海洋地質(zhì)專業(yè)實踐教學(xué)資源拓展研究
——以大洋巖石圈野外地質(zhì)實踐教學(xué)為例

龔小晗

[中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京，100083]

海洋地質(zhì)學(xué)是海洋科學(xué)的支柱性學(xué)科之一，主要研究被海水覆蓋的地球巖石圈及其與地球其他圈層(軟流圈、水圈、生物圈、大氣圈等)之間的相互作用。[1]大洋巖石圈是海洋地質(zhì)學(xué)的主要研究對象，其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、形成演化過程及其相關(guān)效應(yīng)是海洋地質(zhì)科研與教學(xué)的重要內(nèi)容。[1-3]由于大洋巖石圈被廣袤的海水和海洋沉積物覆蓋，學(xué)者只能通過大洋鉆探獲取的少量樣品來窺視大洋巖石圈的“廬山真面目”，這導(dǎo)致目前學(xué)界對大洋巖石圈的認識還十分有限。[3]同時，缺乏直觀的教學(xué)對象在一定程度上給海洋地質(zhì)學(xué)有關(guān)課程的教學(xué)，尤其是與大洋巖石圈相關(guān)的地質(zhì)理論和實踐教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。

蛇綠巖是出露在大陸造山帶內(nèi)的一套特殊的基性—超基性巖組合，它們被普遍認為代表了地質(zhì)歷史時期的古大洋巖石圈殘片。[4-5]洋殼剖面出露完整的蛇綠巖是對比研究現(xiàn)今大洋巖石圈結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組成以及形成演化過程的重要窗口。[5]那么，陸地上這些豐富的古海洋巖石圈地質(zhì)資源，能否進一步成為我國海洋地質(zhì)專業(yè)實踐教學(xué)資源的有力補充呢？鑒于此，在綜合考慮海洋地質(zhì)教學(xué)的對象與目標，實踐教學(xué)的內(nèi)容與時間安排，實習(xí)地的交通、氣候和住宿條件等因素的基礎(chǔ)上，嘗試以我國西藏日喀則蛇綠巖為資源平臺，以高校暑期聯(lián)合夏令營為組織形式，構(gòu)建適用于海洋地質(zhì)專業(yè)的古海洋巖石圈野外地質(zhì)實踐教學(xué)模塊。

一、大洋巖石圈研究與教學(xué)的重要性

地球自約四十六億年前誕生至今，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)演變，隨著核—幔、殼—幔等一系列地質(zhì)分異過程的發(fā)生，最終形成了現(xiàn)今具內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)的行星體。巖石圈是地球最外部的剛性圈層，是板塊構(gòu)造運動的主要載體。巖石圈主要分為具硅鋁質(zhì)陸殼的大陸巖石圈和具硅鎂質(zhì)洋殼的大洋巖石圈，其中被海水覆蓋的大洋巖石圈占到地球巖石圈的60%以上。[1，3]

大洋巖石圈在全球洋中脊系統(tǒng)的增生及演化過程主導(dǎo)了地球內(nèi)部化學(xué)分異與物理演化，是地球內(nèi)部圈層與外部圈層(水圈、大氣圈、生物圈等)之間進行物質(zhì)和能量交換的主要途徑。[3，6]這些圈層間的相互作用形成了深海巖石圈中極為豐富的礦產(chǎn)(天然氣水合物、多金屬結(jié)核、熱液硫化物等)和生物資源，也引發(fā)了大量的地震和火山活動，因此，它們直接關(guān)系到人類社會的可持續(xù)發(fā)展。[3，6]可見，了解大洋巖石圈及其與地球其他圈層之間相互作用的過程與機理是人類構(gòu)建地球系統(tǒng)科學(xué)觀、保護以及合理開發(fā)地球家園、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的重要前提。

