划過中國地質學史的絢爛火焰｜謝家榮與沁園燃料研究室紀事

作者 |張立生

地質調查所沁園燃料研究室從1930年10月成立到1941年消失，僅僅存在了10年餘，但其取得的輝煌成就卻是我們不應該忘記的。正是在沁園燃料研究室，謝家榮先生開創了中國的煤巖學，推進了中國煤炭和煤地質的研究……

今年10月正值沁園燃料研究室成立90周年，謝家榮先生離開我們也已有54年了，謹以此文紀念之。

謝家榮（1897—1966）

地質學家、礦床學家。1897年8月19日生於上海。1916年農商部地質研究所畢業，1920年獲美國威斯康星大學碩士學位。1948年當選為中央研究院院士。

1955年被選聘為中國科學院學部委員（院士）。曾任地質部總工程師、地質研究所副所長、研究員、地質部普查委員會常委和總工程師。中國地質學會創始人之一。

受章鴻釗、丁文江、翁文灝等培養，對我國煤巖學、礦相學、石油地質學、礦床學、經濟地質學、區域地質學、水文地質學和工程地質學、地貌學、土壤學、地震學和隕石學等進行過開拓性研究。

在燃料及各種金屬、非金屬礦產成礦規律及找礦方法上論述頗豐。發現或指導發現了淮南八公山煤田、安徽風臺磷礦、福建漳浦鋁土礦、南京棲霞山鉛鋅礦、白銀廠銅礦等礦床。對華北、松遼、渤海、塔裡木等石油蘊藏的預測得到證實。最早提出地質理論找礦，倡導綜合勘查方法。

代表作有《甘肅玉門石油報告》《地質學 上編》《煤》《煤巖學研究之新方法》《石油》《江南探油論》《古地理為探礦工作之指南》《中國的產油區和可能含油區》《中國礦產分布規律的初步研究及今後找礦方向的若干意見》和《中國礦床學（總論）》等。1982年獲國家自然科學獎一等獎。

1930年10月沁園燃料研究室落成時合影。前排右2為謝家榮，中坐者葛利普（右），其左側站立者依次為翁文灝、金紹基、金紹基夫人楊文麗，合影者還有邢端（右3）、王恆升（左3）、步達生（左15）等人。

北京西四南大街兵馬司胡同15號（原9號）內的中國地質調查所舊址，面對大門的是兩層樓的地質調查所圖書館。

位於地質調查所圖書館後面西側的三層建築地質調查所沁園燃料研究室（從地質調查所圖書館樓頂拍攝）。

1931年時的謝家榮。時任清華大學地理學系教授兼代主任、北平師範大學地理學系教授兼主任、地質調查所沁園燃料研究室主任和名譽主任，並實際負責管理地質調查所土壤研究室。

在北京西四南大街西側的兵馬司胡同15號院內，坐落著不僅在現代中國地質學史上，而且在中國科學史上都有著重要意義的中國地質調查所——這裡曾走出20多位院士，匯集了丁文江、翁文灝、謝家榮、王竹泉、黃汲清、楊鍾鍵、李四光、裴文中等一大批科學大家。

院內，最南面的建築是一棟深灰色的二層洋樓，門洞上方標有「地質調查所圖書館」的字樣，在它的後面西側連著的是同樣深灰色的三層洋樓，上面有「地質調查所沁園燃料研究室」的標記。

如今，研究地質調查所歷史的人大多不大注意沁園燃料研究室。雖然它存在的歷史只有短短10年餘，卻曾取得過輝煌的成就，謝家榮先生為之作出過非常重要的貢獻。

創辦與開拓

1930年5月27日，謝家榮訪學德、法歸來。

次月，經翁文灝與電機專家和實業家，曾任北平美術學院副院長、北平博物學協會會長的金紹基先生商量，由金紹基捐資三萬銀元，「在本所圖書館後，開始建築鐵筋洋灰樓房一所，佔地二十五方丈，樓凡三層，並有地下室全部，於是年十月工竣落成」。

