張宏福破譯大陸演化的奧秘

撰文/張瑞芬 攝影/馬騫 朱坤顯

張宏福在西北大學(xué)2018院士新年論壇上發(fā)言

地球科學(xué)艱深復(fù)雜，研究條件艱苦，難出成果。多年來，張宏福深耕于地球科學(xué)領(lǐng)域，取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果。在研究中，他堅持理論創(chuàng)新與實驗技術(shù)研發(fā)相結(jié)合，率先將非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素應(yīng)用于地幔地球化學(xué)研究中，開辟了巖石圈地幔演化研究新途徑，在地幔地球化學(xué)領(lǐng)域取得了多項創(chuàng)新性成果，推動了學(xué)科的發(fā)展。

張宏福現(xiàn)任西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室副主任，博士生導(dǎo)師。主要從事大陸巖石圈地幔地球化學(xué)研究，以深源巖石及其捕虜體為對象，探索巖石圈與軟流圈相互作用機理，揭示巖石圈演化過程中的制約因素。他首先將新興的非傳統(tǒng)穩(wěn)定（Li-Fe-Mg）同位素應(yīng)用于我國巖石圈地幔演化的研究中，更好地限定了參與橄欖巖反應(yīng)熔體的組成和來源。曾獲國家杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)二等獎和中國科學(xué)院杰出科技成就獎。

探尋大陸演化的奧秘

大陸的演化是地球科學(xué)的根本性重大科學(xué)問題。我國大陸的獨特性使其成為研究大陸演化的理想地區(qū)。我國東部地區(qū)顯生宙時期強烈的巖漿活動、巖石圈的巨厚減薄，甚至含能源盆地的形成都是殼幔物質(zhì)交換的結(jié)果。然而，引起如此強烈殼幔物質(zhì)交換的深層原因一直是困擾著地球科學(xué)家們的難題。

大陸內(nèi)部古老的巖石，記錄著地球的早期形成和演化。多年來，張宏福通過對深源巖石及其捕虜體的跨時代、跨區(qū)域?qū)Ρ妊芯浚瑒?chuàng)新性提出并系統(tǒng)論證了橄欖巖—熔體相互作用是大陸深部物質(zhì)和能量交換的內(nèi)在機理。他通過橄欖巖Sr-Nd和Re-Os同位素研究，揭示了華北巖石圈地幔顯生宙以來經(jīng)歷了2次重大轉(zhuǎn)變：先從古生代典型克拉通型轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩患偷蒯?，再轉(zhuǎn)變?yōu)橥碇猩詠泶笱笮偷蒯?。在這個過程中，他將華北與全球克拉通（大陸地殼上長期穩(wěn)定的構(gòu)造單元，即大陸地殼中長期不受造山運動影響，只受造陸運動發(fā)生過變形的相對穩(wěn)定部分，常與造山帶對應(yīng)）的2100余件樣品系統(tǒng)對比，證明橄欖巖—熔體相互作用在全球大陸巖石圈地幔中普遍存在，并根據(jù)同位素的變化，揭示出不同地區(qū)相互作用程度的差異。值得一提的是，張宏福通過一套珍貴的具有環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)的橄欖巖樣品，直接從巖石學(xué)上證明了橄欖巖—熔體相互作用是導(dǎo)致大陸巖石圈組成轉(zhuǎn)變的內(nèi)在機理。

開辟巖石圈地幔演化研究新途徑

大陸由穩(wěn)定的克拉通和相對活動的造山帶構(gòu)成。大規(guī)模熔體活動造成的巖石圈組成和性質(zhì)的變化是穩(wěn)定克拉通被破壞的根本原因。但是，熔體來自哪里？是什么原因引起的？這些問題令科學(xué)家們費解。

張宏福以巖石學(xué)記錄的構(gòu)造事件為切入點，發(fā)現(xiàn)克拉通的破壞與周邊造山帶的形成和演化密切相關(guān)，率先提出并論證了克拉通周邊板塊的俯沖和碰撞作用造成的熔/流體活動是克拉通深部物質(zhì)和能量交換的一級外部控制因素。通過研究，他發(fā)現(xiàn)全球古老克拉通周緣造山帶的持續(xù)活動引起的大規(guī)模熔體上侵是克拉通破壞的關(guān)鍵。當熔體活動較弱時，難以造成克拉通實質(zhì)性破壞，比如南非Kaapvaal和加拿大Slave克拉通。地幔交代作用是地球內(nèi)部的一種化學(xué)變化，是當前地學(xué)研究的熱點和難點。張宏福通過大量研究證據(jù)，揭示了大量的軟流圈熔體與古老方輝橄欖巖反應(yīng)能夠形成相對年輕的二輝橄欖巖的事實，改變了科學(xué)界對地幔交代作用的傳統(tǒng)認識。

向?qū)W生講解地質(zhì)實驗情況

非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素（Li-Fe-Mg）是近年來新興的同位素示蹤方法，張宏福開拓性地將其應(yīng)用于大陸巖石圈演化研究中，開拓了大陸研究的新領(lǐng)域，培養(yǎng)了一批同位素（Li-Fe-Mg）青年研究人員。多年來，張宏福在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域收獲頗豐。據(jù)統(tǒng)計，他取得多項研究成果并發(fā)表論文189篇，其中SCI收錄152篇。

張宏福說：“學(xué)校各方面的支持，是我做研究的堅強后盾，張國偉、舒德干院士始終為我的前行指引方向，校領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)部門和院系的大力支持及通力合作成就了今天的我?！睆埡旮１硎?，國家的發(fā)展進入了新時代，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)科也進入了“一流學(xué)科”建設(shè)?！霸趯W(xué)術(shù)上，我會做好相關(guān)的科研工作，今后的幾年，將更多關(guān)注秦嶺地區(qū)的工作；在人才團隊建設(shè)和培養(yǎng)上，我也將盡力發(fā)揮自己的價值?！?/p>

向?qū)W生傳授科學(xué)知識

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