二、大洋巖石圈研究及相關(guān)教學(xué)現(xiàn)狀

大洋巖石圈主要分布在深海之下，人們無法近距離觀察。20世紀60年代至今，國際地球科學(xué)領(lǐng)域?qū)嵤┝擞惺芬詠硪?guī)模最為宏大、歷時最久的海洋地質(zhì)調(diào)查研究計劃——國際大洋鉆探計劃[2，7]，其核心目標之一就是希望通過鉆探取樣揭開大洋巖石圈的結(jié)構(gòu)、組成與成因之謎。[2]迄今為止，大洋鉆探所能到達的洋殼深度尚不到2 km，而正常洋殼的厚度是5 km。[3，7]盡管如此，經(jīng)過數(shù)十年的不懈努力，學(xué)界對大洋巖石圈有了很多全新的認識，如建立了多樣的洋殼地質(zhì)結(jié)構(gòu)與洋脊增生模型。[3，7]更為重要的是人們逐漸認識到，地球及其各圈層并不是孤立存在的，而是一個緊密聯(lián)系、協(xié)同演變的復(fù)雜系統(tǒng)。[6]例如，全球變化實際上是巖石圈、水圈和生物圈甚至其他天體相互作用的綜合結(jié)果。[6]地球系統(tǒng)科學(xué)概念的提出也為海洋地質(zhì)學(xué)的發(fā)展拓展了新的空間，它促使人們不再孤立地研究大洋巖石圈，而是將深海巖石圈與其他圈層看作一個有機聯(lián)系的地球系統(tǒng)。

我國海洋地質(zhì)尤其是深海地質(zhì)調(diào)查研究起步相對較晚，從事相關(guān)研究與教學(xué)工作的人員總體較少。隨著國家海洋強國戰(zhàn)略的不斷推進，我國海洋地質(zhì)事業(yè)正迎來飛速發(fā)展的機遇。尤其是近十幾年，我國科學(xué)家在我國南海深水區(qū)實施了多個國際大洋鉆探航次，越來越多的中國學(xué)者有機會參與到南海大洋巖石圈相關(guān)研究工作中來，這使我國成為深海研究最為活躍的國家之一。[7]同時，我國主要涉海院校在開展海洋地質(zhì)教學(xué)時，能夠兼具基礎(chǔ)性與前沿性，及時將大洋巖石圈研究的最新成果呈現(xiàn)在教材里，并融入相應(yīng)的課程教學(xué)。[1，6]這極大地激發(fā)了學(xué)生對海洋地質(zhì)學(xué)習(xí)和研究的興趣。但由于這些院校普遍缺乏直觀的教學(xué)資源，教師在設(shè)計大洋巖石圈相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容時，不得不以基本概念和理論模型講授為主，這在一定程度上削弱了教學(xué)的效果，不利于我國深遠海地質(zhì)研究方面的人才培養(yǎng)。因此，加強實踐教學(xué)，不斷深化理實交融的教學(xué)模式對提升海洋地質(zhì)專業(yè)的教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生觀察、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新思維尤為必要。

三、大洋巖石圈相關(guān)實踐教學(xué)存在的問題

海洋地質(zhì)學(xué)研究的主要科學(xué)問題仍屬地質(zhì)學(xué)范疇[1]，因此，實踐教學(xué)對海洋地質(zhì)專業(yè)同等重要。[8-10]不同于傳統(tǒng)的陸地地質(zhì)學(xué)實踐教學(xué)，海洋地質(zhì)學(xué)的實踐教學(xué)要更加側(cè)重“海洋”[8]，其往往需要海上實踐教學(xué)平臺(如調(diào)查船、調(diào)查設(shè)備、海底觀測站等)作為支撐。[9-10]近年來，我國涉海院校結(jié)合自身的學(xué)術(shù)特色，不斷嘗試革新和完善海洋地質(zhì)專業(yè)課程教學(xué)與人才培養(yǎng)體系。例如：開辟海洋地質(zhì)實踐教學(xué)基地，依托海洋科考船，建立學(xué)科交叉、海陸結(jié)合的教學(xué)實習(xí)單元，構(gòu)建模塊化的海洋地質(zhì)實踐教學(xué)系統(tǒng)[9-10]；構(gòu)建以海上調(diào)查為核心內(nèi)容的“海洋地質(zhì)海上實踐教學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)”[11]；基于“強化地質(zhì)基礎(chǔ)，突出海洋特色”理念，實施小班研討和雙語教學(xué)[12]；圍繞海洋科學(xué)、海洋文化相關(guān)領(lǐng)域，與國家海洋博物館進行館校共建等。