為紀念金紹基之父金竹庭（別號沁園）先生，「經呈奉農商部（其時本所為農商部之直轄機關）核准，名所建築為沁園燃料研究室」。（見《地質調查所沁園燃料研究室三周年紀念刊》）

是年10月，沁園燃料研究室正式成立。在其成立三周年的時候，地質調查所曾專門出版《地質調查所沁園燃料研究室三周年紀念刊》，述及其創辦史、機構設置與成績。

地質調查所初期的地質調查工作中，對與國民經濟有著重要意義的煤、鐵礦產十分重視，除野外實地調查外，也很注重室內研究。

對於煤的研究，早在1928年，謝家榮在由中日賠償基金會派遣、以研究員身份赴歐做訪問學者研究時，便與基金會主任章鴻釗和地質調查所所長翁文灝商定，到德國進行中國煤的顯微鏡研究工作，因為這項工作無論在科學上還是經濟上都是一項還沒有人接觸過的基礎性工作，有著非常重要的意義。

沁園燃料研究室下設礦物巖石研究室、化學實驗室、植物化石研究室、燃料陳列室、圖書室、照相室。

其中最主要的是礦物巖石研究室（除研究普通礦物巖石外，注重煤巖學研究），化學實驗室（注重各種燃料之化學及物理的試驗及研究）和植物化石研究室（研究化石種類以確定煤層或油層的時代及層序）。

「當時燃料研究室有四個研究主題，第一是低溫蒸餾……就是把煤乾餾，分成輕重不同的油和焦炭……由肖之謙主持；第二是合成汽油，將一氧化碳與氫用觸媒合成為汽油，由熊尚元主持；第三是氫化石炭，亦即氫化煤，由我主持……第四個研究主題則是把植物油提煉成輕油，由賓果主持。」

金紹基侄子金開英先生曾在訪談中如是回憶燃料研究室（見「『臺灣省中央研究院』近代史研究所口述歷史叢書」第29集《金開英先生訪問記錄》，陸寶千、黃銘明著，1991年5月出版）。

其實，準確地說，金開英所說的應該是沁園燃料研究室中化學實驗室的四個研究主題，而不是整個燃料研究室的主題。

迄今已經出版的各種謝家榮傳記性文章中，絕大多數記載謝家榮1930年從德國回國後，即被任命為地質調查所沁園燃料研究室名譽主任，但沒有提到他任沁園燃料研究室主任的事；抑或提到他任沁園燃料研究室主任，卻不提他任該室名譽主任一事。

在1931年3月地質調查所出版發行的《中國地質調查所概況——本所成立十五周年紀念刊》第二部分「組織」中，明確記載「燃料研究室 注重燃料研究及試驗，主任謝家榮」；但到1933年10月出版的《地質調查所沁園燃料研究室三周年紀念刊》中，沁園燃料研究室的「現有職員」一欄則記為「礦物巖石研究室謝家榮（兼燃料研究室名譽主任）」。

據《金開英先生訪問記錄》載：「我收到先三叔寄來的一封信，說他打算捐三萬銀元給工商部地質調查所，成立一個『沁園燃料研究室』，以紀念我的祖父星垣公（別號沁園），希望我回國主持，我就於一九三一年束裝返國。」

因此，《中國地質調查所史》（石油工業出版社，王仰之著，1996年5月出版）這樣記載：「沁園燃料研究室成立之初，室主任由謝家榮兼任……1931年金開英從美國留學回來後，就成了沁園燃料研究室的實際負責人。」

但《地質調查所沁園燃料研究室三周年紀念刊》卻並沒有金開英任沁園燃料研究室主任的記錄，而是在「現有職員」中將金開英記為「化學試驗室 金開英（主任）」，與「照相室 徐光熙（主任）」並列。

顯然，從1930年10月沁園燃料研究室成立起到1931年金開英回國（應該是在暑假後回國）之前，在這大約一年時間裡，謝家榮任沁園燃料研究室主任。而在金開英回國主持沁園燃料研究室或「成為實際負責人」之後，謝家榮任該室名譽主任。

