地球的陸殼是怎樣形成的?
——神秘而有趣的前寒武紀地質學

翟明國

中國科學院院士,中國科學院地質與地球物理研究所,北京100029

地球的陸殼是怎樣形成的?
——神秘而有趣的前寒武紀地質學

翟明國

中國科學院院士,中國科學院地質與地球物理研究所,北京100029

地球 陸殼 形成與演化 前寒武紀地質學

地球的年齡大約有46億年。以5.45億年為界,之前的稱為前寒武紀,它有大約40億年,是地球歷史上漫長的地質時代。之后的稱為顯生宙,寒武紀就是顯生宙的第一個紀元。地球陸殼的80%～90%以上是在前寒武紀形成的,記錄了復雜和驚心動魄的地質構造事件,賦存著豐富的礦產資源。前寒武紀地質,就是研究地球在前寒武紀時期的地質演化,特別是大陸的形成和增生以及演化的學科。

前寒武紀是地球形成與演化史上最為漫長的一個地質時代。我們的地球如今已經有46億年的歷史了,在這46億年中,5.45億年前是一個重要的分水嶺,從那時起,地球出現了大量的生物,那以后的時段,通稱為顯生宙,而顯生宙的第一個地質時代,就是寒武紀。前寒武紀是相對于寒武紀而言的。前寒武紀地質學研究的就是比寒武紀更古老的約40億年漫長的地球地質歷史。地球大陸的80%～90%以上,是在前寒武紀形成的[1-3],并且賦存著豐富的礦產資源。因此,解讀前寒武紀的地質歷史,對我們進一步認識地球、利用地球、保護地球,有著很重要的意義。

地球可以分為大陸和大洋,從地質學的角度,我們稱組成大陸和大洋的巖石圈層為陸殼和洋殼,它們約占地球表面積的比例是3∶7(圖1,見封二)。人類的發源地和主要棲息地是陸地,因此陸殼是怎樣形成和生長的,是一個需要回答的科學問題,它對于我們認知地球、利用地球和保護地球都至關重要。

1 大陸和大洋是怎樣形成的呢?

大陸和大洋是怎樣形成的?中國的古人們很早就關注到這個問題,并提出很有見地的認識。屈原的《天問》中有“圜則九重,孰營度之?八柱何當,東南何虧?”;又如《詩經》曰：“高岸為谷,深谷為陵。”提出了高岸變成深谷,深谷變成大山的滄桑巨遷的道理。在地質學發展史上,曾有水成論與火成論的論戰,一度曾非常白熱化。水成論者認為水對地表的改變起決定因素。紀元前,古羅馬人已發現尼羅河兩岸周期性地被洪水淹沒、尼羅河在三角洲不斷增大、另外,陸地上存在海相介殼動物化石等事實。火成說把“地下熱火”看成地質現象的主要動力,地球核心是熔融的液態。由于意大利西海岸火山巖帶的強烈活動,古羅馬人相信有一位主管火和鍛冶的神,稱“沃爾坎”(Vulcan)。在教會統治的中世紀,“圣經”是唯一的真理。“圣經”里說有諾亞的大洪水,水成說在很長一段時期里成為不可動搖的信條。魏爾納是水成說的集大成者。1775年起他任德國費頓堡礦山學校的教授,以出色的教學吸引了大量青年學生。他認為自原始海洋開始到諾亞洪水結束,水的力量營造了一切地質系統,自原始海洋到現在,水面在不斷地下降,原始巖石露出水面后開始發生風化、堆積而形成新地層。他的學生,如達步松(1804)和布赫(1809),在考察了玄武巖和花崗巖之后,都發表了不同于魏爾納水成說的觀點。與魏爾納觀點大相徑庭的一個代表人物是赫頓。這位蘇格蘭天才的主要調查區是加里東造山帶的典型露頭區蘇格蘭高地,那里有花崗巖和礦脈。他認為地層的固化和海洋上升為陸地是地熱的作用,火山活動是釋放地下能量的出口,有點象瓦特的蒸汽機(當時瓦特正在進行這方面的試驗)。他的地質理論長期被說成火成論,其實他本人并不認為所有的巖石都是火成的。他對不整合面的發現和解釋為18世紀的地質學增添了光彩的一筆。水成論與火成論的論戰在19世紀初達到高潮。由于赫頓學說的發展,一系列新的地質事實證實了赫頓闡述的觀點,火成論者終于取得了勝利。英國C.萊伊爾的著作《地質學原理》(Principles of Geology)[4]。又名為《普通地質學教科書》、《地質學綱要》。到1872年共出版11版,中譯本于1959年出版。萊伊爾提出地球的變化是古今一致的,地質作用的過程是緩慢的、漸進的。地球的過去,只能通過現今的地質作用來認識,即“將今論古”。他的這種觀點被稱為“均變論”。《地質學原理》對當時和以后的地質科學發展具有劃時代的影響。今天我們來看萊伊爾火成說的最重要貢獻,是它為認識到地球有核幔殼的圈層,并由它們之間的相互作用而導致了地球演化這一地球動力學學說奠定了基礎。

