萬渝生 劉福來 楊崇輝 杜利林

沈其韓院士是我國著名的地質(zhì)學(xué)家，在變質(zhì)巖石學(xué)、變質(zhì)地質(zhì)學(xué)和前寒武紀地質(zhì)與礦產(chǎn)研究方面有很深的造詣，做出了重大貢獻。沈先生實事求是、學(xué)風嚴謹、淡泊名利、提攜后學(xué)，無論學(xué)術(shù)還是品格都堪稱楷模，受人敬仰。值此先生百年華誕和從事地質(zhì)工作八十周年之際，我們出版本專輯，以表達對先生的敬仰之情和感激之意，祝先生身體健康、生活愉快、家庭幸福。本專輯涉及到變質(zhì)巖石學(xué)、變質(zhì)地質(zhì)學(xué)、前寒武紀地質(zhì)研究及其他方面，可分為綜述性和研究性兩類論文。現(xiàn)就專輯內(nèi)容簡介如下。

1 綜述性論文

在對克拉通、克拉通化、下地殼、下地殼剖面，下地殼過程、巖石圈、大陸巖石圈等定義和術(shù)語作詳細論述的基礎(chǔ)上，翟明國等(2021)對克拉通化的本質(zhì)、太古宙與元古宙分界的意義、下地殼過程和作用方式(包括形成和破壞)、斜長巖在克拉通化過程中的作用、克拉通與造山帶下地殼的差異、大陸巖石圈的形成演化等涉及地球早期歷史及相關(guān)重要科學(xué)問題進行了全面系統(tǒng)的闡述和總結(jié)。討論了華北克拉通的克拉通化過程及全球?qū)Ρ?，強調(diào)克拉通化在地球演化歷史上的重要性，稱之為“最偉大的事件”。指出克拉通化過程的核心問題是下地殼的形成以及與地幔的耦合，下地殼在地球圈層中處于關(guān)鍵部位，是地熱梯度、密度、剛性、塑性狀態(tài)和粘滯度突變的結(jié)合部，是地殼與地幔的能量交換最活躍的部位。認為在克拉通化過程中斜長巖添加到下地殼底部可能是殼幔耦合之關(guān)鍵，基底熔融、巖漿底侵和下地殼拆沉是造成下地殼破壞的三種主要方式，尤以巖漿底侵作用最為重要。地殼分層是地球熱體制發(fā)生重要變化的表現(xiàn)和必然結(jié)果。論述了華北克拉通新太古代末-古元古代初、中元古代-新元古代初和顯生宙巖石圈的特點，指出新太古代末-古元古代早期和中元古代-新元古代早期是巖石圈演化的關(guān)鍵時期。作者強調(diào)，需多學(xué)科交叉，對巖石圈的形成和演化給予更多的關(guān)注，加強研究大陸地殼形成和克拉通化對大陸巖石圈形成的重要作用及對構(gòu)造體制、地球環(huán)境和重大地質(zhì)事件(如大氧化事件、雪球事件、生命大爆發(fā))的影響。文中內(nèi)容十分豐富，提出了許多獨到精辟的見解，指出了今后進一步研究的方向。這是一篇十分重要的文獻，對于巖石圈和前寒武紀地質(zhì)學(xué)研究將起到重要的指導(dǎo)作用。

類地行星對比是了解地球早期形成演化歷史的一個重要途徑。陸松年和相振群(2021)介紹了近年來類地行星研究取得的進展及應(yīng)用。由于增生、分異、撞擊和放射性活動，足夠大的硅酸鹽類行星很可能經(jīng)歷過壽命不長的巖漿洋演化階段；隨著冷卻和巖石圈增厚，在其生命期間還可能經(jīng)歷停滯蓋(Stagnant lid)和板塊構(gòu)造的構(gòu)造樣式。停滯蓋構(gòu)造有三種主要形態(tài)：熱管、滴狀及柱狀體、拆沉及上涌流。類地行星的主要構(gòu)造類型是停滯蓋構(gòu)造，而板塊構(gòu)造卻十分罕見。對于后者，水的存在最為關(guān)鍵。作者還重點介紹了地球冥古宙-太古宙板塊運動啟動的地質(zhì)學(xué)證據(jù)和特點。

