統上認為只要某種礦物先結晶,由于晶體和殘余熔體之間存在密度差,就必然會發生晶體沉降或上浮,從而產生堆晶巖和殘余巖漿。直到整個巖漿侵入體固結為止。但是,有兩個因素可以抑制晶體沉降(上浮)過程的發生。一個是晶體的半徑(與浮力有關),另一個是結晶度(與巖漿黏度有關)。由Stock"s定律:

可以看出,在巖漿黏度不變的條件下,晶體沉降(上浮)速率(v)主要取決于顆粒半徑(r)而不是密度差(rc-rl),因為v與r的平方成正比,而一旦晶體種類(如橄欖石)確定,密度差就基本上是一個常數。此外,隨著巖漿冷卻和結晶,熔體黏度和巖漿總黏度都將增加,這將大幅降低晶體沉降(上浮)速率v。因此,只有較大的晶體可以實現快速沉降(上浮),堆晶作用被限定在巖漿結晶度達到~25vol%之前。然而,由于巖漿房的固結過程從邊緣向中心發展,晶體在沉降(上浮)過程中必須通過一個高溫區,這將會導致晶體被再吸收。換句話說,如果發生堆晶作用,這一過程必須在巖漿演化早期發生;但是,巖漿巖化早期晶體較小、晶體沉降(上浮)路徑中存在一個高溫區,都是不利于對晶作用的因素。據此,Marsh認為發生堆晶作用的礦物晶體是外來的循環晶(antecryst),而不是原位結晶的晶體。換句話說,它們原本就有較大的粒徑。

作為一種抗爭,有人提出了巖漿房側翼晶體沉降驅動的對流模型,認為形成堆晶巖的晶體不是通過直接沉降而是通過對流堆積在巖漿房下部。Skaergaard巖體似乎可以作為證據,因為它的側翼巖系很薄。這種觀點似乎不僅可以解釋堆晶巖的形成過程,而且可以解釋火成層理的成因。然而,數值模擬表明,這種對流模型要求大的方向比(高/寬>1),而層狀侵入體一般具有很小的方向比(席狀侵入體),如攀枝花巖體為2/19。此外,數值實驗也不能再現層狀侵入體中觀察到的那種不同尺度的火成層理。這就是說,盡管鎂鐵質層狀侵入體是流行火成巖理論的主要知識源泉之一,也還存在許多難以理解的現象。正因為如此,巖石學家試圖找到新的突破點,以推進火成巖理論向前發展。

但是,以Latypov為代表的“地球化學家”無視這些新證據,依然根據投點分布趨勢堅持原位分離結晶作用的解釋。這樣就出現了一種奇怪的現象:巖石學家認為傳統的巖石學模型需要改進,“地球化學家”則說傳統巖石學模型沒有問題!兩軍對壘,若以發表論文數量論勝負,無疑是“地球化學家”大勝,因為他們不需要費時間去考慮制約巖漿過程的物理參數,僅僅對某些化學數據的相似性作出判斷,然后推測一種可能的地質過程。為防止同行對其“成果”的質疑,他們經常會強調多數作者持有什么樣的觀點,以表明自己的正確性和普適性。這種情況在中國演化到極致,以至于從來沒有系統學習過地球化學、巖石學、礦床學或者很久沒有關注過本學科前緣科學問題的作者也被稱為“地球化學家”、“巖石學家”和“礦床學家”。

SSZ型蛇綠巖:真的存在嗎?

另一個類似的問題是蛇綠巖的成因。根據板塊構造的基本原理和巖石組合對比,多數作者曾經認為蛇綠巖是大洋巖石圈殘片。但是,越來越多的作者報道發現了其他類型的蛇綠巖,其中最有代表性的當屬SSZ型蛇綠巖,甚至認為多數蛇綠巖都屬于SSZ型。從已閱讀過參考文獻來看,“地球化學家”對這種情況的出現起了決定性的作用,甚至將其作為利用地球化學測試數據可以單獨解決構造問題的實例。

然而,詳細閱讀這類關于SSZ型蛇綠巖的文章可以看出,這種認識基本上是建立在一些地球化學指標和俯沖帶流體與地幔楔相互作用的假設前提之上。也就是說,由于俯沖板片的脫水反應,地幔楔橄欖巖將會有流體改造的信息,而地幔楔的注水熔融則可以產生玻安巖巖漿。顯然,這個假設前提的前提是洋中脊和大洋板內缺乏流體活動的可能性。進一步,“地球化學家”假定主量元素不具備用來識別構造環境的潛力,而微量元素和同位素是有效的。據此,可以不管火成巖的地質學、巖石學、礦物學和主量元素特征,僅利用微量元素和同位素測試數據就可以判別蛇綠巖的類型。例如,對于日喀則蛇綠巖的構造屬性,有人研究了蛇綠巖中一條巖墻的地球化學特征,認為它的組成巖石類似于玻安巖,進而認為該蛇綠巖屬于SSZ型。文章得到了不少作者的引用,從而得出了雅魯藏布江蛇綠巖多樣性的結論。

