——訪中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)力學(xué)所張拴宏研究員

日前，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)正式公布了2017年度國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)力學(xué)研究所張拴宏研究員以“晚前寒武紀(jì)大地構(gòu)造”為資助方向，成為近3年來(lái)國(guó)土資源部系統(tǒng)唯一一名上榜者。為此，記者走訪了張拴宏研究員。

國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目是我國(guó)自然科學(xué)界公認(rèn)含金量較高的科研項(xiàng)目，主要支持在基礎(chǔ)研究方面已取得突出成績(jī)的青年學(xué)者自主選擇研究方向開(kāi)展創(chuàng)新性研究，其評(píng)審過(guò)程十分嚴(yán)格，平均資助率不超過(guò)10%，在今年正式資助的198個(gè)項(xiàng)目中，地球科學(xué)部只有21個(gè)名額。獲得其資助，一方面意味著對(duì)申報(bào)科學(xué)家以往科學(xué)成就，以及他本人、所在團(tuán)隊(duì)和單位科研能力的認(rèn)可；另一方面，則顯示了申報(bào)項(xiàng)目在地學(xué)研究領(lǐng)域的前沿性。

那么，基金支持的“晚前寒武紀(jì)大地構(gòu)造”研究將解決怎樣的地學(xué)問(wèn)題？

簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是尋找晚前寒武紀(jì)大陸裂解的記錄，揭示哥倫比亞超大陸的裂解過(guò)程及深部動(dòng)力學(xué)背景，探討其對(duì)成礦及古環(huán)境演變的意義。

哥倫比亞大陸是目前認(rèn)為地球歷史上最為古老的超大陸。在地球漫長(zhǎng)的演化過(guò)程中，至少形成了3個(gè)超大陸，包括20億~13億年的哥倫比亞超大陸、12億~7億年的羅迪尼亞超大陸和3億年以來(lái)的潘吉亞大陸。

眾所周知，前寒武紀(jì)是地球形成與演化史上最為漫長(zhǎng)的一個(gè)地質(zhì)時(shí)代。在地球近46億年的歷史中，距今5.42億年是一個(gè)重要的分水嶺，從那時(shí)起，地球出現(xiàn)了大量的生物，因而那以后的時(shí)段，通稱(chēng)為顯生宙，而顯生宙的第一個(gè)地質(zhì)時(shí)代，就是寒武紀(jì)。寒武紀(jì)之前的漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期被人們稱(chēng)為前寒武紀(jì)。前寒武紀(jì)地質(zhì)學(xué)研究的就是比寒武紀(jì)更古老的約40 億年漫長(zhǎng)的地球演化歷史。地球大陸的80%～90%以上，是在前寒武紀(jì)形成的，并且賦存著豐富的礦產(chǎn)資源。因此，解讀前寒武紀(jì)的地質(zhì)歷史，對(duì)人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球、利用地球、保護(hù)地球，有著十分重要的意義。

顯生宙，即寒武紀(jì)以來(lái)，超大陸重建、裂解的標(biāo)志非常多，所以科學(xué)界也對(duì)此認(rèn)識(shí)得比較清楚，但在時(shí)間更加久遠(yuǎn)的前寒武紀(jì)時(shí)期，由于沒(méi)有繁榮生物世界遺留下的豐富化石，更沒(méi)有人類(lèi)社會(huì)的燦爛文明，加上地殼多次巨變對(duì)地表地質(zhì)記錄翻天覆地的改造，可供人們尋找歷史真相的信息便極為稀少，因而不同科學(xué)家對(duì)重建及裂解過(guò)程爭(zhēng)議很大。因此，地質(zhì)歷史時(shí)期以大規(guī)?；詭r漿活動(dòng)為代表的大火成巖省及大陸邊緣裂谷沉積，在超大陸裂解及重建研究中具有非常重要的意義。