碩果纍纍，貢獻卓著

沁園燃料研究室由金紹基捐資建成，而研究經費包括設備採購在內，則由中華教育文化基金會提供補助。

在建室之初的三年中，「用於化學試驗室（注重燃料化學）之設備者共約二萬元，用於礦物研究室（兼作顯微鏡下燃料研究）者共約一萬餘元，用於燃料研究及其關於書報之訂購者共約六千元，而調查採集研究之費皆未與焉。凡此設備及工作胥賴中華教育文化基金會之補助」。

據《地質調查所沁園燃料研究室三周年紀念刊》介紹，「中國煤炭甚多而用之未盡其利，石油較乏而代之未得其法，燃料問題既多且迫，而實際研究者向無專處，賴中華教育文化基金會及金先生之助，本所始克培其基礎，為中國燃料研究作一先導」。由此可知其研究對象是煤和石油，煤又重其利用，石油則重其代用品的研究。

當時，沁園燃料研究室的研究成果大多發表在兩種刊物上，「凡關於煤巖學研究多印於地質學會會志，關於實地調查及物理化學研究試驗多印於本所之地質匯報」。但為了成果檢查的方便，又「各印單行本數百份，名之燃料研究專報」。

至1933年10月，《燃料研究專報》出了共15號計17篇文章（第7號含3篇文章）；截至1937年底，《燃料研究專報》出了20多號；到1941年5月，總共出了58號。

沁園燃料研究室成立時，謝家榮剛從德國研究煤巖學回國不久。有此研究室，使他得以繼續從事中國煤巖學的研究，並且取得了豐碩成果。

可以說，沁園燃料研究室的煤巖學研究成果基本上都是謝家榮所成。以前15號為例，屬於謝家榮的就有總共6號8篇文章，它們是《北票煤之煤巖學初步研究》《煤巖學研究之新方法》《華煤中之植物組織及其地質上之意義》《中國無煙煤之顯微鏡研究》《遼寧西安煤礦附產菱鐵礦結核之研究》《中國一特種煤——樂平煤之研究》等。

謝家榮的這些論文，每篇都有著非常重要的意義。1930年10月發表的《北票煤之煤巖學初步研究》和《煤巖學研究之新方法》兩篇文章，以其內容、意義及其強烈的國際反響，堪稱中國地質學家對國際地質學界的重要貢獻。

《華煤中之植物組織及其地質上之意義》是謝家榮1932年12月發表在《中國地質學會會志》上的論文，是其在訪學德國期間和回國後在北平對採自中國19個省和蒙古的大約100件煤樣所做研究的部分成果。

這些煤樣時代涵蓋石炭—二疊紀、侏羅紀、白堊紀及第三紀，煤質則有褐煤、煙煤、無煙煤。謝家榮採用薄片法、光片法、侵蝕法和浸溶法進行研究，發現了大量的植物組織和器官，像薄壁組織細胞、石細胞、木質管胞、梯紋管胞、韌皮纖維、樹皮薄壁組織、木栓細胞、真菌絲、微菌核煤、孢子外壁、花粉粒等。

其中保存得特別完好的木纖維是晚侏羅世的標準化石Xenoxylon（異木屬），這種針葉木在華北中生代煤盆地中廣泛分布。第三紀煤中真菌活動的存在表明成煤期的氣候相當乾燥，而古生代煤中各種植物組織一般都保存得非常好，則說明其成煤期的環境是潮溼的，可能長期為水體覆蓋。

文章附有7個圖版共36張精美的顯微結構照片。該論文頗具國際影響，贏得了國際煤巖學早期研究者們的讚譽。

《燃料研究專報》第6、7、14號，刊有謝家榮的《中國無煙煤之顯微鏡研究》《遼寧西安煤礦附產菱鐵礦結核之研究》《浙江龍泉縣產「絲炭」之研究》《薄的煤光片研究——煤巖學之一新法》和《中國一特種煤——樂平煤之研究》，這5篇文章均於1933年10月發表在《中國地質學會會志》第12卷上。