2 地球的大陸殼究竟有多大年齡?

根據地球上原始地幔的樣品以及太陽系其他星球的隕石的定年,推測地球的年齡大約為45.6～46億年,與月球的年齡相當。地球上最古老陸殼的年齡是多少呢?迄今為止最古老物質的數據是44.04億年,是采自西澳大利亞 Yiligarn地盾Jack Hills沉積礫巖的碎屑鋯石的SHRIMP鋯石U-Pb年齡[5]。同位素特征表明鋯石是來自英云閃長質的巖石中。說明在約44億年之前,地球上已經存在陸殼的物質——花崗質的巖石。此外,地質學家還在加拿大克拉通上發現有年齡約為40.25～40.65億年的英云閃長質巖石(Acasta gneiss)[6],這是目前最古老的巖石,出露面積約20 km2。地球上約38億年的巖石有較多的出露,并且分布在不同的大陸(州)上。中國的鞍山存在著年齡約38億年的花崗質片麻巖[7],在冀東地區有含38億年碎屑鋯石的石英(砂)巖[8]。中國最古老的物質年齡是華北南緣北秦嶺南段奧陶紀火山巖中～41億年的鋯石殘留年齡[9],表明華北在41億年前已有古老的陸殼存在。雖然人們猜測地球的陸殼形成之前,可能有類似于現代大洋成分的巖漿海,也就是說先有洋殼,陸殼是在洋殼與地幔的演化中形成的,但是至今未發現有大于38億年的類似于洋殼成分的巖石。這給研究地球的早期演化蒙上了一層神秘的面紗。

3 大陸殼的巖石組成是什么?

一般認為大陸殼是分層的,即下部地殼是由中-基性巖石組成,上部陸殼是由花崗質巖石組成,這與不同地殼層的波速相對應。實際上,上、下地殼的巖石組成更復雜,它們是由不同類型的巖石組合在一起的。總體上,上地殼的化學成分硅鋁質偏高,下地殼的化學成分鎂鐵質偏高。此外,由于不同深度的地殼所處環境的溫度壓力會隨著深度的變化而增高,陸殼的地溫梯度平均約30℃/km,巖石在較高的溫度和壓力下會發生礦物結構和礦物組合的變化,即變質相不同。地殼深度從深到淺有從麻粒巖相—混合巖化的麻粒巖相—混合巖化的角閃巖相—角閃巖相—綠片巖相—未變質的相變化,也導致它們的密度與波速隨之變化。地球有約46億年的歷史,它的80%～90%以上的陸殼約在25億年以前形成,即在25億年前地球已經有了和現在規模相當的大陸,并且大部分大陸都進入穩定狀態。上下地殼分層并與地幔達到耦合,這個地質過程叫做克拉通化。在地質年代表上,25億年是太古宙與元古宙的分界。圖2(見封二)表示的是世界上不同時代的巖石出露圖,其中褐色是太古宙巖石,黃色是元古宙巖石(有些地方元古宙巖石之下是太古宙巖石)。各大陸(州)邊緣的白邊是顯生宙的巖石。在太古宙形成的陸殼,有兩種基本的巖石組合,它們分別被稱為高級變質的片麻巖區(簡稱高級區)和低級變質的綠巖帶(簡稱綠巖帶),前者約占70%～80%,后者約占20%～30%。高級區是經過溫度和壓力都較高的變質作用的巖石組合,主要的巖石是TTG質的花崗片麻巖(定義見下文)、輝長巖和少量的表殼巖(沉積巖和火山巖)。TTG片麻巖約占80%以上。TTG片麻巖與常見的鈣堿質花崗巖的主要區別是含有較高的鈉含量,一般認為它們的形成不能直接通過地幔的部分熔融,需要由地幔熔融形成的基性巖石(玄武巖-輝長巖)再次部分熔融形成。綠巖帶主要由未變質-淺變質的火山-沉積巖,以及花崗巖和TTG片麻巖組成。由此可見,前寒武紀形成的陸殼中有大于50%～70%的巖石是TTG片麻巖,其他的巖石是花崗巖、火山-沉積巖和輝長巖等。

