美国大学地质填图教育的一些启示

张 达

( 中国地质大学，北京)

地质图是我们用来了解地球的最重要和最有价值的工具。随着人类社会的不断发展以及对地球资源与环境的依赖性逐渐增强，地质图用途越来越广，以至于在发达国家，地质图已经成为公众需求度较高的科学产品。地质填图是地质图形成过程的唯一途径，同时也是地质工作中最基本的环节。因此地质填图工作的水平，直接影响到利用地质图进一步开发和应用的成果。绝大部分地质填图人员都经历过系统的大学阶段的地质填图理论知识的学习和野外实践的训练，因此大学在培养地质填图人才过程中负有重任。这就要求学校必须形成一套比较系统的针对大学生的地质填图教育思想及培养方式，特别是地质填图过程中积极的科学思维及先进的地质填图方法和手段是提高地质填图水平的重要保障。

美国及欧洲的区域地质调查起步较早，地质填图基础理论及填图技术方法处于国际先进行列，也非常重视通过大学培养高水平的地质填图人才。美国地质调查局 ( USGS) 发布的 美 国 国 家 合 作 地 质 填 图 计 划 ( National Cooperative Geologic Mapping Program) 、《NCGMP 2007 ～2011 年计划草案》明确表明要通过大学地质填图培训计划 ( EDMAP) 、学生职业教育计划 ( SCEP) 和门登霍尔计划 ( Mendenhall Program) ，使美国下一代人具备地质填图的相关知识和经验。美国大学针对地质及相关专业本科生的地质填图培养方式也相应较为系统和完善，培养了大量的具有地质填图基本功及科学思维能力的地质人才。通过对美国大学本科生地质填图教育模式及实际参与野外填图过程的了解，本文简要总结了美国大学生地质填图教育的一些特点。

一、地质填图的目的性明确

美国一些大学在对地质专业学生进行正式的地质填图训练之前，首先开展地质填图目的性的教育，并将其纳入地质填图过程中一个非常重要的环节。具有丰富地质填图经验的教授开展这一阶段教育培训，主要从地质填图的主要目的、经典实例以及结合实际填图任务进行讲解。

让学生了解有目的地认识自然界是非常重要的。在认知地球表面或近地表庞大物质的过程中，可能会形成一种印象: 地球表面的岩石或一些松散物质的分布不成体系，甚至非常无序。为了获取矿产资源、保护环境、规划建设以及解决地球的形成与演化等方面的基础地质问题，必须弄清这些地壳物质的复杂分布特征，因此需要一套行之有效的方法来组织及综合处理地表或近地表的这些原始信息，然后利用这些信息开展进一步有效的工作。这种认知自然的最基本的方法就是地质填图。

地质学史的讲解有助于学生对地质填图重要性和科学性的认识。一个经常提到的例子是 1801 年威廉·史密斯完成的第一幅反映岩石分布地质图的产生过程及重大科学意义。威廉·史密斯最初目的是为了在大不列颠运河建设过程中能快速了解运河周围岩石性质( 包括岩石硬度、渗水性等特征) 。他的重大突破在于通过地质填图认识到: 一套沉积岩中含有的化石，从岩层的底部到顶部具有特定的规律和次序，这种次序在其他岩层中也存在，甚至出现在英格兰的其他地区。正如史密斯描述的那样，每一地层含有特定的化石或化石组合，并可以以此来与其他地层相区分，这就是著名的 “化石层序律”提出的过程。基础的地质填图也能提出重大的科学理论，这种经典实例的提出对于增强学生对地质填图的重要性认识以及形成良好的科学思维非常必要。

结合实际任务开展填图目的性教育也产生较好的效果。美国西部的 Sierra Nevada 山脉由中生代花岗岩复合岩基构成。长期以来，美国南加州大学地质系选择该区作为地质填图的重要研究区。Sierra Nevada 复合岩基是大陆岛弧型花岗岩岩基的典型代表，是科迪勒拉花岗岩岩基的一部分，被认为是一残余的大陆岛弧。其相邻区东部为大谷地 ( Great Val-ley) ，西部为盆岭省 ( Basin and Range Province) 。这一特殊的构造单元中有很多需要解决的科学问题: 如地形地貌形成的深部背景、对区域气候的影响、花岗岩体侵位机制、花岗岩成分与深部岩石圈性质的关系等。在开展地质填图工作前，南加州大学经常就某些关键地质问题开展各种研讨会，这些问题的提出首先能激发学生探索自然界的兴趣，进而带着解决这些问题为目的开展地质填图工作，使科学问题的解决与科学思维的培养紧密结合起来。