盡管如此，我國海洋地質(zhì)專業(yè)仍存在實踐教學(xué)資源不足，海上實踐教學(xué)體系建設(shè)尚未成熟，實習(xí)時間短、實習(xí)手段單一、實習(xí)內(nèi)容少、實習(xí)區(qū)域主要集中在海岸帶和陸域等問題。[11]同時，作為海洋地質(zhì)學(xué)的主要研究對象，大洋巖石圈相關(guān)的實踐教學(xué)資源尤為缺乏。大洋鉆探所獲取的少量大洋巖石圈樣品目前僅能滿足科學(xué)研究需要，無法用于教學(xué)。因此，尋找并拓展可替代的實踐教學(xué)資源，構(gòu)建野外千米級露頭尺度—手標本尺度—顯微鏡下薄片尺度的實踐教學(xué)模塊，才能真正幫助學(xué)生建立巖石圈尺度的時—空演變概念，進而全面深入地認識和理解大洋巖石圈及其與其他圈層的聯(lián)系。

四、構(gòu)建以古大洋巖石圈為資源平臺的海洋地質(zhì)實踐教學(xué)模塊

板塊構(gòu)造理論認為，在地質(zhì)歷史時期也曾出現(xiàn)眾多的古海洋，如著名的特提斯洋。[5]這些古海洋巖石圈俯沖消失后，少量殘片被保存在大陸造山帶內(nèi)部，這些殘片被地質(zhì)學(xué)家稱作蛇綠巖。長期以來，洋殼剖面出露完整的蛇綠巖，如著名的Oman蛇綠巖，被海洋地質(zhì)學(xué)家廣泛用來進行大洋巖石圈的研究。[3，5]例如，目前大家廣泛接受的快速擴張脊洋殼結(jié)構(gòu)模型就是基于該蛇綠巖的研究成果。[3]

我國主要的造山帶(中亞、青藏高原、秦嶺—祁連—昆侖山)內(nèi)也保存有豐富的顯生宙時期的古大洋巖石圈殘片。[13]其中，位于我國西藏日喀則的蛇綠巖洋殼出露得最為完整，其研究程度和國際知名度也最高。[14-15]20世紀80年代至今，國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家對該蛇綠巖開展了大量的野外地質(zhì)考察與研究，并取得了一系列重要成果：該蛇綠巖從上到下，依次發(fā)育了塊狀/枕狀玄武質(zhì)熔巖、席狀巖席雜巖體、層狀輝長巖、地幔橄欖巖，與現(xiàn)今慢速—超慢速擴張脊下的大洋巖石圈結(jié)構(gòu)較為接近。[14-15]近年來的研究表明，日喀則蛇綠巖在形成時存在巖漿的高度聚集，即巖漿斷塊和貧巖漿斷塊交替出現(xiàn)，席狀巖床也明顯區(qū)別于典型的席狀巖墻群，其形成受控于超慢速擴張環(huán)境下拆離斷層的活動。[16]因此，日喀則蛇綠巖是研究慢速—超慢速擴張脊洋殼結(jié)構(gòu)與增生過程極為難得的標準剖面。