4 神秘的早前寒武紀的巖石

早期寒武紀的巖石是神奇的,這主要是因為它們的年齡老,大多數都老于25億年;還因為它們在地球的發展歷史上大多陸殼沒有重復,即在顯生宙的地質過程中很難再形成這樣的巖石。這也暗示出,地球的演化過程及其機制并不是千古一理的。主要的代表性巖石有TTG片麻巖、科馬提巖、條帶狀硅鐵建造、非造山巖漿組合(斜長巖、奧長環斑花崗巖)。

TTG片麻巖(圖3(a),見封二)由于顏色灰白,通常經歷復雜的變形,巖石中的片狀和柱狀的礦物如黑云母、角閃石、輝石等定向排列,并常與暗色的角閃巖(麻粒巖)形成條帶,又稱為灰色片麻巖或條帶狀片麻巖。TTG是trondhjemite(奧長花崗巖)、tonalite(英云閃長巖)和granidiorite(花崗閃長巖)三個英文單詞的縮寫,是一套富鈉貧鉀的花崗質侵入巖。如前面所說,TTG巖漿很難從地幔中直接熔融出來,因此一些研究者假設它們是從由地幔派生的基性巖石再次熔融形成的。假設的理論是地球上先有類似于現代洋殼的玄武質巖石,它們經歷了俯沖作用到約10～20 km的地殼深部。然后發生部分熔融,形成了TTG巖漿。該模式的困難是,至今為止,地球上最古老的巖石都是TTG片麻巖,沒有找到存在最古老基性巖石的記錄。另外,顯生宙與洋殼俯沖有關的活動陸緣的安第斯型島弧的埃達克質巖石與前寒武紀TTG片麻巖相比,更加復硅貧鎂,二者在成因上應有差別[10]。另外的巖漿分異說認為,在太古宙,從地幔派生的高MgO+FeO成分的鎂鐵質巖石有較大的密度,因而,這些熔體的大部分未能達到上部地殼位置。科馬提巖來源于上地幔曾發生的高度(60%～80%)的部分熔融作用和熔體有大于3 g/cm3的密度,因而會有大多數這樣的物質將在或接近地殼基底部分停留下來,趨向于形成不混熔液體,經重力分離作用后,上升到地殼上面,形成玄武巖或英云閃長巖;而遺留下來的橄欖巖質殘留物的密度比原始物質要小,它們將浮起在未虧損地幔上部,并趨向于與上覆巖石圈合并,從而形成克拉通化和巨厚的巖石圈[11]。

科馬提巖是化學成分上相對高鎂而高硅的火山巖,是高溫的地幔高比例熔融的特殊的巖漿,在早前寒武紀特別是太古宙普遍出現,但在顯生宙很少出現的巖石。很顯然和地球高溫有關。因此,對它的成因多數人傾向于是和地幔柱構造有關的構造作用下,地幔發生了大比例的熔融,從而形成的超鎂鐵質巖漿,其熔融的溫度應在1400～1600℃,至少大于1200℃。該巖石1969年首次發現于南非巴伯頓山地的科馬提(Komati)河流域,故名科馬提巖。原意是指只限于太古宙綠巖帶中中枕狀巖流頂部的、具鬣刺結構的超鎂鐵質熔巖。巖石主要由橄欖石、輝石的斑晶(或骸晶)和少量鉻尖晶石以及玻璃基質組成,具枕狀構造、碎屑構造,和典型的鬣刺結構(魚骨狀或羽狀),其特點是橄欖石呈細長的鋸齒狀斑晶(圖3(b),見封二),是淬火結晶的產物。在化學成分上典型的科馬提巖以 MgO＞18 wt%(無水)、CaO：Al2O3＞1、高Ni,Cr,Fe/Mg,低堿為特征。科馬提巖是太古宙重要的有代表性的火山巖,是綠巖帶的主要組成部分。其他太古宙的火山巖還有枕狀的玄武巖和英安巖,它們在顯生宙也廣泛存在于造山帶中,但是卻很少有科馬提巖,說明地幔的熔融溫度低得多,熔融程度也低得多。與科馬提巖有關的礦產有各銅、銻、鎳,其中鎳礦儲量尤為豐富。

