海洋地质专业实践教学资源拓展研究——以大洋岩石圈野外地质实践教学为例

龚小晗

[中国地质大学(北京)海洋学院，北京，100083]

海洋地质学是海洋科学的支柱性学科之一，主要研究被海水覆盖的地球岩石圈及其与地球其他圈层(软流圈、水圈、生物圈、大气圈等)之间的相互作用。[1]大洋岩石圈是海洋地质学的主要研究对象，其物质组成、结构构造、形成演化过程及其相关效应是海洋地质科研与教学的重要内容。[1-3]由于大洋岩石圈被广袤的海水和海洋沉积物覆盖，学者只能通过大洋钻探获取的少量样品来窥视大洋岩石圈的“庐山真面目”，这导致目前学界对大洋岩石圈的认识还十分有限。[3]同时，缺乏直观的教学对象在一定程度上给海洋地质学有关课程的教学，尤其是与大洋岩石圈相关的地质理论和实践教学带来了挑战。

蛇绿岩是出露在大陆造山带内的一套特殊的基性—超基性岩组合，它们被普遍认为代表了地质历史时期的古大洋岩石圈残片。[4-5]洋壳剖面出露完整的蛇绿岩是对比研究现今大洋岩石圈结构构造、物质组成以及形成演化过程的重要窗口。[5]那么，陆地上这些丰富的古海洋岩石圈地质资源，能否进一步成为我国海洋地质专业实践教学资源的有力补充呢？鉴于此，在综合考虑海洋地质教学的对象与目标，实践教学的内容与时间安排，实习地的交通、气候和住宿条件等因素的基础上，尝试以我国西藏日喀则蛇绿岩为资源平台，以高校暑期联合夏令营为组织形式，构建适用于海洋地质专业的古海洋岩石圈野外地质实践教学模块。

一、大洋岩石圈研究与教学的重要性

地球自约四十六亿年前诞生至今，经历了漫长的地质演变，随着核—幔、壳—幔等一系列地质分异过程的发生，最终形成了现今具内部圈层结构的行星体。岩石圈是地球最外部的刚性圈层，是板块构造运动的主要载体。岩石圈主要分为具硅铝质陆壳的大陆岩石圈和具硅镁质洋壳的大洋岩石圈，其中被海水覆盖的大洋岩石圈占到地球岩石圈的60%以上。[1，3]

大洋岩石圈在全球洋中脊系统的增生及演化过程主导了地球内部化学分异与物理演化，是地球内部圈层与外部圈层(水圈、大气圈、生物圈等)之间进行物质和能量交换的主要途径。[3，6]这些圈层间的相互作用形成了深海岩石圈中极为丰富的矿产(天然气水合物、多金属结核、热液硫化物等)和生物资源，也引发了大量的地震和火山活动，因此，它们直接关系到人类社会的可持续发展。[3，6]可见，了解大洋岩石圈及其与地球其他圈层之间相互作用的过程与机理是人类构建地球系统科学观、保护以及合理开发地球家园、预防地质灾害的重要前提。

二、大洋岩石圈研究及相关教学现状

大洋岩石圈主要分布在深海之下，人们无法近距离观察。20世纪60年代至今，国际地球科学领域实施了有史以来规模最为宏大、历时最久的海洋地质调查研究计划——国际大洋钻探计划[2，7]，其核心目标之一就是希望通过钻探取样揭开大洋岩石圈的结构、组成与成因之谜。[2]迄今为止，大洋钻探所能到达的洋壳深度尚不到2 km，而正常洋壳的厚度是5 km。[3，7]尽管如此，经过数十年的不懈努力，学界对大洋岩石圈有了很多全新的认识，如建立了多样的洋壳地质结构与洋脊增生模型。[3，7]更为重要的是人们逐渐认识到，地球及其各圈层并不是孤立存在的，而是一个紧密联系、协同演变的复杂系统。[6]例如，全球变化实际上是岩石圈、水圈和生物圈甚至其他天体相互作用的综合结果。[6]地球系统科学概念的提出也为海洋地质学的发展拓展了新的空间，它促使人们不再孤立地研究大洋岩石圈，而是将深海岩石圈与其他圈层看作一个有机联系的地球系统。

我国海洋地质尤其是深海地质调查研究起步相对较晚，从事相关研究与教学工作的人员总体较少。随着国家海洋强国战略的不断推进，我国海洋地质事业正迎来飞速发展的机遇。尤其是近十几年，我国科学家在我国南海深水区实施了多个国际大洋钻探航次，越来越多的中国学者有机会参与到南海大洋岩石圈相关研究工作中来，这使我国成为深海研究最为活跃的国家之一。[7]同时，我国主要涉海院校在开展海洋地质教学时，能够兼具基础性与前沿性，及时将大洋岩石圈研究的最新成果呈现在教材里，并融入相应的课程教学。[1，6]这极大地激发了学生对海洋地质学习和研究的兴趣。但由于这些院校普遍缺乏直观的教学资源，教师在设计大洋岩石圈相关的教学内容时，不得不以基本概念和理论模型讲授为主，这在一定程度上削弱了教学的效果，不利于我国深远海地质研究方面的人才培养。因此，加强实践教学，不断深化理实交融的教学模式对提升海洋地质专业的教学水平，培养学生观察、发现、分析和解决问题的综合能力以及创新思维尤为必要。

