解密巖石圈

科學技術部于2005年4月18日正式批準建設巖石圈演化國家重點實驗室，2007年1月實驗室通過科技部驗收。

巖石圈演化國家重點實驗室隸屬于中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所。實驗室主任為吳福元院士，學術委員會主任為鄭永飛院士。目前，實驗室有固定人員57人，其中研究員36名，正高級工程師4名，副研究員13名，高級工程師3人。固定人員中包括：中國科學院院士2人、第三世界科學院院士1人；原“973”項目首席科學家4人；國家杰出青年科學基金獲得者12人；中國科學院“百人計劃”入選者3人，“萬人計劃”5人；中國青年科學家獎獲得者1人、中國青年科學家獎提名獎1人、中國地質(zhì)學會“金錘獎”5人、中國礦物巖石地球化學學會“侯德封獎”獲得者6人；國家自然科學基金委創(chuàng)新群體3個、中科院創(chuàng)新團隊（國際合作伙伴計劃）1個。

開展學科前沿問題研究

巖石圈的形成和演化與板塊的俯沖、碰撞，造山后伸展、垮塌，大陸克拉通的形成、改造和破壞過程等將是現(xiàn)代新全球構(gòu)造理論研究的新趨勢；同時，研究者將開始從地球深部各圈層之間相互作用的角度，對上述過程的起因給予新的解釋。實驗室將中國典型造山帶和大陸克拉通地區(qū)的巖石圈演化研究置于全球構(gòu)造和地球深部動力學過程的學術背景中，針對全球巖石圈演化的前沿領域和科學問題，結(jié)合我國獨具特色的地質(zhì)現(xiàn)象，重點開展大陸巖石圈形成與演化方面的研究：

1.大陸巖石圈的形成機制

華北克拉通等古老大陸巖石圈的形成過程與全球典型的古大陸相比，中國的古大陸在巖石組成及形成演化歷史等方面具有特殊性，是研究早期大陸生長的理想地區(qū)。實驗室近期將研究早前寒武紀大陸巖石圈的生長機制；高溫/高壓變質(zhì)作用對早前寒武紀大陸碰撞的拼合方式；探討太古宙大洋地殼的性質(zhì)以及殼幔相互作用的方式等。

顯生宙大陸巖石圈的形成與地殼增生大陸地殼的形成時間和機制是巖石圈研究的基本問題。主流觀點認為現(xiàn)今的地殼形成于地球演化的早期，而在顯生宙期間，地殼增長量可以忽略不計。同時，大陸地殼的生長主要通過發(fā)生在會聚型板塊邊界上的巖漿作用來實現(xiàn)。但最近幾年通過對中亞造山帶的研究發(fā)現(xiàn)，顯生宙也是全球地殼生長的重要時期，先前認為地殼基本形成于早前寒武紀的觀點需要重新加以認識和修正，并且幔源巖漿的底侵作用也是大陸地殼增生的一種重要方式。因此，實驗室近期擬通過對我國北部與東部的研究，闡明顯生宙期間大陸巖石圈增生的規(guī)模機制，研究巖石圈地幔熔融對大陸地殼增長的貢獻。

2.大陸板塊聚合過程中的巖石圈演化

大洋板塊俯沖過程與大陸增生中—東亞造山帶是增生型造山帶，具有多階段縫合和地殼雙向增生特點，而且該帶發(fā)育罕見的巨型礦床，是國際關注的研究區(qū)域和前沿科學課題。實驗室擬通過系統(tǒng)探討古生代洋陸格局，重點解剖增生造山作用的幾何學、運動學與動力學特征，探索大洋板塊俯沖過程中典型增生造山過程特征，重塑陸殼側(cè)向增生的歷史。

證明低密度的大陸地殼物質(zhì)曾被俯沖到地幔80？200公里以下的深度，并回返到地表，是國際固體地球科學界的一個重大進展，這一進展促使我們對許多深層次的重大科學問題進行了更深入的研究。實驗室擬將顯微尺度的變質(zhì)演化與宏觀尺度的構(gòu)造演化有機地結(jié)合起來，近期將主要研究大陸地殼深俯沖和折返過程中的熔體/流體活動，探討陸殼俯沖過程中的殼-幔相互作用機制與產(chǎn)物；研究典型大陸上/下地殼和巖石圈地幔在俯沖碰撞過程中的密度和變形等主要動力學控制因素的差異，探討大陸巖石圈各圈層在俯沖碰撞及碰撞后的差異變質(zhì)演化及其對諸如地殼加厚、巖石圈地幔的拆沉、碰撞后巖漿活動等造山帶演化進程的制約機制。

在陸—陸碰撞過程中山根的形成與演化下，地殼在控制地表變形和地貌特征以及演繹殼—幔相互作用有著重要的作用。實驗室將以青藏高原下地殼出露點為靶區(qū)，研究其巖石學和地球化學特征、溫壓環(huán)境和流變特征，同時研究不同碰撞階段和不同構(gòu)造變形背景下的巖漿活動特征，進而對下地殼增厚與流動、巖石圈地幔拆沉與減薄、地殼伸展與滑移等3個關鍵地質(zhì)過程進行探索，揭示陸—陸碰撞的詳細過程。