條帶狀硅鐵建造是由硅質(石英玻璃的成分)和鐵的氧化物(磁鐵礦為主)互為條帶的巖石建造(圖3(c),見封二),條帶寬約幾毫米至幾厘米。英文是banded iron formations,簡稱BIF。最古老的BIF的形成時代約為38億年,在19億年之后就不再形成。“條帶狀硅鐵建造(BIF)”的出現是地球早期大氣和海洋的氧分壓大幅提升的重要標志性事件。研究表明：在太古宙海水處于還原狀態,有大量的2價鐵離子溶解于海水中。當海底火山噴發,并由此引起微生物生長而引起氧化度增高時,2價鐵部分變成3價鐵,形成鐵的氧化物沉積,從而形成鐵礦。在早元古代,海水的氧化度已較大提高,因此是條帶狀硅鐵建造大量形成的時期。而后,雖然大氣與海水中的氧的分壓都較高,但是,海水中的鐵含量已經較低,有鐵的結核產生,但已經沒有了形成條帶狀鐵建造的物質基礎。唯一的例外是在約8～6.3億年期間,地球上處于一個大冰期階段,該時期稱為成冰紀。有證據表明,可能全球都處于冰凍或冷水沉積狀態,又叫做雪球事件[12]。在此時期海水的分壓又降低,出現形成條帶狀鐵建造的條件。雖然產生的鐵礦遠遠比太古宙和早元古代少,但對于條帶狀鐵建造的形成條件以及對于地質環境的研究,都有科學意義。

斜長巖和非造山巖漿組合,是早前寒武紀的重要巖石類型。在月球上廣泛出露的斜長巖,在地球上出露比例很小。太古宙的斜長巖常與淡色輝長巖和輝長巖組成層狀巖體。斜長石多形成近等粒、雪花狀的巨晶。元古宙的斜長巖主要與奧長環斑花崗巖、輝長巖以及堿性花崗巖、正長巖和堿性火山巖等有成因聯系的巖漿巖組合。顧名思義,非造山巖漿組合就是指陸內非造山的構造環境的巖漿活動的產物。非造山巖漿巖以深成巖體和巖墻的形式產出,代表相對小體積的巖漿,就位在老克拉通核附近。非造山巖漿巖的產生方式及演化過程可能有多種：玄武質巖漿的結晶分異,英云閃長巖或更酸性地殼的部分熔融,殼幔源區的混合。奧長環斑花崗巖是具有A型花崗巖特征的,以大巖基形式產出的顯示環斑結構的花崗巖[13]。它的結構非常奇特(圖3(d),見封二),奧長石的邊環繞在鉀長石斑晶外圍,反映了在巖漿過程中的物理化學條件的變化引起的礦物結晶過程。環斑花崗巖的地球化學特征是亞堿性,偏鋁質,高FeOt/(FeOt+MgO),高 K2O和不相容元素(REE,Zr,Hf),虧損Ca,Mg,Sr,P,Ti等,高初始87Sr/86Sr(0.705±0.003),負的或接近0的εNd值。因此,環斑花崗巖就位于相對干的、高氧逸度、溫度650～800℃、深度不超過15 km的條件。非造山巖漿特征地出現在古元古代末或中元古代早期,一些研究者將它們與推測的中元古代的超大陸裂解和地幔柱構造有關。

5 地球演化的早期有板塊構造嗎?

