從微米尺度看地球的過去與未來
——夏小平的地球化學(xué)之旅

本刊記者 李 靜

從微米尺度看地球的過去與未來
——夏小平的地球化學(xué)之旅

本刊記者 李 靜

大雨拍夢(mèng)聲聲催，驚雷奔地天似裂。

欲堪哀牢書翠微，車行險(xiǎn)路頭難回。

兩億滄桑洋陸改，個(gè)中曲折慢慢究。

頑石無心載地史，我輩有意立豐碑。

在一次對(duì)哀牢山野外地質(zhì)考察的途中，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員夏小平寫下了這樣的詩句。

地球是人類賴以生存的家園,探究地球過去與未來的奧秘是夏小平孜孜不倦的追求。經(jīng)過幾十億年的演變，地球不斷在新舊中更替，夏小平也于這更替之間遇見了過去與未來的神秘。

磨刀不誤砍材工

1996年，夏小平從萬縣中學(xué)畢業(yè)后，考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)。起初只是抱著“找個(gè)好工作”的簡單想法選擇了地球化學(xué)專業(yè)，但深入之后，夏小平被未知世界的無限神秘深深吸引了，他漸漸發(fā)現(xiàn)這是一門可以探究過去和預(yù)見未來的學(xué)科。為此，他愿意投入更多精力，比如去香港大學(xué)地球科學(xué)系深造。

中科院院長白春禮參觀指導(dǎo)廣州地化所二次離子質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室

“從2001年到2009年，我一直都在香港學(xué)習(xí)與工作，在香港的日子給了我很多不同的感受。”地球很大，又因?yàn)闃O其復(fù)雜，很多關(guān)鍵的地球化學(xué)信息只記錄在微米尺度的樣品上。在日常生活中，我們時(shí)常會(huì)被奇形怪狀、色彩斑斕的巖石所吸引，但很少會(huì)有人思考：巖石是否也有年齡？怎樣測(cè)定巖石年齡呢？研究表明目前鋯石是測(cè)定巖石年齡最理想的礦物之一，一般來講，鋯石只有一百微米大小，而且大都是不均勻的，可能記錄了多期地質(zhì)事件，當(dāng)時(shí)的分析方法大多只能給出一個(gè)混合的年齡。為了準(zhǔn)確區(qū)分這些不同地質(zhì)事件的年齡，夏小平在香港大學(xué)攻讀博士學(xué)位時(shí)，就開始琢磨原位微區(qū)的分析方法。他系統(tǒng)地研究了在微米尺度下鋯石激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法分析過程中的元素靈敏度、氧化物產(chǎn)率、同位素分餾及其校正方法，并在國際上首次建立了利用同一臺(tái)多接受等離子體質(zhì)譜儀準(zhǔn)同時(shí)測(cè)定鋯石U-Pb年齡和Hf同位素的實(shí)驗(yàn)方法，得到國內(nèi)外專家學(xué)者的一致肯定。

研究生畢業(yè)后，由于夏小平的突出表現(xiàn)，他獲得了香港大學(xué)杰出研究生獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)，全港大每年也僅有10人能夠有機(jī)會(huì)獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)，夏小平是學(xué)校地球科學(xué)系史上第3位獲得者。

就在別人以為他會(huì)留在香港時(shí)，夏小平還是選擇了回到大陸。“直到現(xiàn)在很多人還都有一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為香港的科研條件很好，但其實(shí)不然，在儀器裝備以及科研資金資助等方面都大大限制了我的發(fā)展，相反，大陸對(duì)我來說會(huì)有更大的發(fā)展。”

中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所引進(jìn)了一臺(tái)世界上最先進(jìn)的地球化學(xué)分析儀器二次離子質(zhì)譜儀，價(jià)值3000多萬，這也是吸引他來到該研究所任職的一個(gè)原因，從2009年開始，此后數(shù)年，他扎根于此，依托該所世界級(jí)的科研儀器平臺(tái)取得了多項(xiàng)技術(shù)性突破。

“但對(duì)我來講，回到大陸后最值得驕傲的事就是建立了中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所二次離子質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室及配套的高壓脈沖碎樣實(shí)驗(yàn)室，這對(duì)我的科研工作來說簡直是如虎添翼。”夏小平激動(dòng)地表示。利用二次離子質(zhì)譜法測(cè)定鋯石年齡可以得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，更重要的是，這還是一種近乎無損的分析方法，而且得到年齡后還可以繼續(xù)分析樣品同一位置的氧同位素、Li同位素，微量元素組成等。目前，該實(shí)驗(yàn)室是我國第三個(gè)也是除北京以外第一個(gè)大型二次離子質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室，主要從事地質(zhì)樣品的高精度、高空間分辨率微區(qū)原位元素和同位素分析研究。作為學(xué)術(shù)帶頭人，夏小平帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開展了大量的地質(zhì)年代學(xué)、地球化學(xué)以及沉積物源示蹤等方面的工作，其中，發(fā)表SCI論文70多篇，SCI引用4000多次, 會(huì)議摘要30多篇。

