鞍山東山雜巖38億年巖石露頭

弓長嶺地區(qū)新太古代鞍山巖群黑云變粒巖（A0420）野外照片

　　■閱讀提示

　　4月22日是“世界地球日”。地球一直是人類賴以生存的家園，然而我們對它，特別是其早期歷史卻并不熟悉。

　　日前出爐的2014年度中國十大地質(zhì)科技進(jìn)展中，華北古大陸地殼結(jié)構(gòu)及演化過程的研究成果位列其中，這是由中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所萬渝生研究團(tuán)隊揭示的。他們在冀東地區(qū)新發(fā)現(xiàn)大量35-38億年的碎屑鋯石，通過大量精確測年和綜合研究，一步步揭開關(guān)于華北古大陸發(fā)展演變的秘密。

　　了解地球，讓我們從腳下這片土地開始。

　　華北古大陸有超過38億年的歷史

　　最近，萬渝生研究團(tuán)隊在冀東地區(qū)角閃片麻巖和石榴黑云片麻巖中發(fā)現(xiàn)了大量35-38億年碎屑鋯石?！斑@表明冀東地區(qū)極有可能會發(fā)現(xiàn)38億年的陸殼巖石?！比f渝生說，而目前在冀東發(fā)現(xiàn)的最古老巖石的年齡為34億年。

　　鋯石是自然界中一種常見的副礦物，廣泛存在于巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中?！坝捎阡喪癸L(fēng)化能力強，具有非常穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，使得其能在許多地質(zhì)環(huán)境中很好地保留下來?！比f渝生介紹，之前，北京離子探針中心主任劉敦一等人曾在冀東地區(qū)的鉻云母石英巖中，首次發(fā)現(xiàn)大量35-38億年碎屑鋯石，“但可惜的是，并沒有找到與此年齡匹配的巖石”。

　　“目前，全世界發(fā)現(xiàn)的最古老巖石年齡是40億年。”萬渝生說，根據(jù)現(xiàn)有的資料，太陽系最早的物質(zhì)形成時間為45.67億年，而地球年齡約為45.4億年?！斑@是通過對墜落在地球上的隕石測定而獲得的?！?/p>

　　一方面，科學(xué)家們認(rèn)為，地球是和太陽系中的其他行星、隕石一起產(chǎn)生的。所以，隕石的年齡也就是地球的年齡。萬渝生解釋，另一方面，地球形成初期，太陽系星際物質(zhì)相互吸引、碰撞、聚積、收縮，同時短半衰期放射性元素含量豐富，兩者均產(chǎn)熱升溫，使原始地球處在高溫熔融狀態(tài)?！暗厍虮砻婵赡苤饕菐r漿的海洋，由于物質(zhì)對流強烈，陸殼物質(zhì)聚集量很少，多隨對流一起卷入地幔再循環(huán)，所以很難留下巖石記錄?！?/p>

　　因此，上世紀(jì)90年代，劉敦一發(fā)現(xiàn)鞍山地區(qū)38億年巖石的消息，就令人十分振奮。“全世界已發(fā)現(xiàn)的超過38億年的古老巖石分布區(qū)只有5處，其中包括中國的鞍山地區(qū)?！眲⒍匾徽f。

　　萬渝生研究團(tuán)隊經(jīng)過長期研究，進(jìn)一步豐富了鞍山地區(qū)的地質(zhì)演化歷史。目前，在鞍山已發(fā)現(xiàn)38億年、37億年、36億年、34.5億年、33億年、31億年、30億年、29億年、25億年等不同時代多種成因類型的巖石。

　　“鞍山是全球唯一擁有從38億年到25億年這樣長期連續(xù)古老巖石記錄的地區(qū)。”劉敦一表示，與其他38億年前的巖石分布區(qū)相比，鞍山有著其他地區(qū)無法比擬的優(yōu)越性。

　　“這次冀東地區(qū)的新發(fā)現(xiàn)，將成為鞍山發(fā)現(xiàn)38億年巖石之后的又一個有力補充?！比f渝生表示，它將更有力地證明華北古大陸有超過38億年的歷史。

　　在26億年至25億年前，華北古大陸雛形由3個古陸塊碰撞拼合而成

　　華北古大陸具有大于38億年的漫長歷史，與其他古大陸相比，顯示出一些獨特的演化特征。

　　研究顯示，雖然華北古大陸與全球其他一些古大陸的陸殼增生的主要時期都為中太古代晚期至新太古代早期（27-29億年），但華北古大陸在新太古代晚期（25-25.5億年）構(gòu)造熱事件也十分強烈，這與其他古大陸明顯不同。

