解密巖石圈

科學(xué)技術(shù)部于2005年4月18日正式批準(zhǔn)建設(shè)巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2007年1月實(shí)驗(yàn)室通過科技部驗(yàn)收。

巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室隸屬于中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所。實(shí)驗(yàn)室主任為吳福元院士，學(xué)術(shù)委員會(huì)主任為鄭永飛院士。目前，實(shí)驗(yàn)室有固定人員57人，其中研究員36名，正高級(jí)工程師4名，副研究員13名，高級(jí)工程師3人。固定人員中包括：中國科學(xué)院院士2人、第三世界科學(xué)院院士1人；原“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家4人；國家杰出青年科學(xué)基金獲得者12人；中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者3人，“萬人計(jì)劃”5人；中國青年科學(xué)家獎(jiǎng)獲得者1人、中國青年科學(xué)家獎(jiǎng)提名獎(jiǎng)1人、中國地質(zhì)學(xué)會(huì)“金錘獎(jiǎng)”5人、中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)“侯德封獎(jiǎng)”獲得者6人；國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體3個(gè)、中科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（國際合作伙伴計(jì)劃）1個(gè)。

開展學(xué)科前沿問題研究

巖石圈的形成和演化與板塊的俯沖、碰撞，造山后伸展、垮塌，大陸克拉通的形成、改造和破壞過程等將是現(xiàn)代新全球構(gòu)造理論研究的新趨勢；同時(shí)，研究者將開始從地球深部各圈層之間相互作用的角度，對(duì)上述過程的起因給予新的解釋。實(shí)驗(yàn)室將中國典型造山帶和大陸克拉通地區(qū)的巖石圈演化研究置于全球構(gòu)造和地球深部動(dòng)力學(xué)過程的學(xué)術(shù)背景中，針對(duì)全球巖石圈演化的前沿領(lǐng)域和科學(xué)問題，結(jié)合我國獨(dú)具特色的地質(zhì)現(xiàn)象，重點(diǎn)開展大陸巖石圈形成與演化方面的研究：

1.大陸巖石圈的形成機(jī)制

華北克拉通等古老大陸巖石圈的形成過程與全球典型的古大陸相比，中國的古大陸在巖石組成及形成演化歷史等方面具有特殊性，是研究早期大陸生長的理想地區(qū)。實(shí)驗(yàn)室近期將研究早前寒武紀(jì)大陸巖石圈的生長機(jī)制；高溫/高壓變質(zhì)作用對(duì)早前寒武紀(jì)大陸碰撞的拼合方式；探討太古宙大洋地殼的性質(zhì)以及殼幔相互作用的方式等。

顯生宙大陸巖石圈的形成與地殼增生大陸地殼的形成時(shí)間和機(jī)制是巖石圈研究的基本問題。主流觀點(diǎn)認(rèn)為現(xiàn)今的地殼形成于地球演化的早期，而在顯生宙期間，地殼增長量可以忽略不計(jì)。同時(shí)，大陸地殼的生長主要通過發(fā)生在會(huì)聚型板塊邊界上的巖漿作用來實(shí)現(xiàn)。但最近幾年通過對(duì)中亞造山帶的研究發(fā)現(xiàn)，顯生宙也是全球地殼生長的重要時(shí)期，先前認(rèn)為地殼基本形成于早前寒武紀(jì)的觀點(diǎn)需要重新加以認(rèn)識(shí)和修正，并且幔源巖漿的底侵作用也是大陸地殼增生的一種重要方式。因此，實(shí)驗(yàn)室近期擬通過對(duì)我國北部與東部的研究，闡明顯生宙期間大陸巖石圈增生的規(guī)模機(jī)制，研究巖石圈地幔熔融對(duì)大陸地殼增長的貢獻(xiàn)。

2.大陸板塊聚合過程中的巖石圈演化

大洋板塊俯沖過程與大陸增生中—東亞造山帶是增生型造山帶，具有多階段縫合和地殼雙向增生特點(diǎn)，而且該帶發(fā)育罕見的巨型礦床，是國際關(guān)注的研究區(qū)域和前沿科學(xué)課題。實(shí)驗(yàn)室擬通過系統(tǒng)探討古生代洋陸格局，重點(diǎn)解剖增生造山作用的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特征，探索大洋板塊俯沖過程中典型增生造山過程特征，重塑陸殼側(cè)向增生的歷史。