變質(zhì)作用、巖漿作用中溫度與壓力(P-T)條件的確定是以礦物固溶體為基礎(chǔ)的，自然離不開固溶體活度的計算。如果活度描述不準確，計算結(jié)果就會有不同程度的誤差。石榴子石、黑云母和斜長石都是常見的固溶體礦物，在變質(zhì)作用P-T計算中經(jīng)常使用。吳春明和劉嘉惠(2021)以GB溫度計和GASP壓力計為例，系統(tǒng)評述和總結(jié)了這三種礦物的不同活度模型對溫度計和壓力計的影響。如果將它們同時作為理想固溶體，計算溫度系統(tǒng)性偏低，計算壓力明顯偏高。如果統(tǒng)一采用非理想固溶體活度模型，盡管不同活度模型熱力學(xué)參數(shù)存在較大差異，但它們卻能夠較好地再現(xiàn)實驗結(jié)果，并都能識別遞增變質(zhì)帶、倒轉(zhuǎn)變質(zhì)帶、熱接觸變質(zhì)暈中不同變質(zhì)地帶溫度的系統(tǒng)變化。這說明，需要盡可能準確地描述礦物固溶體中不同離子的非理想混合性質(zhì)及其活度。作者討論了當前礦物活度模型的不足之處及發(fā)展方向，對礦物活度模型研究具有重要意義。

魏春景等(2021)對近年來麻粒巖研究進展進行了詳細評述和總結(jié)。(1)麻粒巖的大地構(gòu)造環(huán)境與P-T軌跡。麻粒巖可形成于碰撞造山帶、地殼伸展區(qū)、島弧或陸緣巖漿增生區(qū)和太古宙克拉通等四種大地構(gòu)造環(huán)境，它們具有不同的P-T軌跡特征。(2)麻粒巖的進變質(zhì)過程與流體行為。按照流體行為，把麻粒巖進變質(zhì)過程劃分為流體飽和、流體不飽和/或缺流體以及流體過飽和進變質(zhì)過程等三種型式，具體分析了不同過程對部分熔融作用的影響和巖石結(jié)構(gòu)特征，水化熔融可以導(dǎo)致殘余物中富集角閃石和黑云母等含水礦物。(3)確定麻粒巖P-T條件的視剖面圖方法。詳細介紹了利用視剖面圖分析麻粒巖變質(zhì)條件的方法，強調(diào)巖相學(xué)觀察確定的峰期組合和最終組合都可能受局部結(jié)構(gòu)域控制，與滯留熔體的不均勻分布或原地分凝有關(guān)。(4)相平衡模擬時需要選擇有效的全巖成分。就宏觀尺度不均勻的結(jié)構(gòu)域、微觀尺度的結(jié)構(gòu)域和疊加或退變質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)域等三種情況，分別介紹了處理方法，文中還介紹了計算巖石中的水含量、O含量和各種礦物相含量的方法與注意事項。該工作對于麻粒巖及相關(guān)問題研究將起到重要的促進作用。

王潮和宋述光(2021)對富鐵苦橄巖的研究進展進行了綜述。富鐵苦橄巖是一類特殊的高鎂地幔來源巖漿巖，具有高的FeOT和MgO含量(分別為>14%和>12%)，富集不相容元素，具有輕重稀土強烈分異的稀土元素配分模式。富鐵苦橄巖通常與科馬提巖一起產(chǎn)出于綠巖帶中，或產(chǎn)出于大火成巖省中，通常被認為對應(yīng)了一個異常熱且較深的地幔柱源區(qū)，是地幔柱作用產(chǎn)物。從源區(qū)化學(xué)成分、源區(qū)礦物組合、初始熔融深度、地幔源區(qū)的潛能溫度和源區(qū)熔融程度等方面，作者討論了富鐵苦橄巖的鐵富集特征及成因機制。以往認為深部地幔出現(xiàn)鐵和不相容元素富集的時間約為2.7Ga，根據(jù)華北克拉通冀東地區(qū)3.45Ga富鐵苦橄巖的發(fā)現(xiàn)，作者認為局部的富集可能在那時就已出現(xiàn)。