　　地質(zhì)學(xué)界把太古宙劃分為4個階段，即始太古代（36億年以前）、古太古代（32-36億年）、中太古代（28-32億年）和新太古代（25-28億年）。目前，學(xué)界對華北古大陸太古宙構(gòu)造環(huán)境存在不同認(rèn)識，主要有板塊構(gòu)造引起的陸殼水平增生和地幔柱或板底墊托作用引起的陸殼垂直增生兩種觀點。此外，這兩種構(gòu)造體制在什么時間發(fā)生轉(zhuǎn)換的問題上也存在爭論。

　　萬渝生認(rèn)為，28億年前華北古大陸可能以垂直增生為主，26-28億年可能是一個過渡期，構(gòu)造體制從垂直增生向水平增生轉(zhuǎn)換，在新太古代晚期（25-25.5億年）板塊構(gòu)造就開始起作用了。

　　實際上，垂直增生和水平增生在華北古大陸都可找到證據(jù)，其中一些現(xiàn)象兩者都可解釋。不論哪一觀點，都認(rèn)為在新太古代晚期階段華北古大陸處于伸展的構(gòu)造環(huán)境。萬渝生說，在新太古代晚期，巖漿作用和變質(zhì)作用都十分發(fā)育，通常變質(zhì)作用時間與正長花崗巖、二長花崗巖等殼源巖漿作用時間相近，導(dǎo)致華北古大陸在太古宙末期的初始穩(wěn)定。

　　“無論如何，現(xiàn)有資料表明26億年前華北古大陸已聚集了量足夠多、面積足夠大的以花崗質(zhì)巖石為主的陸殼物質(zhì)?！蓖ㄟ^大量測年和綜合研究，萬渝生研究團(tuán)隊首次在華北古大陸劃分出3個大于26億年的古陸塊，即東部古陸塊、南部古陸核和中部古陸塊，并提出，在26億年至25億年期間，3個古陸塊相互碰撞形成了統(tǒng)一的華北古大陸的雛形。這一研究成果被認(rèn)為是一個重要的突破。

　　“在所有古陸塊中，東部古陸塊研究最深入，它包括了鞍山本溪，冀東、膠東和魯西等地區(qū)，迄今在華北古大陸上發(fā)現(xiàn)的最古老巖石和鋯石多位于這一古陸塊?！比f渝生表示，隨著研究的深入，肯定會發(fā)現(xiàn)華北古大陸形成過程中更多的秘密。

　　地下鐵礦資源豐富，與其形成演變的歷史密切相關(guān)

　　不論我國還是全球范圍內(nèi)，條帶狀鐵建造（BIF）都是最為重要的鐵礦石類型。

　　“在華北古大陸，BIF形成的主要時期為新太古代晚期?！比f渝生介紹，這一時代的BIF鐵礦廣泛分布于華北古大陸的不同地區(qū)，包括遼北、遼西、密云、冀東、膠東、魯西、固陽、五臺、登封、贊皇、中條等地。

　　據(jù)介紹，世界上最早的BIF形成于38億年前，25-27億年期間達(dá)到峰值，18億年之后大規(guī)模BIF形成趨于結(jié)束。華北是我國早前寒武紀(jì)巖石最重要分布區(qū)，也是我國的BIF最重要分布區(qū)。

　　礦產(chǎn)的形成與地殼的演化與增生關(guān)系密切，與重大的地質(zhì)構(gòu)造事件對應(yīng)。與其他古陸相比，華北古大陸有更為復(fù)雜的多階段的構(gòu)造演化史。萬渝生說：“BIF及相關(guān)火山沉積作用記錄了早前寒武紀(jì)豐富的地質(zhì)構(gòu)造演化和環(huán)境演化信息，還有人認(rèn)為BIF形成與生物作用關(guān)系密切，所以一直是早前寒武紀(jì)研究的重要主題?！?/p>

　　“BIF主要形成于新太古代，可能與大氣從無氧向有氧的過渡演化有關(guān)，使BIF成為具有明顯時代專屬性的特殊礦種?！比f渝生解釋，氧的存在把海洋中的二價鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r鐵，這是BIF形成的必要物理化學(xué)條件?！暗厍虼髿庵醒鹾吭龈?，即大氣從還原環(huán)境向氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致BIF大量迅速形成?！?/p>

　　據(jù)介紹，地質(zhì)學(xué)界一般認(rèn)為BIF的形成要具備3個基本條件：構(gòu)造穩(wěn)定保存超過百萬年；水足夠深，可以避免外源碎屑的混入和海底擾動；盆地的位置使得大洋深處的水體能夠通暢地進(jìn)入和流出盆地。

　　“然而，到目前為止，新太古代晚期華北BIF形成的構(gòu)造環(huán)境到底是什么樣子還沒有定論?！比f渝生坦言，關(guān)于華北BIF還有許多未解之謎。比如，海洋中提供給BIF的溶解鐵最初來源于哪里？BIF在華北廣泛分布，但為什么大規(guī)模的BIF主要分布在鞍山、冀東和魯西等地區(qū)？“這些未解之謎也是我們進(jìn)行研究的動力和方向?！?/p>