盡管我國擁有豐富的古大洋巖石圈地質(zhì)資源，但是目前它們很少被從事海洋地質(zhì)教學(xué)工作的人員關(guān)注并運用到相關(guān)的實踐教學(xué)中。一方面，這是由于我國從事深遠海地質(zhì)研究的人員還相對較少，且蛇綠巖主要是被從事陸地地質(zhì)研究的人員關(guān)注。另一方面，蛇綠巖通常產(chǎn)出在偏遠山區(qū)，交通不便，不利于高校師生開展較大規(guī)模的野外考察與實踐教學(xué)活動。近年來，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃的大力推進，很多重要的地質(zhì)資源(如我國房山世界地質(zhì)公園)被進一步開發(fā)利用，形成了頗具經(jīng)濟效益的地質(zhì)旅游與教育科普基地。這使得構(gòu)建以古大洋巖石圈為資源平臺的海洋地質(zhì)實踐教學(xué)模塊成為可能，這不僅有助于豐富和完善我國海洋地質(zhì)專業(yè)實踐教學(xué)體系，也可為服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟和科教文化發(fā)展做出貢獻。

五、大洋巖石圈野外地質(zhì)實踐教學(xué)模塊設(shè)計及可行性評價

開展野外實踐教學(xué)需要綜合考慮諸多因素，包括野外實踐教學(xué)的對象與目標，實習(xí)內(nèi)容與時間安排，實習(xí)地的交通、氣候和住宿條件，以及實踐教學(xué)成本等。在重點考察了我國西藏日喀則蛇綠巖的基礎(chǔ)上，筆者嘗試構(gòu)建以日喀則蛇綠巖為資源平臺，以高校暑期聯(lián)合夏令營為組織形式的古大洋巖石圈野外地質(zhì)實踐教學(xué)模塊，并初步分析了其可行性。

(一)日喀則蛇綠巖地質(zhì)資源特色

不同擴張速率(尤其是慢速—超慢速)洋中脊洋殼結(jié)構(gòu)及其增生過程是當(dāng)前以及未來相當(dāng)一段時間深海研究的熱點。[2-3]Oman蛇綠巖作為快速擴張洋脊洋殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典剖面，已被全球地球科學(xué)家熟知。然而，目前學(xué)界尚未建立慢速—超慢速擴張脊洋殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典剖面。而日喀則蛇綠巖作為我國洋殼剖面發(fā)育最為連續(xù)、完整的蛇綠巖，可作為潛在的慢速—超慢速擴張脊洋殼結(jié)構(gòu)的標準剖面之一，其研究價值可與經(jīng)典的Oman蛇綠巖相媲美[15-16]，因而是開展大洋巖石圈野外地質(zhì)實踐教學(xué)的最佳選擇。

(二)實踐教學(xué)對象與目標

大洋巖石圈相關(guān)的野外地質(zhì)實踐教學(xué)的開展，要求學(xué)生具備一些地質(zhì)學(xué)相關(guān)的理論基礎(chǔ)，因此，實踐教學(xué)主要針對海洋地質(zhì)專業(yè)高年級本科生展開。通過野外千米級露頭尺度，到手標本尺度，再到室內(nèi)顯微鏡下薄片尺度的系統(tǒng)觀察和實踐訓(xùn)練，旨在幫助學(xué)生從不同空間尺度認識大洋巖石圈的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和物質(zhì)組成，進而建立起巖石圈尺度的時—空演變概念，培養(yǎng)學(xué)生的地球科學(xué)時空觀，通過完成從理論到實踐的系統(tǒng)訓(xùn)練，深化學(xué)生對大洋巖石圈的認識。同時，通過野外地質(zhì)實踐教學(xué)著重培養(yǎng)學(xué)生觀察、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新思維，并進一步激發(fā)學(xué)生對海洋地質(zhì)的學(xué)習(xí)和研究興趣。

