解密岩石圈

科学技术部于2005年4月8日正式批准建设岩石圈演化国家重点实验室,2007年月实验室通过科技部验收。

岩石圈演化国家重点实验室隶属于中国科学院地质与地球物理研究所。实验室主任为吴福元院士,学术委员会主任为郑永飞院士。目前,实验室有固定人员57人,其中研究员36名,正高级工程师4名,副研究员3名,高级工程师3人。固定人员中包括:中国科学院院士2人、第三世界科学院院士人;原“973”项目首席科学家4人;国家杰出青年科学基金获得者2人;中国科学院“百人计划”入选者3人,“万人计划”5人;中国青年科学家奖获得者人、中国青年科学家奖提名奖人、中国地质学会“金锤奖”5人、中国矿物岩石地球化学学会“侯德封奖”获得者6人;国家自然科学基金委创新群体3个、中科院创新团队(国际合作伙伴计划)个。

开展学科前沿问题研究

岩石圈的形成和演化与板块的俯冲、碰撞,造山后伸展、垮塌,大陆克拉通的形成、改造和破坏过程等将是现代新全球构造理论研究的新趋势;同时,研究者将开始从地球深部各圈层之间相互作用的角度,对上述过程的起因给予新的解释。实验室将中国典型造山带和大陆克拉通地区的岩石圈演化研究置于全球构造和地球深部动力学过程的学术背景中,针对全球岩石圈演化的前沿领域和科学问题,结合我国独具特色的地质现象,重点开展大陆岩石圈形成与演化方面的研究:

大陆岩石圈的形成机制

华北克拉通等古老大陆岩石圈的形成过程与全球典型的古大陆相比,中国的古大陆在岩石组成及形成演化历史等方面具有特殊性,是研究早期大陆生长的理想地区。实验室近期将研究早前寒武纪大陆岩石圈的生长机制;高温/高压变质作用对早前寒武纪大陆碰撞的拼合方式;探讨太古宙大洋地壳的性质以及壳幔相互作用的方式等。

显生宙大陆岩石圈的形成与地壳增生大陆地壳的形成时间和机制是岩石圈研究的基本问题。主流观点认为现今的地壳形成于地球演化的早期,而在显生宙期间,地壳增长量可以忽略不计。同时,大陆地壳的生长主要通过发生在会聚型板块边界上的岩浆作用来实现。但最近几年通过对中亚造山带的研究发现,显生宙也是全球地壳生长的重要时期,先前认为地壳基本形成于早前寒武纪的观点需要重新加以认识和修正,并且幔源岩浆的底侵作用也是大陆地壳增生的一种重要方式。因此,实验室近期拟通过对我国北部与东部的研究,阐明显生宙期间大陆岩石圈增生的規模机制,研究岩石圈地幔熔融对大陆地壳增长的贡献。

2大陆板块聚合过程中的岩石圈演化

大洋板块俯冲过程与大陆增生中—东亚造山带是增生型造山带,具有多阶段缝合和地壳双向增生特点,而且该带发育罕见的巨型矿床,是国际关注的研究区域和前沿科学课题。实验室拟通过系统探讨古生代洋陆格局,重点解剖增生造山作用的几何学、运动学与动力学特征,探索大洋板块俯冲过程中典型增生造山过程特征,重塑陆壳侧向增生的历史。

证明低密度的大陆地壳物质曾被俯冲到地幔80?200公里以下的深度,并回返到地表,是国际固体地球科学界的一个重大进展,这一进展促使我们对许多深层次的重大科学问题进行了更深入的研究。实验室拟将显微尺度的变质演化与宏观尺度的构造演化有机地结合起来,近期将主要研究大陆地壳深俯冲和折返过程中的熔体/流体活动,探讨陆壳俯冲过程中的壳-幔相互作用机制与产物;研究典型大陆上/下地壳和岩石圈地幔在俯冲碰撞过程中的密度和变形等主要动力学控制因素的差异,探讨大陆岩石圈各圈层在俯冲碰撞及碰撞后的差异变质演化及其对诸如地壳加厚、岩石圈地幔的拆沉、碰撞后岩浆活动等造山带演化进程的制约机制。

在陆—陆碰撞过程中山根的形成与演化下,地壳在控制地表变形和地貌特征以及演绎壳—幔相互作用有着重要的作用。实验室将以青藏高原下地壳出露点为靶区,研究其岩石学和地球化学特征、温压环境和流变特征,同时研究不同碰撞阶段和不同构造变形背景下的岩浆活动特征,进而对下地壳增厚与流动、岩石圈地幔拆沉与减薄、地壳伸展与滑移等3个关键地质过程进行探索,揭示陆—陆碰撞的详细过程。