證明低密度的大陸地殼物質(zhì)曾被俯沖到地幔80？200公里以下的深度，并回返到地表，是國際固體地球科學(xué)界的一個(gè)重大進(jìn)展，這一進(jìn)展促使我們對(duì)許多深層次的重大科學(xué)問題進(jìn)行了更深入的研究。實(shí)驗(yàn)室擬將顯微尺度的變質(zhì)演化與宏觀尺度的構(gòu)造演化有機(jī)地結(jié)合起來，近期將主要研究大陸地殼深俯沖和折返過程中的熔體/流體活動(dòng)，探討陸殼俯沖過程中的殼-幔相互作用機(jī)制與產(chǎn)物；研究典型大陸上/下地殼和巖石圈地幔在俯沖碰撞過程中的密度和變形等主要?jiǎng)恿W(xué)控制因素的差異，探討大陸巖石圈各圈層在俯沖碰撞及碰撞后的差異變質(zhì)演化及其對(duì)諸如地殼加厚、巖石圈地幔的拆沉、碰撞后巖漿活動(dòng)等造山帶演化進(jìn)程的制約機(jī)制。

在陸—陸碰撞過程中山根的形成與演化下，地殼在控制地表變形和地貌特征以及演繹殼—幔相互作用有著重要的作用。實(shí)驗(yàn)室將以青藏高原下地殼出露點(diǎn)為靶區(qū)，研究其巖石學(xué)和地球化學(xué)特征、溫壓環(huán)境和流變特征，同時(shí)研究不同碰撞階段和不同構(gòu)造變形背景下的巖漿活動(dòng)特征，進(jìn)而對(duì)下地殼增厚與流動(dòng)、巖石圈地幔拆沉與減薄、地殼伸展與滑移等3個(gè)關(guān)鍵地質(zhì)過程進(jìn)行探索，揭示陸—陸碰撞的詳細(xì)過程。

3.地球深部過程與巖石圈的改造和破壞

大陸克拉通巖石圈的改造與破壞過程是我國華北東部巖石圈顯生宙以來曾發(fā)生過的大規(guī)模的改造與破壞，這在全球是獨(dú)一無二的?，F(xiàn)有的研究表明，該巖石圈的改造過程不僅使巖石圈的厚度發(fā)生變化，更重要的是造成了巖石圈組成和結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。因此，該地區(qū)是研究巖石圈演化歷史的理想地區(qū)，已引起了國內(nèi)外地學(xué)界的廣泛關(guān)注。實(shí)驗(yàn)室將進(jìn)一步深入研究巖石圈減薄的機(jī)制、巖石圈地幔改造過程、橄欖巖—熔體相互反應(yīng)與殼幔相互作用，以及華北東部、西部巖石圈的差異演化。

核幔界面物性狀態(tài)對(duì)研究巖石圈形成與演化具有重要意義。實(shí)驗(yàn)室擬通過主動(dòng)源和被動(dòng)源地震為主的地球物理資料密集觀測，綜合地質(zhì)與地球化學(xué)研究方法，揭示核幔界面物理化學(xué)變化與層圈相互作用過程對(duì)巖石圈構(gòu)造演化的深部控制機(jī)理。

白堊紀(jì)超靜磁帶是全球性的地球物理場異常事件，伴隨這一地球物理場異常還發(fā)生了一系列全球性其它地質(zhì)事件，如洋殼快速增生、火山活動(dòng)強(qiáng)烈等。國際上對(duì)地球物理場異常與上述全球性地質(zhì)事件之間的關(guān)聯(lián)性開展了一些初步研究，但未取得重要進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室擬通過研究地磁場強(qiáng)度與地磁極性倒轉(zhuǎn)頻率的變化來探討地球深部動(dòng)力學(xué)過程對(duì)巖石圈演化的影響。