《中國無煙煤之顯微鏡研究》是謝家榮對煤巖學的重要貢獻之一。因為變質程度高，無煙煤在普通顯微鏡下的結構非常不清楚。在謝家榮之前，煤巖學家們主要用Turner H.G.和 Randall H.R.的火焰侵蝕法進行研究，此法不僅非常麻煩而且保存不易。

謝家榮首創利用無煙煤的非均質性在正交偏光鏡下研究無煙煤光片，所得無煙煤的顯微結構比之火焰侵蝕法所得的結構更為清晰而且顯然沒有不易保存的問題，操作則非常簡便，省去了火焰侵蝕法的繁雜。

謝家榮用此種方法研究了中國40餘種無煙煤，辨認出了中國無煙煤中4種重要成分，即碎屑木煤、變暗煤、無結構鏡煤和絲炭，並按照顯微結構將中國無煙煤分為3個類型，即木纖維質無煙煤、表皮質無煙煤和粉裂狀無煙煤（長江一帶所產的所謂柴煤，大部分皆屬此類）。

文末附有4個圖版共13張精美的中國無煙煤顯微結構照片，清楚地揭示了無煙煤在正交偏光鏡下顯示出的植物組織結構。英國煤巖學家C.A.Seyler、德國煤巖學家E.Stach、比利時列日大學地質系的M.Legraye等都非常讚賞謝家榮的這篇文章。

《遼寧西安煤礦附產菱鐵礦結核之研究》是謝家榮對侯德封先生採自遼寧西安煤礦的菱鐵礦標本的研究成果。此菱鐵礦結核中含有2.62%的有機物質，經光片、薄片研究發現，其中有木質，與宣化發現的松柏科異木屬相似。這種菱鐵礦顯然是在沼澤地的還原環境中，在植物體尚未完全腐解之前碳酸亞鐵交代植物組織所成。

《浙江龍泉縣產「絲炭」之研究》是他對採自浙江龍泉陳坑山下白堊統火山巖中的絲炭進行研究的成果。這種絲炭呈袋狀、透鏡狀、脈狀產於流紋巖中或與流紋巖互層產出。

顯微鏡下觀察，可見植物結構及年輪等特徵，表明白堊紀火山噴發時，熔巖流和漂流的樹木相遇，熔巖的高溫致使木材燃燒，形成類似木炭的絲炭。此後絲炭被掩埋，夾於火山巖系中，成為透鏡狀或袋狀。

當含有二氧化矽的水溶液侵入木類細胞空腔時，便有石英沉積出來，因而絲炭中含有大量石英，灰分甚高，木紋完整而清晰。通常認為，絲炭是在發生森林火災的條件下或是在植物被深埋的缺氧環境中經脫水或腐解作用而形成的，但對於浙江龍泉的絲炭，本文斷定其是在火山噴發的環境中形成的。

《薄的煤光片研究——煤巖學之一新法》是謝家榮對國際煤巖學的又一重要貢獻。之前研究煤，或用光片，或用薄片，此法則將光片磨薄而加以研究，則光片薄片所能見者及未能見者，可同時在薄的光片上見到，於煤巖學研究，獲益匪淺。

文章詳細敘述了薄的煤光片的製作方法及研究方法。這種方法可以用於五個方面：可靠地區分有細胞結構顯示的絲炭和木煤；揭示不透明物質的各種詳細結構；可以快速而準確地對比或比較在薄片以及光片中觀察到的各種結構；可以判定煤中各種礦物質的性質、分布和產狀，特別能很好地顯示礦物質與像絲炭這樣的不透明物質之間的相互關係；可以很容易地去除蓋玻璃上的甘油或香柏油從而避免光片的重新拋光，能夠永久地保存光片。

《中國一特種煤——樂平煤之研究》也是謝家榮的一篇非常重要的煤巖學論文。謝家榮研究江西東北部樂平一帶上二疊統地層中所產的板煤，以及餘干、進賢等處的煙煤，發現其結構奇異，國內僅見，在海外煤田中亦很罕見。這種煤化學成分特異，膨脹性高，焦油產率高，熔融性強。