二、科学可信度的重要性

地质填图都有一定的标准和规范。这些标准旨在使地质填图人员尽量提供完整清晰的点、线、面等地质信息，并在地质图上表达不同特征的地质现象，同时使地质图的使用者也能准确完整接受这些信息。地质图表达的各种信息要能被地质图的不同使用对象进行清楚有机的沟通和接受。因此地质图所提供的信息应该是准确无误的，其地质内容与表达方式都应该符合一定的地质填图标准。这一点在大学生地质填图教育都首先加以强调。但地质人员是地质填图的主体，美国大学教育更加注重发挥人的主观能动性。他们的教育强调某些填图标准不应该被生搬硬套地使用或者说以一种方式过度约束地质学家对地质现象的观察、描述、解释甚至成图。相反要使规则标准适合某种特别地质现象和背景。如一种新的经过修改的符号或图例，如果被发现具有广泛的适用性，应该被周期性地纳入到标准修改的计划中。注重科学家的主观能动性的同时，更要强调所有被观察到的地质现象的科学可信度，这是一个非常重要的概念。地质填图过程中地质学家经常会遇到这样一种情形，对所观察到的地质现象的描述或解释到底有几分信心。因为有很多因素影响地质人员对地质现象的观察及认知程度，如露头不发育、地质现象模糊不清、所掌握的知识范围或专业方向的差异等。正是由于地质填图过程中受以上存在的或更多的因素影响，我们更应该强调野外观察、分析的科学可信度。因此所获得的地质图件并不是仅限于填图地质人员本身，而是要受到大多数专业或部分非专业群体的使用。实际上对地质现象的观察描述并不能绝对地以 “可信”或 “不可信”来决定。很多地质现象由于发育程度不一样或认知水平不一而可以将观察描述划分为多个级别用来反映内容的科学可信度，使使用者能够从基础描述中客观分析科学现象所提供的科学信息。而不是不加分析地肯定或否定，误导使用者。例如，岩体的流线和流面一直在野外观察过程中较难进行系统测量，因为流线和流面的发育程度不一。如果要测量发育特别清晰的流线和流面产状，就必定要丢失很多构造信息。南加州大学师生在 Sierra Nevada 花岗岩体观察过程中引导学生将流面和流线分为5 个级别，代表发育程度及能观察到的程度。所有岩体露头上的流面和流线均进行产状测量，并附上级别号及其他特征。这样使用者可以根据地质现象描述的科学可信度决定使用的程度，达到客观分析的目的。

三、自主能动性的培养

地质填图不应该是一种简单的生产过程，而是一种复杂的研究解决基础地质问题的过程。地质填图对地质人员的自主能动性要求非常高，思考与总结始终贯穿地质填图全过程。教师对学生经常强调的是首先通过自主思考提出解决一个地质问题的最初模型，然后在地质填图过程中根据观察、分析结论不断修正模型。一个模型经过多次修改后，逐步得到完善，逐渐趋向正确。在实际填图过程中，我们发现，学生在填图的开始都会在记录本提出一个基本的地质模式，每天都进行修改，最终得到一个经得起检验的地质模型。学生在地质填图过程中不断思考的同时，也培养了他们的独立野外工作能力。南加州大学地质系学生野外地质填图过程能给我们以启示。在野外地质填图工作正式开始前，带队老师通常要召集学生在一起就所要开展工作的地区进行一次研讨。老师和学生充分讨论研究区存在的地质问题，良好的学术氛围使学生能尽快融入研究团队中，并能积极主动地参与学术问题的研究。通常教师根据讨论结果总结提出一些关键的科学问题，根据学生科学兴趣进行初步分工，每个学生都有自己需要解决的科学问题。野外地质填图过程中，工作安排也是根据这些问题进行的。野外每一条填图路线的安排都由学生自己设计，每一天野外工作的重点、可能遇到的问题、重点要解决的问题都提前作了周密安排，在此基础上提出一些可能的解决问题的地质模型。在填图过程中，并不是平均分配一天的工作量，对于一些无关紧要的区域，工作量安排非常少，描述简单。而在重点地段则投入大量的工作量，展开重点观察、描述、取样。路线安排加密，观测点增多，工作安排超过地质填图所规定的标准，是一种真正意义上的以研究为主要目的的填图。每一天的野外工作结束后，都要进行小结并参与讨论。根据充分讨论的结果，修正地质模型，然后安排第二天的野外工作路线。经过野外地质填图实践的锻炼，学生的自主能动性得到了提高，独立从事地质工作的能力得到了加强。