榴輝巖是洋陸俯沖、超高壓變質(zhì)以及殼幔相互作用的主要研究對象，榴輝巖部分熔融強烈影響了地殼增生、板片折返過程以及俯沖隧道中元素遷移分配等過程。劉帥奇和張貴賓(2021)對榴輝巖部分熔融過程中同位素體系分餾現(xiàn)象進行了綜述。實驗研究和理論計算表明，榴輝巖部分熔融過程中穩(wěn)定同位素可產(chǎn)生顯著分餾。在非平衡熔融過程中，熔體和源區(qū)的Sr-Nd-Hf-O同位素可發(fā)生解耦，導(dǎo)致二者同位素組成不均一。由于石榴石效應(yīng)，榴輝巖部分熔融會造成Ca、Mg、Fe、Li等金屬同位素的分餾。利用穩(wěn)定同位素示蹤榴輝巖熔體的物源區(qū)需考慮分餾作用的影響。

為了解華北克拉通中東部(包括中部帶)新太古代晚期殼幔動力學(xué)體制與過程，劉樹文等(2021)收集并整理了該區(qū)這一時期(ca. 2.6～2.49Ga)726個變質(zhì)火山巖樣品的地球化學(xué)資料，巖石類型包括超鐵鎂質(zhì)巖石(～7%)，稀土未分異型玄武巖(～14%)，稀土分異型玄武巖(～27%)，玻安巖(～4%)，高鎂安山巖(～12%)，低鎂安山巖(～26%)和英安巖-流紋巖(～10%)，并詳細分析了不同地區(qū)新太古代晚期表殼巖系巖石組合特征。結(jié)合華北克拉通中東部新太古代熱狀態(tài)和地殼厚度研究成果，作者認為，稀土未分異型和分異型玄武巖、高鎂安山巖和玻安巖主要形成于俯沖板片流體、熔體和沉積物熔體交代地幔的部分熔融，而低鎂安山巖、英安巖和其它長英質(zhì)火山巖則大都經(jīng)歷了與俯沖相關(guān)初始巖漿的結(jié)晶分異或地殼物質(zhì)熔融和地殼混染等過程。作者進一步指出，盡管地幔柱構(gòu)造體制和板塊構(gòu)造-地幔柱聯(lián)合作用機制在局部地區(qū)仍存在，但板塊構(gòu)造體制在新太古代晚期已經(jīng)成為最重要的殼-幔動力學(xué)體制。

鄂爾多斯地塊是華北克拉通西部的重要組成。由于中新元古代-中生代巨厚地層覆蓋，鄂爾多斯地塊基底性質(zhì)和構(gòu)造格架研究主要依靠鉆孔資料和地球物理方法。張成立等(2021)對近十年來鄂爾多斯早前寒武紀變質(zhì)基底取得的進展進行了評述和總結(jié)。根據(jù)鄂爾多斯基底巖石地球化學(xué)組成和地球物理特征，包括基底鉆孔巖芯巖石組合、花崗片麻巖的鋯石U-Pb年齡、Hf同位素和全巖Nd同位素組成以及航磁異常和地殼速度結(jié)構(gòu)，作者確定大同-華池斷裂帶斷裂南緣存在一條古元古代花崗巖漿活動(2.2～2.0Ga)和變質(zhì)作用改造(1.96～1.85Ga)的構(gòu)造活動帶，為變質(zhì)基底的一條重要分界帶。北部變質(zhì)基底主要由變質(zhì)碎屑沉積巖、大理巖和花崗片麻巖類構(gòu)成，經(jīng)歷了新太古代晚期和古元古代中期巖漿活動及古元古代晚期變質(zhì)作用改造，與華北克拉通北緣孔茲巖帶相似；南部變質(zhì)基底主要由新太古代陸殼組成，存在一定規(guī)模中太古代和少量古太古代陸殼物質(zhì)，與華北克拉通南部古陸塊類似。該研究深化了鄂爾多斯地塊前寒武紀變質(zhì)基底的認識。

