2020年04月21日 星期二
探索早前寒武纪华北克拉通的奥秘
□ 周李岗

    前寒武纪,是指从地球诞生到5.4亿年(0.54 Ga)寒武纪开始的生命大爆发之前近40亿年的地质历史时期。世界大陆的70%以上是在前寒武纪形成的,并记录着大陆地壳的生长、改造、表生环境演化、克拉通化和全球性板块构造体制的建立等各阶段重大地质事件。因此,早期大陆的形成和演化是国际研究的前沿热点和关键课题。华北克拉通是我国面积最大、时代最老、演化历史最为复杂的稳定陆块,几乎记录了所有的重大地质事件,也是世界上最具代表性和特色的克拉通(克拉通是指长期稳定的古老陆块)之一,长期以来都是地质研究的热点地区。

    上世纪90年代初,翟明国院士及其研究团队在华北克拉通中部晋冀蒙交界地区发现了形成于早前寒武纪的高压麻粒岩和退变榴辉岩,并提出高压麻粒岩代表了古老陆块碰撞带的假说。这是世界上相关前寒武纪麻粒岩研究中最早的报道之一,引起了国内外的关注。

    之后,在华北克拉通的中部和北部相继发现高压/高温麻粒岩的存在。不少研究者发表文章,对高压麻粒岩的变质作用、变质时代和构造变形等进行讨论,提出不少模式,如小陆块拼合、碰撞造山、相对俯冲等,而后有一系列中外学者的文章发表,在国际上引起重大反响。

    2002年,由国际一批著名学者以及美国地质学会和国际地质构造委员会联名建议,在中国首次召开了地质界高层级Penrose学术会议,主题是“前寒武纪高温高压麻粒岩——理解早期板块构造的钥匙”。这次会议推动了我国前寒武纪地质学走向了世界。

    以此为契机,翟明国院士课题组采用最新的岩石学、精细同位素年代学的研究方法,针对华北克拉通前寒武纪地质演化开展了多方面研究。在早期陆壳的形成(38~25亿年前)、构造体制转化(25~18亿年前)和随后的演化(18~7亿年前)以及矿产资源形成等方面有着重要发现,并发表了系统性成果,为准确认识华北克拉通地质演化的规律及其在全球克拉通形成演化中的特殊意义作出了实质贡献,成为我国地质科学在世界上为数不多的领先研究领域之一,受到了国际地质学界的高度评价。

    这一成果首次在华北克拉通晋冀蒙一带建立了我国第一条克拉通大陆下地壳剖面,这也是目前世界上最完整的前寒武纪深部下地壳剖面之一。还以独特的视角深入研究了华北克拉通18亿年前基性岩墙群及相关裂谷岩浆岩系,发现了该期基性岩墙群的放射状几何学分布特征,确定了岩浆序列,建立了古老的大火成岩省,提出了地幔柱成因模式,明确其代表裂解事件,为恢复和确定华北克拉通在超大陆格局中的位置提供了关键依据。

    在此基础上,进一步阐明了地壳垂向分异对大陆稳定化(克拉通化)的贡献,系统归纳了华北克拉通早期陆壳形成和演化的特殊规律,创新地提出以多阶段克拉通化为特征的早期大陆生长演化机制。并且,还首次以华北克拉通大陆地壳演化中重大地质事件与重大成矿作用的关联、规律和控制因素为突破口,系统认识和归纳了华北克拉通前寒武纪重大地质事件的性质与时空格架,并建立了华北克拉通前寒武纪重大地质-成矿事件序列,提出矿产资源种类与成因的时控性和不可重复性,创新性提出矿产资源与大陆地壳同步演化的理论框架。

    该成果系统构建了华北克拉通的形成、稳定和裂谷—裂解过程,深刻刻画了华北克拉通早前寒武纪地质演化的基本规律,揭示了华北克拉通的特殊性对早期大陆形成的重要意义,为进一步理解前寒武纪大型、超大型矿产资源的分布规律提供了理论依据,为早期大陆形成演化和构造体制增添了新的科学内涵,提升了我国前寒武纪地质学科的国际地位与影响。

    (作者系中国科学院地质与地球物理研究所博士)

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