他用薄光片研究，發現它幾乎全部為樹皮中的木栓和栓內組織構成，皮中之細胞等均甚完整。在顯微鏡下可見木栓層碎片多呈定向排列，偶見交互穿插的現象，磚形細胞長寬不一，呈褐色至紅色，具有明顯的非均性和偏光色；分離物的透射色為黃褐色，角質層中氣孔構造保存完好。

謝家榮探討了樂平煤的成因，認為它的形成主要由於：1.植物遺體未經高度腐解，是特殊氣候條件下細菌作用的產物；2.腐解產物經過搬運使木栓、角質層等組分殘留下來。

結論是，樂平煤的形成條件與德國的James煤相似，即由附近森林的漂浮樹木，在河口灣環境中沉積下來，逐漸炭化而成。他的這些學術觀點都已經為以後的研究所證實。

謝家榮的上述研究成果公認具有當時國際先進乃至領先水平，儼如划過中國地質學史的絢爛火焰。

正是他的《煤巖學研究之新方法》《中國無煙煤之顯微鏡研究》和《薄的煤光片研究——煤巖學之一新法》等論文，奠定了中國煤巖學的基礎，引起了強烈的國際反響，使他進入了國際煤巖學先驅人物的行列。這也是沁園燃料研究室取得的光輝成就。

除了上述列入《燃料研究專報》的成果外，直到1937年謝家榮轉入調查和開發湘桂錫礦之前，在沁園燃料研究室名譽主任的任上，謝家榮還有一系列關於燃料問題的成果問世——《江蘇銅山縣賈汪煤田地質》（1932年載於實業部地質調查所《地質匯報》，第18號）、《燃料研究與中國的燃料問題》（與金開英合著，載於《科學》1933，第17卷第10期）、《致趙祖康先生論長興油苗書》（與王竹泉合著，1934年載於《自然》，第二卷上冊，第68期）、《煤之成因的分類》（1934年載於《自然》第2卷，下冊，第92期）、《中國之石油》（1935年載於《地理學報》，第2卷，第1期）、《「畢裡屏：石油儲量計算法」述評》（1936年載於《地質論評》第1卷，第5期）、《中國之石油儲量（節要）》（1937年載於實業部地質調查所《地質匯報》，第30號），等等。

不該忘記的歷史

1937年，抗日戰爭全面爆發，謝家榮奉命調查和開發湘桂錫礦，為抗戰籌措外匯。

因戰爭需要，液體燃料頓成重要問題。由於燃料研究室以植物油裂解製成汽油成績卓著，於1938年在重慶沙坪垻設立植物油提煉輕油廠（1939年夏更名為動力油廠），由金開英主持。為工作方便起見，燃料研究室改由地質調查所與資源委員會合辦，設在植物油提煉輕油廠內，燃料研究室的儀器、圖書、藥品等均移交該廠，工作人員亦大多調往該廠。

1941年，金開英奉命調到玉門油礦擔任煉油廠廠長，動力油廠的工作交由時任資源委員會工業處處長的徐明材。至此，沁園燃料研究室也就銷聲匿跡，不復存在了。

地質調查所沁園燃料研究室從1930年10月成立到1941年消失，僅僅存在了十年餘，但其取得的成就卻是我們不應該忘記的，尤其是謝家榮在沁園燃料研究室的工作更是成就輝煌。正是在沁園燃料研究室裡，謝家榮開創了中國的煤巖學，推進了中國煤炭和煤地質的研究。

謝家榮在這個研究室裡最終完成並傳播到全世界的《煤巖學研究之新方法》《華煤中之植物組織及其地質上之意義》《中國無煙煤之顯微鏡研究》和《薄的煤光片研究——煤巖學之一新法》等，堪稱煤巖學自誕生以來的一次革命性的飛躍，震動了國際煤巖學界，贏得了廣泛的國際聲譽，是中國科學家對國際地質學的重要貢獻。

（感謝中國礦業大學教授梁漢東對本文初稿的審閱和中國地質圖書館高級工程師張爾平對文中照片人物的辨認。作者系原國土資源部成都地質礦產研究所研究員。）

《中國科學報》 (2020-10-29 第8版 印刻)

編輯 | 趙路

排版 | 志海

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