結(jié)合新的研究資料，張建新等(2021)對祁連-阿爾金-昆侖早古生代造山系中的前寒武紀微陸塊研究進展及相關(guān)問題進行了評述和總結(jié)。(1)它們普遍遭受早古生代造山事件的改造和再活化；(2)僅僅歐龍布魯克地塊保存有早前寒武紀變質(zhì)基底，它們與華北克拉通(特別是阿拉善地塊)和塔里木克拉通具有相似的巖石組合和年代格架；(3)晚中元古代到新元古代，所有的前寒武紀微陸塊與華南陸塊和塔里木陸塊具有更強的親緣性；(4)青藏高原北緣早古生代造山系中的大部分前寒武紀微陸塊可能在羅迪尼亞超大陸解體時已從岡瓦納大陸北部分離，而柴達木地塊記錄了泛非期造山作用的構(gòu)造熱事件，可能在泛非造山期(530Ma)以后才從岡瓦納大陸分開；(5)在青藏高原東北部，新元古代晚期-早古生代不存在統(tǒng)一的原特提斯洋，原特提斯洋的打開是穿時的。該研究對了解青藏高原東北緣超大陸聚散、原特提斯體系洋陸格局和造山類型及機制都具有重要意義。

近年來海南島地質(zhì)研究的一個重要進展是其東北部木欄頭地區(qū)石炭紀榴輝巖(海南榴輝巖)的發(fā)現(xiàn)。劉曉春等(2021)對榴輝巖的基本特征進行了總結(jié)。(1)它們可能是一個巨型單體榴輝巖，總面積約1.8km2；(2)榴輝巖主體具有洋中脊玄武巖(N-MORB)屬性，少數(shù)具有富集洋中脊玄武巖(E-MORB)和火山弧玄武巖(VAB)屬性，均來自于虧損軟流圈地幔；(3)榴輝巖經(jīng)歷了順時針變質(zhì)演化，從綠簾角閃巖相(620～680℃、0.87～1.11GPa)、榴輝巖相/榴輝巖-高壓麻粒巖過渡相(820～860℃、1.70～1.82GPa)、角閃巖相(700～730℃、0.71～0.85GPa)到綠片巖相；(4)榴輝巖原巖形成于355Ma之前，進變質(zhì)和峰期-退變質(zhì)的時代分別約為340～330Ma和310～300Ma，冷卻至金紅石U-Pb體系封閉溫度的年齡為292±6Ma。在此基礎(chǔ)上，作者對海南榴輝巖研究中存在的重要科學(xué)問題及進一步研究方向進行了深入解剖，包括：榴輝巖是榴輝巖相巖石還是榴輝巖-高壓麻粒巖過渡相巖石？東、西古特提斯構(gòu)造域的早期演化有無相似之處？海南榴輝巖的發(fā)現(xiàn)及進一步深入研究對于重建海南島早古生代地質(zhì)演化歷史和全球古特提斯構(gòu)造帶早期演化帶來了新的重要契機。

平南盆地位于朝鮮半島中部，沉積時代跨度超過1.0Gyr，面積～25000km2，沉積物厚度累計高達15km。在補充部分地層缺失資料基礎(chǔ)上，彭澎等(2021)對平南盆地不同時代地層的巖石組合和形成年齡、碎屑鋯石年齡分布、碳酸鹽巖碳同位素組成進行了系統(tǒng)評述和總結(jié)，探討了盆地形成演化過程、與華北東部徐淮-大連盆地關(guān)系、碎屑沉積巖物源區(qū)特征和碳同位素負漂移的地質(zhì)意義。沉積地層從下至上被劃分為黃海群(1.3～1.2Ga)、祥原超群下部(直峴群，1.00～0.95Ga)、祥原超群上部(自下而上包括祠堂隅群、默川群和滅岳山群等，0.95～0.90Ga)、燕灘群(0.70～0.54Ga)、黃州超群(包括下部黃州群和上部法洞群，0.52～0.46Ga)和平安超群( 0.30～0.20Ga)等構(gòu)造層序。平南盆地南部還發(fā)育臨津群(0.42～0.35Ga)，與其他巖系呈構(gòu)造關(guān)系。作者認為物源區(qū)變化指示了古地理格局的變化，在新元古代早期，華北克拉通可能曾與某個發(fā)育1.6～1.5Ga和1.2～1.1Ga巖漿作用的板塊或者巖漿弧近/遠鄰，碳同位素多次負漂移則是對長期多次裂解事件的響應(yīng)。該研究不僅進一步深化了平南盆地本身形成演化的認識，對中國東部中元古代晚期以來的構(gòu)造格局的建立也具有重要意義。