張拴宏認(rèn)為，“顯生宙潘吉亞超大陸裂解的記錄對(duì)于認(rèn)識(shí)晚前寒武紀(jì)大陸裂解的過(guò)程有非常重要的參考意義，是認(rèn)識(shí)晚前寒武紀(jì)大陸裂解的金鑰匙，而關(guān)鍵的 “地質(zhì)密碼”之一就是華北克拉通北部的燕遼大火成巖省。

哥倫比亞超大陸是由20億~18.5億年的造山帶將太古宙克拉通匯聚在一起而形成的一個(gè)元古宙的超大陸，這一超大陸在14億~12億年期間發(fā)生了裂解并逐漸轉(zhuǎn)化為羅迪尼亞超大陸。

作為全球最為古老的克拉通之一，華北克拉通長(zhǎng)期被認(rèn)為在距今16億~3億年期間非常穩(wěn)定，自然也很少有人聯(lián)想到它與哥倫比亞超大陸的裂解有什么關(guān)系。

然而，張拴宏等人的研究，恰恰將華北克拉通與哥倫比亞超大陸裂解聯(lián)系在了一起。

早在2001~2002年，張拴宏與同事在野外工作中便發(fā)現(xiàn)：承德地區(qū)中元古代下馬嶺組內(nèi)存在3~4層輝綠巖床，可穩(wěn)定延伸上百公里，但在更新的地層中卻沒(méi)有。這種產(chǎn)出關(guān)系與前人主要認(rèn)為這些巖床形成于中生代的認(rèn)識(shí)是矛盾的。而后，通過(guò)系統(tǒng)的斜鋯石測(cè)年及多年持續(xù)不斷的野外地質(zhì)調(diào)查及室內(nèi)分析實(shí)驗(yàn)研究，張拴宏等人確定在華北克拉通北部燕遼地區(qū)存在一個(gè)距今13.2億年左右的基性大火成巖省，并將其命名為“燕遼大火成巖省”。

更為重要的是，燕遼基性大火成巖省在形成時(shí)代、產(chǎn)狀、巖性組成及地球化學(xué)特征方面均與北澳大利亞麥克阿瑟盆地內(nèi)13.2億年的Derim Derim-Galiwinku基性大火成巖省有著非常明顯的親緣性——不僅時(shí)間相同，而且這兩個(gè)地區(qū)中元古代沉積地層也有驚人的相似性。這說(shuō)明，在哥倫比亞超大陸重建中，華北克拉通北東部與北澳大利亞克拉通北部是相鄰的，而燕遼及Derim Derim-Galiwinku有可能屬于一個(gè)被大陸裂解所分開(kāi)的統(tǒng)一的大火成巖省。他們提出，哥倫比亞超大陸中存在13.8億~13.0億年全球性裂谷并導(dǎo)致其大規(guī)模裂解，即：以13.2億年基性大火成巖省為標(biāo)志，華北克拉通從哥倫比亞超大陸發(fā)生了裂解，燕遼基性大火成巖省與Derim Derim-Galiwinku基性大火成巖省相分離。這一重建方案也得到了前人古地磁結(jié)果的支持。

2016年8月，以“巖墻群：超大陸重建的鑰匙”為主題的第七屆國(guó)際巖墻會(huì)議在北京召開(kāi)。期間，張拴宏受邀組織了華北燕遼大火成巖省的野外路線考察，為來(lái)自美國(guó)、德國(guó)、瑞典、南非、澳大利亞等國(guó)家的同行現(xiàn)場(chǎng)介紹了自己的最新研究成果，引起了強(qiáng)烈反響，并與國(guó)際大火成巖省專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主席Richard E. Ernst達(dá)成了合作關(guān)系，促成了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局與澳大利亞北領(lǐng)地地質(zhì)調(diào)查局在北澳大利亞中元古代沉積地層及大火成巖省對(duì)比領(lǐng)域的合作研究。