三、大洋岩石圈相关实践教学存在的问题

海洋地质学研究的主要科学问题仍属地质学范畴[1]，因此，实践教学对海洋地质专业同等重要。[8-10]不同于传统的陆地地质学实践教学，海洋地质学的实践教学要更加侧重“海洋”[8]，其往往需要海上实践教学平台(如调查船、调查设备、海底观测站等)作为支撑。[9-10]近年来，我国涉海院校结合自身的学术特色，不断尝试革新和完善海洋地质专业课程教学与人才培养体系。例如：开辟海洋地质实践教学基地，依托海洋科考船，建立学科交叉、海陆结合的教学实习单元，构建模块化的海洋地质实践教学系统[9-10]；构建以海上调查为核心内容的“海洋地质海上实践教学虚拟仿真系统”[11]；基于“强化地质基础，突出海洋特色”理念，实施小班研讨和双语教学[12]；围绕海洋科学、海洋文化相关领域，与国家海洋博物馆进行馆校共建等。

尽管如此，我国海洋地质专业仍存在实践教学资源不足，海上实践教学体系建设尚未成熟，实习时间短、实习手段单一、实习内容少、实习区域主要集中在海岸带和陆域等问题。[11]同时，作为海洋地质学的主要研究对象，大洋岩石圈相关的实践教学资源尤为缺乏。大洋钻探所获取的少量大洋岩石圈样品目前仅能满足科学研究需要，无法用于教学。因此，寻找并拓展可替代的实践教学资源，构建野外千米级露头尺度—手标本尺度—显微镜下薄片尺度的实践教学模块，才能真正帮助学生建立岩石圈尺度的时—空演变概念，进而全面深入地认识和理解大洋岩石圈及其与其他圈层的联系。

四、构建以古大洋岩石圈为资源平台的海洋地质实践教学模块

板块构造理论认为，在地质历史时期也曾出现众多的古海洋，如著名的特提斯洋。[5]这些古海洋岩石圈俯冲消失后，少量残片被保存在大陆造山带内部，这些残片被地质学家称作蛇绿岩。长期以来，洋壳剖面出露完整的蛇绿岩，如著名的Oman蛇绿岩，被海洋地质学家广泛用来进行大洋岩石圈的研究。[3，5]例如，目前大家广泛接受的快速扩张脊洋壳结构模型就是基于该蛇绿岩的研究成果。[3]

我国主要的造山带(中亚、青藏高原、秦岭—祁连—昆仑山)内也保存有丰富的显生宙时期的古大洋岩石圈残片。[13]其中，位于我国西藏日喀则的蛇绿岩洋壳出露得最为完整，其研究程度和国际知名度也最高。[14-15]20世纪80年代至今，国内外地质学家对该蛇绿岩开展了大量的野外地质考察与研究，并取得了一系列重要成果：该蛇绿岩从上到下，依次发育了块状/枕状玄武质熔岩、席状岩席杂岩体、层状辉长岩、地幔橄榄岩，与现今慢速—超慢速扩张脊下的大洋岩石圈结构较为接近。[14-15]近年来的研究表明，日喀则蛇绿岩在形成时存在岩浆的高度聚集，即岩浆断块和贫岩浆断块交替出现，席状岩床也明显区别于典型的席状岩墙群，其形成受控于超慢速扩张环境下拆离断层的活动。[16]因此，日喀则蛇绿岩是研究慢速—超慢速扩张脊洋壳结构与增生过程极为难得的标准剖面。

尽管我国拥有丰富的古大洋岩石圈地质资源，但是目前它们很少被从事海洋地质教学工作的人员关注并运用到相关的实践教学中。一方面，这是由于我国从事深远海地质研究的人员还相对较少，且蛇绿岩主要是被从事陆地地质研究的人员关注。另一方面，蛇绿岩通常产出在偏远山区，交通不便，不利于高校师生开展较大规模的野外考察与实践教学活动。近年来，随着我国经济的持续发展和国家乡村振兴战略规划的大力推进，很多重要的地质资源(如我国房山世界地质公园)被进一步开发利用，形成了颇具经济效益的地质旅游与教育科普基地。这使得构建以古大洋岩石圈为资源平台的海洋地质实践教学模块成为可能，这不仅有助于丰富和完善我国海洋地质专业实践教学体系，也可为服务当地经济和科教文化发展做出贡献。