前寒武紀條帶狀鐵建造(BIF)是世界鐵礦資源的重要類型。鐵建造從太古宙-古元古代的海洋環(huán)境中沉積，又在其后直至中生代的漫長地質(zhì)歷史演化過程中經(jīng)歷了鐵礦石的品位由低到高轉(zhuǎn)化的地質(zhì)過程。李旭平和陳妍蓉(2021)闡述了前寒武紀海洋鐵的來源及沉積機制、鐵在水體中的物態(tài)及其運移機制，在缺氧條件下溶解在洋盆中二價鐵的氧化過程以及變質(zhì)作用對BIF鐵建造成礦作用的影響等，從多方面探討了太古宙-古元古代BIF鐵礦床的沉積成因特征和變質(zhì)富集成礦過程。BIF鐵建造的成礦過程與大氧化事件、造山事件在時間和空間上、從綠片巖相到角閃巖相變質(zhì)作用過程都存在廣泛的聯(lián)系。硅鐵建造在太古宙-古元古代的沉積盆地中形成后, 在元古代造山事件中發(fā)生變質(zhì)變形，并將原巖鐵英巖轉(zhuǎn)化為品位較高的BIF鐵礦石，又通過后期風化改造的表生過程進一步提高礦石的品位。

七十年前新中國成立，百廢待興，中國地質(zhì)事業(yè)也迎來了蓬勃發(fā)展的新開端，原有地質(zhì)機構(gòu)和人員均有很大的調(diào)整和變動。由于年代久遠及體制原因，特別是當事人大都駕鶴遠去，現(xiàn)今對新中國初期主要地質(zhì)機構(gòu)的演變與人員的流動情況并不那么清晰。要重拾那段歷史，其難度可想而知。在查閱大量歷史檔案和走訪健在老專家的基礎(chǔ)上，以中國科學(xué)院地質(zhì)研究所成立為主線，吳福元(2021)詳細梳理了1950年代早期中國主要地質(zhì)科研機構(gòu)變遷與人員分流的歷史，包括民國時期三大地質(zhì)機構(gòu)(中央研究院地質(zhì)研究所、經(jīng)濟部中央地質(zhì)調(diào)查所和國民政府資源委員會礦產(chǎn)測勘處)與后來的中國科學(xué)院地質(zhì)研究所和古生物研究所以及地質(zhì)部之間復(fù)雜的機構(gòu)承續(xù)、核心隊伍的流向、重要負責人的變更任命等內(nèi)容。該文信息量很大，不同資料相互印證，更為難得是文中引用了大量檔案史料，澄清了一些歷史問題，破解了一些懸疑之謎，是一篇重要的科技史文獻。這篇文章不僅具有重要的史料價值，還使讀者感受到，新中國成立之初，百業(yè)待興之際，老一輩地質(zhì)學(xué)家服從國家需要，聽從國家調(diào)派，以建設(shè)祖國為己任的高尚情懷。緬懷前賢，激勵后進。

2 研究性論文

石強等(2021)對孔孔茲巖帶中段大青山地區(qū)新太古代晚期-古元古代早期石榴石花崗巖進行了研究。石榴花崗巖空間上與新太古代晚期大青山表殼巖(主要為石榴黑云片麻巖)共生。宏觀上巖性變化大，包括石榴閃長巖、石榴石英閃長巖和石榴花崗閃長巖等不同巖石類型。野外地質(zhì)、巖相學(xué)和地球化學(xué)研究表明石榴石花崗巖與大青山表殼巖具有物源上的繼承關(guān)系。作者認為，石榴石花崗巖為原地-半原地深熔花崗巖，其形成與區(qū)內(nèi)新太古代晚期水平順層滑脫變形有關(guān)。