但是,我將他們發表的數據與世界典型玻安巖進行對比,無論是巖石學、礦物學還是主量元素,這些“玻安巖”都與典型玻安巖明顯不同。換句話說,前人所稱的日喀則玻安巖根本就不是玻安巖!由此,根據“玻安巖”作出的“SSZ蛇綠巖”也不可靠。由此可以看出,地球化學數據的解釋并不能脫離地質學、巖石學和礦物學約束,否則就會走向歧途。說得不好聽一點,這些“地球化學家”與其說是在幫助解決地質問題,不如說是在“搗亂”,為地質問題的解決增添了更多的不確定性。

在這里順便提一句,那種認為主量元素缺乏研究意義的認識是不正確的。主量元素是一類非常重要的相容元素,它們反映了巖石的相組成和相關系,其分布特征的成因意義可以直接得到巖石學和礦物學證據的約束,也可以得到相平衡實驗的約束。例如,峨眉山大火成巖省的苦橄巖被一些作者作為原生苦橄質巖漿固結的產物,進而用來探討巖漿起源的條件和地幔柱存在的證據。我雖然支持峨眉山地幔柱系統的觀點,但不認為這些苦橄巖是原生苦橄質巖漿固結的產物,而是攜帶有大量橄欖石循環晶的玄武質巖漿固結的產物。這一點很容易通過巖相學觀察結果和實驗結果的對比來說明,因為這些苦橄巖中的所有橄欖石斑晶都具有溶蝕結構。導致這種結構的基本原因是橄欖石-熔體不平衡,要么是減壓再吸收,要么是攜帶巖漿的成分發生了改變。實驗表明,橄欖石首晶區隨著壓力的減小而擴大,這意味著橄欖石在鎂鐵質巖漿中不太可能發生減壓再吸收。那么,唯一的可能就是攜帶巖漿不是晶出橄欖石的母巖漿的殘余,而是一種外來巖漿。

埃達克巖:經是怎么念歪的!

我認為術語埃達克巖的提出是一件好事情。根據我的理解,它表明可能真的存在第三種巖漿源區:鎂鐵質巖石源區。傳統上,一般認為俯沖板片部分熔融產生的巖漿難以到達地表,它們可能會受到地幔楔和地殼的屏蔽。但是,如果關于埃達克巖的認識可信的話,就表明這種巖漿有時是可以到達地表或地殼淺部的。因此,進一步就應當研究巖漿上升條件及其地質意義。

最初,提出埃達克巖名詞的作者列出了一系列識別標志,也利用了相平衡實驗資料和俯沖板片熔融條件。然而,埃達克巖的概念引入之后發生了很大的改變,很快就演變成了兩個元素(Sr、Y)的巖石。特別是在中文文獻中,高Sr低Y成為了埃達克巖的唯一識別標志,一些明顯具有似斑狀結構且含有暗色微粒包體的花崗巖類也被當成了埃達克巖,含礦花崗斑巖也被作為埃達克巖,并將其作為埃達克巖有利于成礦的證據。我曾提出質疑:含礦花崗斑巖通常遭受過強烈蝕變,而埃達克巖最初是作為原生巖漿固結產物提出來的,將這種強蝕變巖石定名為埃達克巖是否合適?得到的回答是:某地的含礦花崗斑巖非常新鮮。真實莫名其妙!為了論述成礦特征就介紹巖體的蝕變分帶,而為了撰寫關于埃達克巖的文章,就強調巖石非常新鮮。我也曾提出建議,希望熱衷于埃達克巖研究的作者闡明埃達克巖的巖石學和礦物學特征。得到的回答同樣令人感到莫名其妙:埃達克巖是一種地球化學分類,沒有特定的巖石學和礦物學特征。我還提出過建議:暗色微粒包體是巖漿混合作用的可靠證據,這是由理論依據的,因而那些含有暗色微粒包體的巖石不應當被歸屬為埃達克巖。得到的回答是:花崗質巖漿連小的巖漿團都“吃”不掉,難道還能“吃”掉大的嗎?可見暗色微粒包體的存在恰恰是沒有發生巖漿混合作用的證據。殊不知兩種巖漿是否可以發生混合其根本制約因素是它們的黏度差,與巖漿體積大小無關。如果說與巖漿體積大小有關的話,可以說大體積鎂鐵質巖漿可以貢獻更多的巖漿熱使花崗質巖漿黏度降低,而其自身又不會固結。

現在有許多文章已經揭示,高Sr低Y特征可以有許多地質過程造成,包括熱液蝕變。因此,埃達克巖的故事與“山東大漢”的故事有點類似:高Sr低Y是埃達克巖的特征,但具有高Sr低Y特征的未必就是埃達克巖。由此可見,“地球化學家”毀掉了埃達克巖的研究前景!

類似的例子還有很多,在此不一一贅述。總體上,我感到擔憂的是,將科學研究簡單化的手法正在快速推廣。一些青年學生明知道這樣做不對,迫于提交論文的需要也只能隨波逐流。更可怕的是,一些依靠發表“地球化學”文章取得話語權的人自覺不自覺地壓制嚴肅科學。在學術交流會上,當他們詢問科學依據的時候,眼里只有地球化學測試數據。象攀枝花鐵礦這樣礦體明顯侵入巖體的地質證據竟然會被多年來視而不見,依然用原位分離結晶作用和液體不混溶模型來解釋礦床的成因;應用巖漿通道模型時,也想不到需要提供巖漿通道的地質證據。這種情況繼續下去,會使我們丟失科學思維的能力。因此,我感到這是一個很嚴重的問題,有可能毀掉地球科學。

來源:地質論壇網

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