重要科學前沿：前寒武紀克拉通地質演化

翟明國

（中國科學院地質與地球物理研究所／中國科學院大學，北京）

地球約有46億歲，以5.42億年的寒武紀為界，之前約40億年的地質時代稱為前寒武紀，古老的穩定大陸塊體稱為克拉通。地球上何時出現初始陸殼，它是如何生長并形成穩定大陸的，是固體地球科學研究的核心內容之一。前寒武紀（5.4億年前）是陸殼形成、生長、殼幔圈層分異耦合（克拉通化）并形成穩定陸塊（克拉通）的階段，表現為漫長時間尺度上的一系列重大地質事件。揭示這些事件的性質和過程，認識大陸形成和早期演化的特殊規律，對于理解大陸動力學以及未來的地球命運都具有重要意義。

作為地球的近鄰，月球的陸殼主要由斜長巖組成，它的年齡是44.6億年。月海是隕石撞擊坑中月幔部分融化來的玄武質巖石。從地球分離出來的硅酸鹽巖漿洋通過結晶分異可以直接形成斜長巖。目前已有的地球上地殼的最古老物質記錄，是澳大利亞Jack Hill太古宙沉積礫巖中的碎屑鋯石，它的年齡是～44.5億年，鋯石來自富鈉質的花崗巖（TTG片麻巖），也就是說，以花崗質巖石為代表的地球上的陸殼巖石至少在44.5億年前就已經存在，和月殼的年齡相似。值得注意的是，TTG片麻巖不能直接從地幔中熔融出來。很多人假設地球應該先有大洋，然而至今沒有找到能被科學界公認的代表古老大洋的巖石。

大陸的形成演化大致可以分為以下幾個階段：地球核幔的分異以及初期的硅酸鹽洋；38億年前有規模的早期陸殼的形成；巨量的陸殼形成期，到25億年前出現穩定大陸（超級克拉通）；25億～23億年前，一個特殊的地球演化的“靜止”階段，而后是大氧化事件，使地球有了富氧的大氣圈層和海洋圈層，促成了生物的發育和演化，以及初始的造山帶活動，指示地球“早期板塊構造”的啟動；18億～7億年前的地球“中年期”，長達10億年之久的地球穩定階段，直至大規模的地幔柱活動、裂谷事件、雪球事件，然后進入顯生宙，即地球進入現代板塊構造階段。大陸的演化涉及了幾乎所有固體地球的科學問題，研究熱點主要包括：1）早期洋殼、陸殼的形成機制；2）早期陸殼的物質組成以及成熟化過程；3）早期地殼熱體制與板塊構造的啟動時代；4）大陸成礦作用的時代屬性與不可重復性；5）早期地球環境與生命協同演化；6）與現代地質學和比較行星學的結合，孕育著嶄新的學科——地球未來過程學，它將瞄準地球演化到老年時的地質運動與地球環境。

華北克拉通是中國面積最大、形成演化時代最長、變質最強烈的穩定陸塊，也是世界上最具代表性的克拉通之一。中國學者通過多年努力，在華北克拉通早期陸殼的生長、克拉通的形成和早期演化等方面有重要發現和系統性成果，成為中國地質科學在世界上為數不多的領先研究領域之一，受到國際學術界的高度關注，為早期大陸形成演化和構造體制增添了新的科學內涵。其代表性研究成果有：1）厘定華北克拉通發生了多期陸殼增生事件，經歷了兩期克拉通化，建立了早期陸殼演化的構造格架，特別是25億年的克拉通化事件及其全球意義受到國際學界的極大關注。2）在華北克拉通首次發現了可以作為塊體聚合標志的高壓變質巖，包括高壓麻粒巖和退變榴輝巖。通過對這些高壓巖石的系統調查和研究，揭示了大陸俯沖—碰撞—抬升的完整造山過程，該過程最后完成于19億～18億年前。此成果為確定地球早期板塊構造機制的啟動提供了依據，把板塊構造的起始時間提前了約8億年，為構造單元的劃分和早期拼合模式的建立奠定了堅實的基礎。3）在華北克拉通構建了目前世界上最完整的前寒武紀下地殼地質剖面，闡明了地殼垂向分異對穩定大陸形成的貢獻。系統認識和歸納了早期陸殼形成演化的特殊規律，包括27億～25億年前陸殼物質的多期生長與改造、25億年前微陸塊拼合、22億～19億年前復雜裂谷-碰撞等，創新地提出了多階段克拉通化的概念。4）提出華北克拉通18億年基性巖墻群及相關的大火成巖省事件標志著華北進入地臺型演化階段。厘定了中-新元古代的巖漿-裂谷沉積系列，揭示了中-新元古代在現代巖石圈構建過程中的重要意義。5）首次系統地總結了大陸形成以來的固體礦產資源隨時代演化的特性以及不可重復性，剖析了資源與地殼演化的密切關系。6）探討了地球的熱體制對構造演化機制的制約作用，提出了前板塊構造、初始板塊構造和現代板塊構造的理論假說。