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                    《科學通報》

                    開博時間:2019-09-06 16:50:00

                    《科學通報》是主要報道自然科學各學科基礎理論和應用研究方面具有創新性、高水平和重要意義的研究成果。報道及時快速,文章可讀性強,力求在比較寬泛的學術領域產生深刻影響。

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                    大陸演化與花崗巖研究的變革

                    2020-11-20 17:29:00

                      花崗巖是地球巖石圈區別于其他行星巖石圈的標志,也是地球巖石圈中,大陸地殼區別于大洋地殼的標志。洋殼的代表性巖石是玄武巖,陸殼的代表性巖石是花崗巖。前者的壽命僅為2~3億年,后者的壽命則長達40多億年,幾乎和已知的地球年齡一樣長。因此,大陸花崗巖研究對于人類認知固體地球的形成演化規律具有無可替代的作用。不少科學家呼吁重視花崗巖的研究,但時至今日,花崗巖研究的重要性仍被大大地低估了。第540次香山科學會議就如何推動花崗巖研究層面的躍升問題展開討論,匯集智慧、凝聚共識,對我國未來5年和更長時間的花崗巖研究進行了頂層設計。

                    花崗巖

                      20世紀60年代興起的板塊理論,闡明了作為洋殼標志的玄武巖類巖石的形和消亡過程,以及這一過程所引起的動力學效應引起了地球科學的革命。但是,板塊構造理論未能解決大陸的形成演化問題。從20世紀90年代起,大陸的形成演化在歐美以及中國的地球科學戰略規劃中,都被作為核心和前沿領域提出,但至今未取得顯著突破。究其原因,大陸問題的核心并非陸塊在球面上的位置和形態變化,而是大陸本身——大陸是怎樣形成的?沒有大陸,就無所謂大陸離裂、漂移和碰撞問題。作為大陸標志并組成了大陸地殼重要部分的花崗巖,是大陸形成演化的直接產物。只有查清這部分巖石的成因,才有可能真正理解大陸的形成演化規律?;◢弾r問題是當代大陸地質學乃至整個固體地球科學前沿研究的最大挑戰,同時也是板塊理論之后固體地球科學發展的最大機遇。

                      一般的巖石學研究方法,例如巖漿構造環境的地球化學判別,巖漿分異與混合等對于花崗巖研究都有極大的不適應性。只有研究思維創新,才有可能帶來科學理論的創新。文章討論了三個重要的科學問題:

                      ▌太古宙TTG與大陸的形成

                      地球是迄今已知的唯一有花崗巖的星球。與地球孿生的月球也具有殼幔核結構。月殼表層主要為玄武巖和斜長巖,其下為輝長巖,輝長巖之下的上月幔主要為純橄巖。已獲得的月球巖石的最老年齡為約為45億年。與月陸的巖石不同,地球最早的陸殼巖石是一類富鈉的花崗巖類巖石,簡稱TTG。目前獲得的最古老的來自TTG的鋯石年齡為4.4Ga,最古老TTG巖石年齡為4.1Ga,稍晚于最老的月殼巖石年齡(4.5Ga)。大規模的TTG巖石不可能來自星球早期巖漿海的結晶分異,也不可能從地幔橄欖巖類巖石直接熔出,故一種可能是太古宙的TTG源于玄武質初始地殼的再次熔融。另一種假說是認為地球在太古宙已存在以綠巖帶為代表的古老洋殼,其熔融或經過高級變質產生了以TTG為代表的陸殼。該假說的困難是,綠巖帶與現代洋殼存在結構和成分上的巨大差異,且在綠巖帶中至今未找到被公認的殘留洋殼,TTG中也未找到代表洋殼熔融的殘留物。目前地球上發現的最古老的物質和巖石都是TTG質的。先有洋殼還是先有陸殼?玄武質巖石是如何部分熔融的,依舊是未解之謎。

                    花崗巖

                      ▌顯生宙花崗巖與大陸演化

                      顯生宙大陸演化主要表現在兩個方面:一是大陸的橫向增生,二是大陸的垂向分異,兩者可能均與板塊活動或地幔柱構造有關。洋盆關閉導致陸緣或陸間造山帶的形成,是顯生宙大陸增長的基本形式。新陸殼形成的標志是伴隨著造山作用而產生大量的花崗巖。換言之,大陸地殼增長的同時,伴隨著大量的巖漿活動,所以顯生宙不同時期的造山帶同時也是相應時期花崗巖帶的展布區。除此之外,大陸內部特有大量花崗巖形成,并伴隨著強烈的地殼再熔融。理解中國東部中生代獨特的大規模陸內變形和強烈巖漿作用的時空分布與演變過程,是認識大陸再造地球動力學機制的關鍵。它表現為陳國達先生所揭示的“大陸活化”,改變了大陸殼層結構,改變了大陸的熱結構。什么原因造成巖石圈某些部位的巖石發生熔融,從而生成大規模的花崗質巖漿?大規?;◢徺|巖漿上升到地殼淺部對大陸地殼重組、變形和地表環境產生何種影響?海量花崗巖漿在地殼中的存在是“熱地殼”的原因還是結果?巨大巖基的空間問題以及中下地殼的結構與成分等?詳細解剖大花崗巖基是大陸構造研究的突破口。

                      ▌大陸花崗巖與大陸成礦作用

                      大陸形成演化的本質是大陸花崗巖的形成演化,而花崗巖的形成演化過程通常伴隨成礦元素的活化、遷移與富集。大規模的巖漿活動必然導致巨量金屬成礦元素的堆積。因此,研究花崗巖與成礦作用的關系對于我國國民經濟建設長期可持續發展的資源保障具有重大意義。人類開采利用的固體礦產資源中90%以上來自大陸地殼,如鎢、錫、金、銅、鉬、鈮、鉭、稀土等重要資源主要與花崗巖有關。這些礦床的成礦元素來自花崗巖本身還是來自其圍巖和源巖?為什么花崗巖的形成過程可以導致這些在地殼中高度分散的元素聚集堆積?大規模巖漿活動與大規模成礦作用有關已是不爭的事實,但原因是什么?成巖與成礦是什么關系?巖漿、流體與成礦之間是什么關系?這些都是花崗巖與成礦關系研究中爭論頗多和難以完滿解釋的問題,也是今后研究中需要特別關注的問題。

                    文/翟明國,張旗,陳國能,王汝成

                    本文來自《科學通報》

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