研究領域包括古生物學、地層學、大地構造學、前寒武紀地質學及地質學史。建立了四射珊瑚的分類演化體系(1950,1989);將沉積相與構造背景相結合,區別不同的古地理格局與古構造框架,主編出版了《中國古地理圖集》 (1985);建立了層序地層級別體系及其與天文周期之間的可能聯繫,出版《中國層序地層研究》(2000);劃分了中國及全球構造階段、構造體系及構造單元(1956,198l,1996),提出了以泛大陸為準的大陸聚散周期和地球節律的普遍性(1997,2000),進行了全球古大陸再造研究(1989,1996,2002),提出了地球演化中可能曾發生階段性有限膨脹的構想,由此形成了全球構造活動論和歷史發展階段論相結合的地球史觀。在地質教育和地質學史研究方面,重視理科地質基礎,倡導拓寬專業和學科之間的相互融合,提出以學科史和學科思想史為主要研究方向,主編出版了《中國地質科學五十年》(1999)。
曾獲國家自然科學一等獎(1982)、二等獎(1987,1991)、國家教委高校教材特等獎(1988)、何梁何利基金科技進步獎(1994)和李四光地質科學獎特別獎(1996)。發表論文等250篇,出版圖書27種。
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