3地球深部过程与岩石圈的改造和破坏

大陆克拉通岩石圈的改造与破坏过程是我国华北东部岩石圈显生宙以来曾发生过的大规模的改造与破坏,这在全球是独一无二的。现有的研究表明,该岩石圈的改造过程不仅使岩石圈的厚度发生变化,更重要的是造成了岩石圈组成和结构的转变。因此,该地区是研究岩石圈演化历史的理想地区,已引起了国内外地学界的广泛关注。实验室将进一步深入研究岩石圈减薄的机制、岩石圈地幔改造过程、橄榄岩—熔体相互反应与壳幔相互作用,以及华北东部、西部岩石圈的差异演化。

核幔界面物性状态对研究岩石圈形成与演化具有重要意义。实验室拟通过主动源和被动源地震为主的地球物理资料密集观测,综合地质与地球化学研究方法,揭示核幔界面物理化学变化与层圈相互作用过程对岩石圈构造演化的深部控制机理。

白垩纪超静磁带是全球性的地球物理场异常事件,伴随这一地球物理场异常还发生了一系列全球性其它地质事件,如洋壳快速增生、火山活动强烈等。国际上对地球物理场异常与上述全球性地质事件之间的关联性开展了一些初步研究,但未取得重要进展。实验室拟通过研究地磁场强度与地磁极性倒转频率的变化来探讨地球深部动力学过程对岩石圈演化的影响。

4岩石圈精细结构地球物理探测

来自地壳—上地幔的深部结构和物性的信息是深化岩石圈构造演化的关键。对于岩石圈构造演化的一系列科学问题的研究能否深入,在很大程度上依赖对目标区域的结构、构造和物质进行仔细的研究。实验室将结合上述研究目标,以先进的宽频带地震台网进行典型区域的天然和人工地震流动观测,获取直接的地震观测资料,对目标区域的深部结构、构造进行精细的研究,为认识岩石圈演化历史提供高分辨率的基础资料。

布局未来研究计划

自成立以来,实验室定位于基础研究,通过运用地质学、地球物理学、地球化学等多学科综合理论与方法,重点研究大陆岩石圈的组成、构造和演化历史及壳—幔过程与盆—山系统等。经过多年发展,实验室在大陆动力学研究领域已经取得一系列高水平的有显示度的成果。在开放与流动管理机制下,实验室发挥了地质学、地球物理学和地球化学的交叉融和优势,形成了学术自由与开拓创新的良好科研氛围和一支在国内外有影响的研究队伍。近年来,实验室的研究骨干人员主持和承担了众多国家自然科学基金及中国科学院重大项目。据报道,206年度实验室承担的正在运行的科研项目56项,包括国家自然科学基金重点/重大项目课题/杰青/优青、基金委创新群体、中科院战略性先导科技专项课题和国家重大科技专项项目/课题等。其中,206年新增项目40项,到账科研经费26亿元。同时,在“知识创新工程”的支持下,实验室已经基本完成了相关学科及其配套实验与观测设备的建设,已成为国内外有一定影响的实验室。

在未来的发展中,围绕上述研究方向,实验室将立足于地球系统科学理论框架,着眼于岩石圈构造演化研究领域的国际前沿重大科学问题,以地球深部各圈层间的相互作用为研究主线,系统解剖大陆岩石圈的组成、结构、形成机制和演化过程,为岩石圈动力学理论的发展做出创新性贡献,同时为国家和社会的可持续发展做出贡献。此外,实验室将以华北克拉通为代表的早期大陆岩石圈的形成与演化、以华北东部为代表的大陆岩石圈的改造与破坏过程、以大别—苏鲁—秦岭—柴北缘与青藏高压—超高压变质带为代表的大陆深俯冲过程及壳幔相互作用、以北方及中—东亚造山带为代表的增生型造山作用与大陆增生、以喜马拉雅型造山带为代表的陆—陆碰撞造山过程中山根形成与演化机制为研究重点。

实验室的中长期目标是为构建国家资源安全保障体系和社会可持续发展提供科学决策依据,聚集和培养优秀青年科学家,实现多学科实质性交叉融合,并使之成为岩石圈演化领域的国际性研究中心和学术交流中心,以及吸引、凝聚和培养国内外优秀人才的基地。实验室通过建立野外稳定实验室,研究中国及邻区大陆岩石圈的物质、结构与状态,认识在固体地球整体行为中岩石圈的动力学过程,探索地球内部圈层相互作用的机理,致力于为固体地球系统科学理论的建立贡献力量与智慧。

文章来源于:科学中国人

浏览次数:  更新时间:2018-05-10 09:58:15
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