現存大陸殼的80%～90%以上是在前寒武紀形成的,60%～80%是在太古宙形成的。因此,大陸殼的大多數巖石是TTG片麻巖和其他前寒武紀巖石,以及以它們為基底的地臺型蓋層沉積。顯生宙形成的地殼一般是圍繞在古老陸塊的邊部成狹長的帶狀分布(圖1,見封二),稱為造山帶。在造山帶及其古老大陸的邊緣,前寒武紀的陸殼巖石部分被改造或拆沉到地幔中。在造山帶,一些洋殼消減并部分熔融形成新的陸殼,即橫向增生;消減帶附近還發生有地幔和地殼的相互作用,也有新的陸殼產生,即垂向增生。顯生宙的陸殼的增生可以從顯生宙造山帶的構造演化中去觀察和研究。由于造山帶及其陸緣是殼幔活動激烈、物質交換活躍、能量充足并能提供必要的空間,因此,同時也為礦產資源的形成和儲藏提供了必要的場所。

早前寒武紀的地溫梯度要大于現今的地溫梯度,也就是說,雖然在太古宙和古元古代時期,地表的溫度大致和現在相似,但是向地殼的深部,溫度梯度要比現代的地殼高得多。地熱梯度是影響粘滯度和流變強度的重要因素。板塊構造是建立在大陸漂移設想的基礎上的。要求地球有物質組成與物理性質有巨大差異的大陸巖石圈和大洋巖石圈塊體,要求地殼、地幔和軟流圈等不同圈層有一定范圍的物理與化學性質,其中剛性程度、流動強度以及不同圈層之間的差別都是很重要的指標(圖4,見封二)。地球剛性的巖石圈地幔與下覆的剛性弱的軟流圈的差異運動是大陸漂移的基礎。地幔對流是地球內部能量、自身旋轉及其與其他行星的相互影響的結果,是板塊運動的發動機。為什么地球上有板塊構造,而金星、火星、水星、月球等星體上沒有板塊構造?類地星球上能否有板塊構造是有條件的,如果行星表層圈巖石的流動強度太大(＞200 MPa),剛性的“巖石圈”太厚,其下的地幔形成不了大規范的對流循環圈,整個行星表層只是一個統一的、靜止不動的剛性球殼(如月球),而不是形成諸多漂移的、相互碰撞與俯沖、或彼此分離的板塊。相反,如果行星表層圈巖石的流動強度很小(＜20 MPa),從上到下都在作劇烈的粘性流動(如金星),則也不會形成板塊構造。板塊構造運作的必要條件要求行星表層圈巖石的流動強度既不能太大,也不能太小。很顯然,板塊構造是地球演化到一定程度的產物。早期的地球沒有板塊構造的,現代地球板塊構造是基本的演化機制,以后很長的地質時代之后,板塊構造將不再適合于變化了的地球。上述的星球的研究都可能對地球的前寒武紀演化提供思路。

6 特殊的早前寒武紀構造事件

特殊的早前寒武紀地質事件是地球早期地殼的構造機制的具體表現。代表性的構造事件可以舉例如下：TTG片麻巖的大量出現與造殼事件;蛇綠巖與綠巖帶問題;十億年以來才出現藍片巖與洋殼俯沖;高級變質巖石與時代專屬性。

TTG片麻巖的大量出現與造殼事件是地球早期演化最主要的事件。距離地球最近、淵源最深的月球的殼是由斜長巖高地(包括 KEEP盆地,成分大約為蘇長巖)以及玄武巖月海盆地組成,二者的比例為83∶17。可見斜長巖占得比例很大。斜長巖又是月巖中目前最古老的巖石,年齡約為44.56億年。因此,對月殼的形成有巖漿海模式,經過分異形成三層殼幔結構(斜長巖層、富鈦鐵礦層、低鈦橄欖輝石巖層)。地球最古老的碎屑鋯石的U-Pb年齡是44.04億年,并且它們被推測為TTG片麻巖的鋯石。最古老的巖石是在加拿大地盾的TTG片麻巖,其鋯石的U-Pb年齡是40.31～40.65億年。38億年的古老地殼已在不同的大洲有較多發現,巖石除TTG片麻巖外,還有包括條帶狀硅鐵建造的沉積巖。為什么TTG片麻巖會成為最古老的陸殼巖石,以及它們是如何形成的,至今存在重大的爭議。有地球先存在玄武巖海或科馬提巖海的假說,但多數意見認為 TTG片麻巖很難直接從地幔中分異出來。有些學者用現代島弧的俯沖洋片部分熔融的理論來解釋早期造殼事件。但是,TTG片麻巖與埃達克質巖石的地球化學差異,以及超大比例的TTG巖石和它們多經歷了高級變質作用,成為高級變質地體的主要組成,也為后一種學說帶來困擾。