四、多学科融合的地质填图人才培养

地质填图的对象一般是地质工作空白区或研究程度较低的地区，必然存在大量的未知地质现象或问题。为了真实反映填图区地质实际，要求地质填图人员具有较为宽广的专业知识面，来应对填图过程中存在的新的现象或问题。美国大学地质专业学生在进行地质填图前，要求学生修完地质及相关专业主要课程，基本能应对地质填图过程中所能涉及的地质问题。同时根据工作区基础地质的具体情况，还要对学生有针对性地开展专业知识的深入学习，包括教师讲解和自学，并对一些深层次的地质问题展开讨论。除了室内课程学习及自学外，重要的是野外填图过程中的相互学习。前面已述，在美国，选择的填图区域一般是地质研究的热点地区，不同专业、不同研究方向的地质学家对此也有兴趣。野外地质填图过程中，来自不同学校或研究机构的科研人员也常常欢迎加入填图小组，就各自感兴趣的地质问题开展研究。这些科学家有来自美国国内其他院校的教师或学生，也有来自其他国家的师生，是一种真正意义上的国际交流。虽然他们的研究方向、内容不一样，但为进行地质填图培训的学生创造了良好的多学科融合的科学氛围。一段时间的相互交流使学生的专业知识面得到了拓宽，让他们从最基础的地质工作阶段就感受到了科学交流的重要性。这些新的科研力量的加入对于提高地质填图的质量是非常重要的因素。

五、结 语

综合以上美国大学地质填图教育的一些特点，可以发现，美国大学在培养地质填图人才方面发挥着越来越重要的作用。美国政府也非常重视大学在地质填图方面的重要作用，并列出专门计划予以资助。相应的美国大学也形成了一套较为完善的地质填图培训体系，培养了大批具有坚实理论基础及宽广知识面的、自主能动性较强的地质人才。为保证美国在地质学领域的领先地位奠定了重要基础。

自 1999 年新一轮国土资源大调查项目实施以来，在已完成大部分国土面积的 1∶ 20 万区域地质矿产调查工作的基础上，我国又系统地开展了 1∶ 25 万区域地质调查，地质填图工作取得了一系列重要进展，不仅填补了空白区，而且在一些重要造山带、岩浆岩大规模分布区、沉积盆地等重点地带取得大量的基础地质成果和显著经济效益。在中央加强地质工作的决定精神的要求下，我国基础地质调查工作面临着阶段性转变和地质工作逐步深化的要求，同时也面临着区域地质调查部署基本原则和方向的问题。地质填图工作从专门地质调查等以生产为主的过程，正在向以加强综合性的科学研究，以提高地质填图的质量和地质调查工作的科学认识的过程转变。地质填图过程中积极的科学思维及先进的地质填图方法和手段是提高地质填图水平的重要保障。国外区域地质调查成功经验表明，加强地质填图人才的培养是地质调查战略工程取得成功的重要保障。大学在地质填图教育中也要形成一套适合中国地质特色的培养系统，培养和储备地质人才，深化区域地质调查工作，增加区调成果的科技含量及国际影响力。

参 考 文 献

［1］ William A Thomas et al. 2004. Meeting Challenges Geologic Maps. Agi Environmental Awareness Series，7

［2］ David R Soller，Taryn A Lindquist，Jonathan C Matti. 2002. Field Description of the Scientific and Locational Accuracy ofGeologic Features ( a Part of the Draft FGDC Geologic Map Symbolization Standard) . Digital Mapping Techniques '02———Workshop Proceedings. U. S. Geological Survey Open-File Report，02 － 370

［3］ U. S. Geological Survey. 2006. NCGMP Five-year Plan Draft document，2007 ～ 2011. http: / /ncgmp. usgs. gov/ncgm-pabout / progstrategicplan /2007 ～ 2011% 20plan / document view2006