踏遍青山人未老

從巍峨雄偉的青藏，蒼茫遼闊的新疆，到山青水秀的江南和冰姿雪韻的東北，祖國的山山水水在夏小平的眼里充滿了無窮魅力，他幾乎走遍了每一個(gè)省級(jí)行政單位，每處都留下了他的足跡。因?yàn)楣ぷ髟颍男∑浇?jīng)常冒著嚴(yán)寒酷暑，日曬雨淋，徒步翻越陡峭的山巖，翻車、被蛇咬等安全事故更是時(shí)有發(fā)生。但為了求得更多可靠的數(shù)據(jù)和歷史，夏小平認(rèn)為他所做的一切都值得，同時(shí)也取得了眾多研究成果。

他對(duì)我國內(nèi)蒙山西地區(qū)發(fā)育的孔茲巖帶中高級(jí)變質(zhì)泥巖的研究反演了我國華北克拉通古元古代的拼合歷史，并發(fā)現(xiàn)我國最古老的華北克拉通西部陸塊的地殼生長歷史與東部陸塊具有顯著的差異。對(duì)西藏岡仁波齊礫巖的研究中，夏小平發(fā)現(xiàn)了年輕到37Ma的碎屑鋯石年齡，可能指示了拉薩地塊南緣由于印度大陸俯沖匯聚而產(chǎn)生的巖漿作用可能持續(xù)到了始新世。目前，他的研究興趣集中到了我國風(fēng)光旖旎的云南省哀牢山。“每次出野外都像是一次旅游，這是研究地球科學(xué)最大的福利。”他說。

哀牢山，位于云南省中部，相傳遠(yuǎn)古在這里存在著一個(gè)哀牢古國，“哀”是指酒或酒的氣味，“牢”則與“醪”同音，如果是漢族對(duì)其的稱呼，可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)音注釋，即以諧音轉(zhuǎn)注其“哀”。但還有一種說法，“牢”同“哀”同意，也是指酒或酒氣，故為“哀牢山”。哀牢山構(gòu)造帶特殊，對(duì)研究全球古特提斯演化有重要意義。夏小平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在野外和室內(nèi)“雙管齊下”，在經(jīng)過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)分析測(cè)試后，夏小平終于為多項(xiàng)長期困擾他的難題給出了解答。

他的研究發(fā)現(xiàn)在哀牢山—藤條河斷裂東側(cè)一帶，寒武—泥盆系碎屑巖鋯石年齡以~828Ma為峰期特征，其εHf(t)同位素值也有正有負(fù)，據(jù)調(diào)查顯示，指示物源區(qū)主要集中在揚(yáng)子地塊；而該斷裂西側(cè)，在夏小平提取的3件寒武-泥盆系樣品中，他發(fā)現(xiàn)碎屑巖鋯石年齡以~447Ma和~953ma為特征，εHf(t)同位素值主要為負(fù)，指示物源區(qū)在思茅地塊。“我們這才發(fā)現(xiàn)，哀牢山古特提斯洋對(duì)應(yīng)的縫合帶極有可能并不是之前認(rèn)為的李仙江—阿墨江斷裂帶或者安定—九甲斷裂帶，另外我們還得知哀牢山古特提斯洋可能早已于志留紀(jì)已經(jīng)打開，這給了我們更多新的探究線索。”夏小平表示。該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表在國際期刊Gondwana Research和國內(nèi)核心期刊《地球化學(xué)》上。

帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行野外地質(zhì)考察

在探測(cè)過程中，夏小平時(shí)常會(huì)有不經(jīng)意的重要發(fā)現(xiàn)。在對(duì)縫合帶西側(cè)二疊紀(jì)龍?zhí)督M碎屑巖鋯石年齡探測(cè)中，夏小平驚奇地發(fā)現(xiàn)巖石年齡明顯呈現(xiàn)出一個(gè)250～290Ma的寬緩特征峰值，并有多個(gè)次要年齡峰。據(jù)此，他也有了新的思考：他認(rèn)為這些物質(zhì)主要來源于一個(gè)安第斯型的大陸邊緣弧。而且，在縫合帶東側(cè)地質(zhì)圖上，同樣標(biāo)為二疊紀(jì)龍?zhí)督M的碎屑巖鋯石年齡則集中分布著一個(gè)~245Ma的單一峰。“我們經(jīng)過觀察研究，認(rèn)為這些碎屑物質(zhì)沉積在一個(gè)中三疊世的弧前盆地，并不是此前認(rèn)為的二疊世，而哀牢山洋是分別向東西兩邊俯沖到揚(yáng)子和印支—思茅板塊之下的。”目前，夏小平也正在將新發(fā)現(xiàn)著手整理之中。

值得一提的是，夏小平還建立了電氣石LA-ICPMS原位微區(qū)B同位素、黃鐵礦等硫化物的SIMS硫同位素、第四紀(jì)鋯石U-Th不平衡定年等分析試驗(yàn)方法并應(yīng)用到哀牢山構(gòu)造帶古—中生代碎屑沉積物源示蹤以及秘魯Marcona鐵礦成礦熱液演化研究中。

哀牢山，記錄了夏小平的科研足跡，更留下了寶貴的科研財(cái)富。無論是困難重重的野外考察，還是枯燥的數(shù)據(jù)研究，夏小平總是能夠守住科研路上的寂寞，接受著無盡的考驗(yàn)與洗禮，靜待花開。