蛇綠巖與洋殼問題是早期造殼事件的一個關鍵證據。換句話說,地球上是先有洋殼還是先有陸殼?目前尚未發現早期存在洋殼的明確證據。陸地上存在的洋殼的殘余,稱為蛇綠巖套,它們通常由代表大洋地幔的橄欖巖,代表大洋地殼的玄武巖和輝長巖,以及一些深海沉積巖組成。目前,有學者提出在38億年、27億年、25億年、20～19億年的巖石中,可能存在類似于蛇綠巖的巖石,但都沒有得到公認。因為它們的巖石組合、產狀、地球化學等方面不同程度與顯生宙的蛇綠巖特別是現代洋殼存在很大的差距。另一種可能是在早期的地球演化歷史中,洋殼的組成和現代有差別。有學者推論綠巖帶應代表早期的基性地殼,即早前寒武紀洋殼。前面提到了綠巖帶是由沒變質或很淺變質的表殼巖(火山沉積巖層)組成的帶狀存在的巖石構造單元。它們大致可劃分為超鎂鐵質巖組(橄欖巖、科馬提巖)、鎂鐵質巖組(科馬提巖-玄武巖-長英質雙峰式火山巖)和鈣堿性火山巖組(玄武巖-安山巖-長英質火山巖、沉積巖)。巖石組合與大陸型或島弧型火山-沉積巖更相似。另外大多數綠巖帶都有古老片麻巖作為基底,這也是它們很難被公認為古老洋殼的原因。

目前的研究似乎表明,十億年以來才開始有藍片巖生成。藍片巖是玄武質的巖石經歷了高壓低溫變質作用形成的巖石。主要的礦物組合是藍閃石、硬柱石、綠簾石、斜長石或石英,因此,藍片巖含有較多的水。實驗巖石學表明,藍片巖是洋殼玄武巖類巖石在洋殼俯沖過程中形成的,這個過程提供了高壓低溫的物理條件和必要的水。在早前寒武紀地殼的地溫梯度比較高,因此,很難形成藍片巖。在中壓變質相系的條件下,玄武質成分的巖石隨溫度的提高,發生綠片巖相 角閃巖相-榴輝巖相的變化。這與早前寒武紀的地體中所發現的變質巖類型相同。

高級變質巖石在早前寒武紀地殼中廣泛存在,并構成了前寒武紀60%～80%的陸殼(高級變質區)。高級變質巖主要是中壓的麻粒巖相巖石,其溫度壓力主要在0.6～0.9 Gpa和 750～850 ℃[14,15]。1991 年以來,華北克拉通發現有高壓麻粒巖和退變質的榴輝巖存在[16,17],它們的變質溫度在750～850℃,變質壓力在1.0～1.2 Gpa,最高可達1.4～1.5 Gpa。高壓麻粒巖和退變質的榴輝巖與中壓麻粒巖相比壓力較高,因此,一些研究者提出了陸陸碰撞模式,并認為可與喜馬拉雅造山帶相比。但是,高壓麻粒巖和退變質的榴輝巖的溫壓梯度約是16～22℃/km,它們仍然屬于中壓變質相系,比大別山變質帶的高壓變質相系高3～5倍或更多。具有這樣的溫壓梯度的地殼不具備俯沖陸殼應有的剛性程度,形成陸陸碰撞造山帶是困難的。Condie和 Kr?ner[18]最近總結了前寒武紀的地質特征,提出了若干板塊構造的識別標志(plate tectonic indicators),大部分板塊構造的識別標志都在18億年,特別是10億年以來才出現。早前寒武紀的主要構造機制可能是以垂直運動為主形成微陸塊,以有限橫向運動為主的微陸塊拼合形。深入的研究將會對地殼的形成和發展,以及對現今的大陸地質的研究作出巨大的貢獻。

7 結 語

在前寒武紀漫長的地殼演化過程中,形成了豐富的礦產資源。特別是鐵、金、鈾、鉛、鋅和鉑、稀土等。例如條帶狀硅鐵建造(BIF)是早前寒武紀的標志性礦產,以其儲量特別巨大、礦質優秀,易于選礦、易于勘探、易于開采為特點,在成礦作用研究和經濟上都具有舉足輕重的作用。BIF約占世界鐵礦儲量的70%～80%以上,占中國鐵礦儲量的80%～90%以上。中國中元古代的白云鄂博超大型稀土-鈮-鐵礦床,在48 km2(16 km×3 km)的區域內產出了占世界資源量70%的稀土。其形成和大陸裂谷導致的地幔物質的上涌與殼慢交換有關。

此外,前寒武紀的地質演化還與地球的水圈、大氣圈和生物圈的演化密切相關。加強和深化前寒武紀地質研究,對地殼的形成和發展,對礦產資源、災害與環境問題都至關重要,希望大家都關注這一學科的發展。

(2010年3月4日收到)

[1]F YFE W F.The evolution of the Earth’s crust：modern plate tectonics to ancient had spot tectonics?[J].Chem Geol,1978,23：89-114.