4.巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)地球物理探測

來自地殼—上地幔的深部結(jié)構(gòu)和物性的信息是深化巖石圈構(gòu)造演化的關(guān)鍵。對(duì)于巖石圈構(gòu)造演化的一系列科學(xué)問題的研究能否深入，在很大程度上依賴對(duì)目標(biāo)區(qū)域的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物質(zhì)進(jìn)行仔細(xì)的研究。實(shí)驗(yàn)室將結(jié)合上述研究目標(biāo)，以先進(jìn)的寬頻帶地震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行典型區(qū)域的天然和人工地震流動(dòng)觀測，獲取直接的地震觀測資料，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)的研究，為認(rèn)識(shí)巖石圈演化歷史提供高分辨率的基礎(chǔ)資料。

布局未來研究計(jì)劃

自成立以來，實(shí)驗(yàn)室定位于基礎(chǔ)研究，通過運(yùn)用地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科綜合理論與方法，重點(diǎn)研究大陸巖石圈的組成、構(gòu)造和演化歷史及殼—幔過程與盆—山系統(tǒng)等。經(jīng)過多年發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室在大陸動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得一系列高水平的有顯示度的成果。在開放與流動(dòng)管理機(jī)制下，實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮了地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)的交叉融和優(yōu)勢，形成了學(xué)術(shù)自由與開拓創(chuàng)新的良好科研氛圍和一支在國內(nèi)外有影響的研究隊(duì)伍。近年來，實(shí)驗(yàn)室的研究骨干人員主持和承擔(dān)了眾多國家自然科學(xué)基金及中國科學(xué)院重大項(xiàng)目。據(jù)報(bào)道，2016年度實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的正在運(yùn)行的科研項(xiàng)目156項(xiàng)，包括國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)/重大項(xiàng)目課題/杰青/優(yōu)青、基金委創(chuàng)新群體、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)課題和國家重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目/課題等。其中，2016年新增項(xiàng)目40項(xiàng)，到賬科研經(jīng)費(fèi)2.16億元。同時(shí)，在“知識(shí)創(chuàng)新工程”的支持下，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)基本完成了相關(guān)學(xué)科及其配套實(shí)驗(yàn)與觀測設(shè)備的建設(shè)，已成為國內(nèi)外有一定影響的實(shí)驗(yàn)室。

在未來的發(fā)展中，圍繞上述研究方向，實(shí)驗(yàn)室將立足于地球系統(tǒng)科學(xué)理論框架，著眼于巖石圈構(gòu)造演化研究領(lǐng)域的國際前沿重大科學(xué)問題，以地球深部各圈層間的相互作用為研究主線，系統(tǒng)解剖大陸巖石圈的組成、結(jié)構(gòu)、形成機(jī)制和演化過程，為巖石圈動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展做出創(chuàng)新性貢獻(xiàn)，同時(shí)為國家和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。此外，實(shí)驗(yàn)室將以華北克拉通為代表的早期大陸巖石圈的形成與演化、以華北東部為代表的大陸巖石圈的改造與破壞過程、以大別—蘇魯—秦嶺—柴北緣與青藏高壓—超高壓變質(zhì)帶為代表的大陸深俯沖過程及殼幔相互作用、以北方及中—東亞造山帶為代表的增生型造山作用與大陸增生、以喜馬拉雅型造山帶為代表的陸—陸碰撞造山過程中山根形成與演化機(jī)制為研究重點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)室的中長期目標(biāo)是為構(gòu)建國家資源安全保障體系和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)，聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀青年科學(xué)家，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科實(shí)質(zhì)性交叉融合，并使之成為巖石圈演化領(lǐng)域的國際性研究中心和學(xué)術(shù)交流中心，以及吸引、凝聚和培養(yǎng)國內(nèi)外優(yōu)秀人才的基地。實(shí)驗(yàn)室通過建立野外穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)室，研究中國及鄰區(qū)大陸巖石圈的物質(zhì)、結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，認(rèn)識(shí)在固體地球整體行為中巖石圈的動(dòng)力學(xué)過程，探索地球內(nèi)部圈層相互作用的機(jī)理，致力于為固體地球系統(tǒng)科學(xué)理論的建立貢獻(xiàn)力量與智慧。