3.地球深部過程與巖石圈的改造和破壞

大陸克拉通巖石圈的改造與破壞過程是我國華北東部巖石圈顯生宙以來曾發(fā)生過的大規(guī)模的改造與破壞，這在全球是獨一無二的。現(xiàn)有的研究表明，該巖石圈的改造過程不僅使巖石圈的厚度發(fā)生變化，更重要的是造成了巖石圈組成和結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。因此，該地區(qū)是研究巖石圈演化歷史的理想地區(qū)，已引起了國內(nèi)外地學界的廣泛關注。實驗室將進一步深入研究巖石圈減薄的機制、巖石圈地幔改造過程、橄欖巖—熔體相互反應與殼幔相互作用，以及華北東部、西部巖石圈的差異演化。

核幔界面物性狀態(tài)對研究巖石圈形成與演化具有重要意義。實驗室擬通過主動源和被動源地震為主的地球物理資料密集觀測，綜合地質(zhì)與地球化學研究方法，揭示核幔界面物理化學變化與層圈相互作用過程對巖石圈構(gòu)造演化的深部控制機理。

白堊紀超靜磁帶是全球性的地球物理場異常事件，伴隨這一地球物理場異常還發(fā)生了一系列全球性其它地質(zhì)事件，如洋殼快速增生、火山活動強烈等。國際上對地球物理場異常與上述全球性地質(zhì)事件之間的關聯(lián)性開展了一些初步研究，但未取得重要進展。實驗室擬通過研究地磁場強度與地磁極性倒轉(zhuǎn)頻率的變化來探討地球深部動力學過程對巖石圈演化的影響。

4.巖石圈精細結(jié)構(gòu)地球物理探測

來自地殼—上地幔的深部結(jié)構(gòu)和物性的信息是深化巖石圈構(gòu)造演化的關鍵。對于巖石圈構(gòu)造演化的一系列科學問題的研究能否深入，在很大程度上依賴對目標區(qū)域的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物質(zhì)進行仔細的研究。實驗室將結(jié)合上述研究目標，以先進的寬頻帶地震臺網(wǎng)進行典型區(qū)域的天然和人工地震流動觀測，獲取直接的地震觀測資料，對目標區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進行精細的研究，為認識巖石圈演化歷史提供高分辨率的基礎資料。

布局未來研究計劃

自成立以來，實驗室定位于基礎研究，通過運用地質(zhì)學、地球物理學、地球化學等多學科綜合理論與方法，重點研究大陸巖石圈的組成、構(gòu)造和演化歷史及殼—幔過程與盆—山系統(tǒng)等。經(jīng)過多年發(fā)展，實驗室在大陸動力學研究領域已經(jīng)取得一系列高水平的有顯示度的成果。在開放與流動管理機制下，實驗室發(fā)揮了地質(zhì)學、地球物理學和地球化學的交叉融和優(yōu)勢，形成了學術自由與開拓創(chuàng)新的良好科研氛圍和一支在國內(nèi)外有影響的研究隊伍。近年來，實驗室的研究骨干人員主持和承擔了眾多國家自然科學基金及中國科學院重大項目。據(jù)報道，2016年度實驗室承擔的正在運行的科研項目156項，包括國家自然科學基金重點/重大項目課題/杰青/優(yōu)青、基金委創(chuàng)新群體、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項課題和國家重大科技專項項目/課題等。其中，2016年新增項目40項，到賬科研經(jīng)費2.16億元。同時，在“知識創(chuàng)新工程”的支持下，實驗室已經(jīng)基本完成了相關學科及其配套實驗與觀測設備的建設，已成為國內(nèi)外有一定影響的實驗室。

在未來的發(fā)展中，圍繞上述研究方向，實驗室將立足于地球系統(tǒng)科學理論框架，著眼于巖石圈構(gòu)造演化研究領域的國際前沿重大科學問題，以地球深部各圈層間的相互作用為研究主線，系統(tǒng)解剖大陸巖石圈的組成、結(jié)構(gòu)、形成機制和演化過程，為巖石圈動力學理論的發(fā)展做出創(chuàng)新性貢獻，同時為國家和社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。此外，實驗室將以華北克拉通為代表的早期大陸巖石圈的形成與演化、以華北東部為代表的大陸巖石圈的改造與破壞過程、以大別—蘇魯—秦嶺—柴北緣與青藏高壓—超高壓變質(zhì)帶為代表的大陸深俯沖過程及殼幔相互作用、以北方及中—東亞造山帶為代表的增生型造山作用與大陸增生、以喜馬拉雅型造山帶為代表的陸—陸碰撞造山過程中山根形成與演化機制為研究重點。

實驗室的中長期目標是為構(gòu)建國家資源安全保障體系和社會可持續(xù)發(fā)展提供科學決策依據(jù)，聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀青年科學家，實現(xiàn)多學科實質(zhì)性交叉融合，并使之成為巖石圈演化領域的國際性研究中心和學術交流中心，以及吸引、凝聚和培養(yǎng)國內(nèi)外優(yōu)秀人才的基地。實驗室通過建立野外穩(wěn)定實驗室，研究中國及鄰區(qū)大陸巖石圈的物質(zhì)、結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，認識在固體地球整體行為中巖石圈的動力學過程，探索地球內(nèi)部圈層相互作用的機理，致力于為固體地球系統(tǒng)科學理論的建立貢獻力量與智慧。