[2]ARMSTRONG R L.Radiogenic isotopes：the case for the crustal recycling on a near-steady-state no-continental-growth Earth[J].Phil Trans R Soc Lond,1981,A301：443-472.

[3]BROWN G C.The changing pattern of batholith emplacement during earth history[G]//ATHERTON M P and TARNEY J(eds).Origin of Granite Batholiths.Natwick,Shiva,1979：106-115.

[4]萊伊爾著.地質學原理[M].徐韋曼,譯.北京：北京大學出版社,2008.

[5]WILDE S A,VALLEY J W,PECK W H,et al.Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago[J].Nature,2001,409：175-178.

[6]BOWRING S A,WILLIAMS I S.Priscoan(4.00-4.03 Ga)orthogneisses from northwestern Canada[J].Contribution to Mineralogy and Petrology,1999,134：3-16.

[7]LIU D Y,NU TMAN A P W,COMPSTON W,et al.Remmants of≥3800 Ma crust in the Chinese part of the Sino-Korean Craton[J].Geology,1992,20,339-342.

[8]LIU D Y,WAN Y S,WU J S,et al.Eoarchean rocks and zircons in the North China Craton.Developments in Precambrian Geology,‘Earth’s Oldest Rocks’[J].Elsevier,Amsterdam,2007,15：251-273.

[9]王洪亮,陳亮,孫勇,等.北秦嶺西段奧陶紀火山巖中發現近4.1 Ga的捕擄鋯石[J].科學通報,2007,52：1685-1693.

[10]SMITHIES R H.The Archean tonalite-trondhjiemite-granodiorite(TTG)series is not an analogue of Cenozoic adakite[J].Earth and Planetary Science Letters,2000,182：115-125.

[11]JORDAN T H.Composition and development of the continental lithosphere[J].Nature,1978,274：544-548.

[12]EVANS D A,BEU KES N J,KIRSCHVIN K J L.Low-latitude glaciation in the Paleoproterozoic era[J].Nature,1997,386(6622)：262-266.

[13]HAAPALA I,R?M?O T.Rapakivi granites and related rocks：an introduction[J].Precambrian Research,1999,95：1-7.

[14]沈其韓,許惠芬,張宗清,等.中國早前寒武紀麻粒巖[M].北京：地質出版社,1992：105-109.

[15]趙宗溥,等.中朝準地臺前寒武紀地殼演化[M].北京：科學出版社,1993.

[16]翟明國,郭敬輝,閆月華,等.中國華北太古宙高壓基性麻粒巖的發現及其初步研究[M].中國科學(B),1992,12：1325-1330.

[17]翟明國,郭敬輝,李江海,等.華北克拉通發現退變榴輝巖[J].科學通報,1995,40(17)：1590-1594.

[18]CONDIE K C,KR?NER A.When did plate tectonics begin?Evidence from the geologic record[J].Geol Soc Ame Spe Pap,2008,440.

(責任編輯：沈美芳)

How to Originate and Evolve for Continental Crust of the Earth—Precambrian Geology：a Mysterious and Interesting Science

ZHAI Ming-guo
CAS Member,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Acade-

my of Sciences,Beijing 100029,China

The Earth is ca.4600 Ma old up to now.545 Ma is a key boundary mark.The epoch greater than 545 Ma is called Precambrian Era,time range of which is about 4000 Ma long.The epoch of 545 Ma is termed Phanerozoic Era.Cambrian is the first geological period of Phanerozoic Era.The 80%～90 %volume of continental crust was formed in Precambrian.Old-age continent crust records complicated and supernatural geotectonic history,and contains abundant mineral resources with enormous reserves.Precambrian geology is a branch of Earth sciences that study geological process and ending in precambrian,including early continent forming and evolving.

Earth,continental crust,originate and evolve,Precambrian geology

10.3969/j.issn 0253-9608.2010.03.001