如今，張拴宏的研究成果獲得了國(guó)際國(guó)內(nèi)同行越來(lái)越多的關(guān)注，在他2004年以來(lái)發(fā)表的58篇論文中，有38篇被SCI收錄，并普遍擁有較高的他引率。下一步，他希望通過(guò)更多克拉通的工作及對(duì)比，揭示哥倫比亞超大陸的裂解過(guò)程及深部動(dòng)力學(xué)背景——為“與燕遼同期的大火成巖省及抬升是否在除澳大利亞外的其他克拉通存在”“是什么深部動(dòng)力學(xué)背景形成了燕遼大火成巖省及抬升”“中元古代大火成巖省與黑色頁(yè)巖沉積有何聯(lián)系”等科學(xué)問(wèn)題尋找答案。

讓記者意外的是，聽(tīng)上去有些高冷的大火成巖省研究近年來(lái)在國(guó)際地學(xué)界非但不“冷”，而且很“熱”。

所謂大火成巖省，是指地球歷史中，以巨量巖漿在100萬(wàn)~500萬(wàn)年期間內(nèi)快速?lài)姲l(fā)為特征的大規(guī)模板內(nèi)巖漿事件。由于它的形成與地球深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程有著密切的聯(lián)系，因而從它身上可以捕捉到大陸增生、大陸裂解、環(huán)境變化、生物絕滅、成礦元素的遷移和富集等重要信息。

張拴宏告訴記者，大火成巖省與基性巖有關(guān)的金屬礦床及與火成碳酸巖有關(guān)的稀土等大規(guī)模成礦有著密切關(guān)系。那么，華北地區(qū)距今13.2億年如此大規(guī)模的幔源巖漿活動(dòng)，是否伴生有大規(guī)模成礦事件？

位于華北克拉通北緣白云鄂博礦床是世界最大的輕稀土礦床，也是我國(guó)最大的鈮礦床及釷礦床。白云鄂博稀土—鈮礦床就賦存于中元古代火成碳酸巖內(nèi)，這些火成碳酸巖明顯受褶皺構(gòu)造及層位控制。要確定白云鄂博礦床的成礦模式，首先需要合理解釋白云鄂博礦區(qū)多年地質(zhì)調(diào)查及勘探所揭示出來(lái)的火成碳酸巖及稀土—鈮礦床受層位及褶皺構(gòu)造控制的事實(shí)。

雖然前人在白云鄂博礦區(qū)開(kāi)展了大量的調(diào)查及研究工作，但關(guān)于火成碳酸巖及稀土礦床的形成時(shí)代、成因及構(gòu)造背景一直有很大爭(zhēng)議。由于稀土礦床與火成碳酸巖密切共生，準(zhǔn)確測(cè)定火成碳酸巖的時(shí)代是認(rèn)識(shí)白云鄂博超大型稀土礦床成因及構(gòu)造背景的關(guān)鍵。

張拴宏等人通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)的選樣方法，成功地從白云鄂博富稀土—鈮火成碳酸巖中分選出了大量同巖漿期結(jié)晶的鋯石，并測(cè)得白云鄂博火成碳酸巖及稀土—鈮礦化形成于13.0億年左右，揭示了白云鄂博超大型稀土—鈮礦床的形成與13.0億年左右的火成碳酸巖侵位有關(guān)。而且，白云鄂博火成碳酸巖及稀土礦化的形成時(shí)代與華北北緣燕遼大火成巖省相接近，其形成可能與華北克拉通北緣從哥倫比亞超大陸的裂解有關(guān)。這一新的研究成果為認(rèn)識(shí)白云鄂博超大型稀土礦床的成因、時(shí)代及構(gòu)造背景提供了重要依據(jù)，對(duì)礦區(qū)深部及外圍礦產(chǎn)資源勘查也有重要的參考價(jià)值。另外，很有意思的是，張拴宏等還從白云鄂博富稀土—鈮白云巖中發(fā)現(xiàn)了由于接觸交代而形成于3.0億年左右的斜鋯石。這是世界上首例在火成碳酸巖中發(fā)現(xiàn)的交代成因的斜鋯石，對(duì)于認(rèn)識(shí)受到接觸交代影響的火成碳酸巖中斜鋯石的成因機(jī)制及白云鄂博礦床的后期改造作用具有重要科學(xué)意義。