王芳等(2021)對冀北赤城北獨石口地區(qū)紅旗營子雜巖中新發(fā)現(xiàn)的古元古代變輝長閃長巖進行了地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究。變輝長閃長巖為拉斑系列巖石，富集輕稀土元素和大離子親石元素，虧損Nb、Ta等高場強元素。2個樣品的巖漿鋯石年齡分別為1808±18Ma和1825±18Ma，鋯石εHf(t)值和tDM分別為-5.4～+0.1和2236～2418Ma。作者認為，變輝長閃長巖代表了殼-幔相互作用產(chǎn)物，其形成與華北克拉通古元古代造山帶去根作用所導(dǎo)致的區(qū)域抬升(伸展)有關(guān)。

王惠初等(2021)對膠北地區(qū)祥山和于埠變質(zhì)輝長巖進行了鋯石定年和地球化學(xué)研究。輝長巖侵入古元古代荊山群，產(chǎn)出“祥山式”巖漿熔離型鐵礦。祥山變質(zhì)輝長巖未獲得巖漿鋯石年齡，變質(zhì)鋯石年齡為1851±9Ma；于埠變質(zhì)輝長巖的巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石年齡分別為2052±23Ma和1834±5Ma。與變質(zhì)輝長巖伴生的變質(zhì)斜長花崗巖具有類似的變質(zhì)鋯石年齡。于埠變質(zhì)輝長巖的巖漿鋯石εHf(t)值和tDM分別為+1.87～+3.64和2.29～2.38Ga。變質(zhì)輝長巖屬堿性系列巖石，大離子親石元素富集，具輕稀土富集稀土模式。斜長花崗巖與大洋斜長花崗巖組成類似，低K、Ti、Sr，高Na、Yb。研究表明，輝長巖來自古元古代中期虧損地幔，屬于層狀侵入體類型，形成于伸展構(gòu)造背景。結(jié)合前人研究成果，作者認為，可把膠-遼-吉活動帶的形成演化過程劃分為兩個階段，早期為大陸裂解-穩(wěn)定陸緣演化階段(2.2～2.0Ga)，晚期為俯沖-碰撞造山階段(2.0～1.85Ga)。

張健等(2021)對華北克拉通平谷-薊縣地區(qū)團山子組和大紅峪組鉀質(zhì)火山巖進行了SHRIMP U-Pb鋯石定年，4個樣品的巖漿鋯石年齡為1605～1634Ma。侵入串嶺溝組的鈉質(zhì)巖脈的年齡為～1625Ma(張健等，2015)。鉀質(zhì)火山巖和同時代(～1625Ma)鈉質(zhì)巖脈(張健等，2015)具有類似的鋯石Hf-O同位素組成：εHf(t)=-2～+4，δ18O=4.5‰～7.7‰。作者認為，這些堿性巖漿巖來自相同的富集地幔，鉀質(zhì)火山巖物源區(qū)疊加了高δ18O富鉀物質(zhì)交代作用。結(jié)合前人工作，華北克拉通中-新元古代巖漿事件是伸展環(huán)境的產(chǎn)物，鋯石Hf同位素組成在～1.32Ga由富集到虧損的突變，暗示巖石圈地幔遭受強烈交代改造作用。

本專輯的出版得到了翟明國院士的大力支持，編輯部付出了辛勤工作。以下專家學(xué)者評審了本專輯論文：陳意、陳伊翔、杜利林、耿元生、郭敬輝、郭順、侯泉林、胡健民、李懷坤、李錦軼、李忠、劉超輝、劉傳周、劉福來、劉平華、李三忠、劉樹文、劉玉琳、潘桂棠、彭澎、任留東、仝來喜、萬渝生、王惠初、王偉(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢))、王孝磊、王偉(中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所)、魏春景、向華、楊崇輝、尹常青、曾令森、翟慶國、張傳林、張貴賓、張健、張建新、張世紅、趙磊、周曉成、周艷艷。在此表示衷心感謝。