五、大洋岩石圈野外地质实践教学模块设计及可行性评价

开展野外实践教学需要综合考虑诸多因素，包括野外实践教学的对象与目标，实习内容与时间安排，实习地的交通、气候和住宿条件，以及实践教学成本等。在重点考察了我国西藏日喀则蛇绿岩的基础上，笔者尝试构建以日喀则蛇绿岩为资源平台，以高校暑期联合夏令营为组织形式的古大洋岩石圈野外地质实践教学模块，并初步分析了其可行性。

(一)日喀则蛇绿岩地质资源特色

不同扩张速率(尤其是慢速—超慢速)洋中脊洋壳结构及其增生过程是当前以及未来相当一段时间深海研究的热点。[2-3]Oman蛇绿岩作为快速扩张洋脊洋壳结构的经典剖面，已被全球地球科学家熟知。然而，目前学界尚未建立慢速—超慢速扩张脊洋壳结构的经典剖面。而日喀则蛇绿岩作为我国洋壳剖面发育最为连续、完整的蛇绿岩，可作为潜在的慢速—超慢速扩张脊洋壳结构的标准剖面之一，其研究价值可与经典的Oman蛇绿岩相媲美[15-16]，因而是开展大洋岩石圈野外地质实践教学的最佳选择。

(二)实践教学对象与目标

大洋岩石圈相关的野外地质实践教学的开展，要求学生具备一些地质学相关的理论基础，因此，实践教学主要针对海洋地质专业高年级本科生展开。通过野外千米级露头尺度，到手标本尺度，再到室内显微镜下薄片尺度的系统观察和实践训练，旨在帮助学生从不同空间尺度认识大洋岩石圈的结构构造和物质组成，进而建立起岩石圈尺度的时—空演变概念，培养学生的地球科学时空观，通过完成从理论到实践的系统训练，深化学生对大洋岩石圈的认识。同时，通过野外地质实践教学着重培养学生观察、发现、分析和解决问题的综合能力以及创新思维，并进一步激发学生对海洋地质的学习和研究兴趣。

(三)实习内容

实习内容为重点设计一个教学剖面(如白朗剖面)和一个填图实习剖面(如夏鲁剖面)。第一，教师通过详细的教学剖面观察和讲解，包括不同岩石单元(枕状熔岩、席状岩席、层状辉石岩、地幔橄榄岩)的野外产状、结构构造以及相互之间的接触关系等，帮助学生完成从概念到实际的转换，认识大洋岩石圈的基本组成单元，并建立对洋壳地质结构的基础认知。第二，剖面填图实习任务的开展，旨在让学生理论联系实践，进一步了解大洋岩石圈洋壳地质结构的多样性，并对其成因进行初步探索。

(四)实习时间

近年来，科研院所和高校掀起了暑期夏令营活动的热潮，旨在吸引研究生生源和提高生源质量。鉴于此，实习活动可安排在大三暑期，与学校每年举办的海洋科学夏令营活动相结合，成为夏令营活动中野外实践教学活动的一部分。实习主要向有志于从事海洋地质研究的学生开放，同时邀请相关涉海院校感兴趣的学生一同参加交流学习。联合实习的形式，既加强了不同涉海院校学生之间的交流，也对学校的研究生招生起到了一定的宣传效果。

(五)实习地交通情况

日喀则是著名的旅游城市，交通体系建设相对完善。日喀则蛇绿岩产出在西藏日喀则市区附近，几个出露较完整的剖面露头均毗邻村庄。随着近年来交通状况的不断改善，教师和学生均可以乘车直接到达观测点所在的村庄，且当日可返回日喀则市区住宿。

(六)实践教学成本

因野外实践地点位于西藏，这在一定程度上增加了实践教学的成本，如住宿、交通、安全保障等。近年来，中国地质大学与西藏当地科研生产单位(如西藏地矿局)在人才培养、科学研究、社会服务等方面建立了良好的合作关系，并签署战略合作协议。教师可充分借助当地部门在学生实习基地建设、拉萨工作站安全保障等优势，探索合作共建校外地质与勘探实践教育基地，并邀请当地科研人员对参加实习的学生进行必要培训，保证实习安全顺利进行，这也在一定程度上降低了实践教学成本。

六、结语

围绕“建设海洋强国”目标，努力提升我国高校海洋地质科研与教学水平，培养具有国际竞争力的海洋地质领域的人才，是每一位海洋地质教育工作者的责任。不断拓展海洋地质专业的实践教学资源，有助于丰富和完善海洋地质学实践教学体系，提升教学的效果，进而激发学生对海洋地质的学习和研究兴趣。鉴于我国海洋地质专业普遍缺少与大洋岩石圈相关的实践教学资源的现状，笔者尝试以西藏日喀则蛇绿岩为中心，构建以古大洋岩石圈为资源平台的野外地质认知实践教学模块，旨在为丰富和完善我国海洋地质专业实践教学体系提供一些有益的思考。该野外实践教学设计综合考虑了实践教学的对象与目标，实习内容与时间安排，实习地的交通、气候和住宿条件等，提出将野外实践教学与高校夏令营活动结合起来的组织形式，兼具学术性与趣味性，具有较强的可行性。