另一個(gè)備受矚目的研究是關(guān)于具有全球普遍意義的黑色頁(yè)巖與大火成巖省的關(guān)系。研究顯示，無(wú)論是燕遼基性大火成巖省，還是澳大利亞Derim Derim-Galiwinku基性大火成巖省，其巖床侵入的最頂部層位均為一套以黑色頁(yè)巖為主的沉積組合，前者為我國(guó)燕遼地區(qū)的下馬嶺組，后者則為北澳大利亞的Roper群，而黑色頁(yè)巖富含有機(jī)質(zhì)和微量元素，對(duì)油氣資源和新興戰(zhàn)略礦產(chǎn)具有重要的成藏成礦意義。

張拴宏所在的地調(diào)局地質(zhì)力學(xué)研究所，是一所國(guó)內(nèi)外知名的老牌地質(zhì)科研機(jī)構(gòu)。從李四光先生創(chuàng)立地質(zhì)力學(xué)學(xué)科和創(chuàng)建地質(zhì)力學(xué)研究所起始，地質(zhì)力學(xué)研究始終緊扣國(guó)家需求和人類(lèi)發(fā)展需要，充分體現(xiàn)了科學(xué)理論對(duì)地質(zhì)實(shí)踐的基礎(chǔ)支撐和方向指引作用。

張拴宏告訴記者，科學(xué)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界、改造世界的基礎(chǔ)，是解決全人類(lèi)諸多共同挑戰(zhàn)的根本出路，而基礎(chǔ)理論創(chuàng)新往往是技術(shù)創(chuàng)新的原動(dòng)力。或許一些地質(zhì)理論研究短時(shí)期看不到效益，但卻有可能改變著人類(lèi)認(rèn)識(shí)資源環(huán)境的視角和能力。

如今，剛剛43歲的張拴宏已當(dāng)了5年的博士生導(dǎo)師，成為國(guó)土資源部古構(gòu)造重建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，并在近10年中先后入選國(guó)土資源部“百人計(jì)劃”、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局首批“青年地質(zhì)英才計(jì)劃”及“高層次地質(zhì)人才計(jì)劃”，獲得了“國(guó)土資源部?jī)?yōu)秀青年科技人才”“第十四屆青年地質(zhì)科技獎(jiǎng)——金錘獎(jiǎng)”“黃汲清青年地質(zhì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”等一系列閃光的榮譽(yù)。這也從一個(gè)側(cè)面反映了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)基礎(chǔ)研究及相關(guān)人才的高度關(guān)注。

實(shí)踐認(rèn)識(shí)沒(méi)有止境，理論創(chuàng)新也沒(méi)有止境。人類(lèi)社會(huì)要想不斷進(jìn)步，就得不斷認(rèn)識(shí)規(guī)律，不斷推進(jìn)理論創(chuàng)新、實(shí)踐創(chuàng)新，以及其他各方面的創(chuàng)新?；蛟S，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局之所以越來(lái)越注重基礎(chǔ)地質(zhì)研究，正是充分認(rèn)識(shí)到了基礎(chǔ)研究是地調(diào)局科技能力顯示度的重要表現(xiàn)，也是推進(jìn)地質(zhì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵所在。

對(duì)張拴宏而言，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目的獲得是榮譽(yù)，更是鞭策。他愿意靜下心來(lái)繼續(xù)自己在“晚前寒武紀(jì)大地構(gòu)造”等研究領(lǐng)域的艱難跋涉，從那個(gè)寂靜無(wú)聲的遠(yuǎn)古時(shí)代中感受破解一個(gè)個(gè)科學(xué)之謎的美好與奇妙。

本期記者：周飛飛、楊健、張超越