(三)實習(xí)內(nèi)容

實習(xí)內(nèi)容為重點設(shè)計一個教學(xué)剖面(如白朗剖面)和一個填圖實習(xí)剖面(如夏魯剖面)。第一，教師通過詳細的教學(xué)剖面觀察和講解，包括不同巖石單元(枕狀熔巖、席狀巖席、層狀輝石巖、地幔橄欖巖)的野外產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及相互之間的接觸關(guān)系等，幫助學(xué)生完成從概念到實際的轉(zhuǎn)換，認識大洋巖石圈的基本組成單元，并建立對洋殼地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)認知。第二，剖面填圖實習(xí)任務(wù)的開展，旨在讓學(xué)生理論聯(lián)系實踐，進一步了解大洋巖石圈洋殼地質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性，并對其成因進行初步探索。

(四)實習(xí)時間

近年來，科研院所和高校掀起了暑期夏令營活動的熱潮，旨在吸引研究生生源和提高生源質(zhì)量。鑒于此，實習(xí)活動可安排在大三暑期，與學(xué)校每年舉辦的海洋科學(xué)夏令營活動相結(jié)合，成為夏令營活動中野外實踐教學(xué)活動的一部分。實習(xí)主要向有志于從事海洋地質(zhì)研究的學(xué)生開放，同時邀請相關(guān)涉海院校感興趣的學(xué)生一同參加交流學(xué)習(xí)。聯(lián)合實習(xí)的形式，既加強了不同涉海院校學(xué)生之間的交流，也對學(xué)校的研究生招生起到了一定的宣傳效果。

(五)實習(xí)地交通情況

日喀則是著名的旅游城市，交通體系建設(shè)相對完善。日喀則蛇綠巖產(chǎn)出在西藏日喀則市區(qū)附近，幾個出露較完整的剖面露頭均毗鄰村莊。隨著近年來交通狀況的不斷改善，教師和學(xué)生均可以乘車直接到達觀測點所在的村莊，且當(dāng)日可返回日喀則市區(qū)住宿。

(六)實踐教學(xué)成本

因野外實踐地點位于西藏，這在一定程度上增加了實踐教學(xué)的成本，如住宿、交通、安全保障等。近年來，中國地質(zhì)大學(xué)與西藏當(dāng)?shù)乜蒲猩a(chǎn)單位(如西藏地礦局)在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)等方面建立了良好的合作關(guān)系，并簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。教師可充分借助當(dāng)?shù)夭块T在學(xué)生實習(xí)基地建設(shè)、拉薩工作站安全保障等優(yōu)勢，探索合作共建校外地質(zhì)與勘探實踐教育基地，并邀請當(dāng)?shù)乜蒲腥藛T對參加實習(xí)的學(xué)生進行必要培訓(xùn)，保證實習(xí)安全順利進行，這也在一定程度上降低了實踐教學(xué)成本。

六、結(jié)語

圍繞“建設(shè)海洋強國”目標，努力提升我國高校海洋地質(zhì)科研與教學(xué)水平，培養(yǎng)具有國際競爭力的海洋地質(zhì)領(lǐng)域的人才，是每一位海洋地質(zhì)教育工作者的責(zé)任。不斷拓展海洋地質(zhì)專業(yè)的實踐教學(xué)資源，有助于豐富和完善海洋地質(zhì)學(xué)實踐教學(xué)體系，提升教學(xué)的效果，進而激發(fā)學(xué)生對海洋地質(zhì)的學(xué)習(xí)和研究興趣。鑒于我國海洋地質(zhì)專業(yè)普遍缺少與大洋巖石圈相關(guān)的實踐教學(xué)資源的現(xiàn)狀，筆者嘗試以西藏日喀則蛇綠巖為中心，構(gòu)建以古大洋巖石圈為資源平臺的野外地質(zhì)認知實踐教學(xué)模塊，旨在為豐富和完善我國海洋地質(zhì)專業(yè)實踐教學(xué)體系提供一些有益的思考。該野外實踐教學(xué)設(shè)計綜合考慮了實踐教學(xué)的對象與目標，實習(xí)內(nèi)容與時間安排，實習(xí)地的交通、氣候和住宿條件等，提出將野外實踐教學(xué)與高校夏令營活動結(jié)合起來的組織形式，兼具學(xué)術(shù)性與趣味性，具有較強的可行性。