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    日前,中国地质调查局沈阳地质调查中心编著的《中国东北部及邻区地质图(1:2500000)及说明书》由中国地质大学出版社正式出版发行。该大型图件及专著是一部以地球系统科学、旋回演化论及全球动力学思想为指导编制的东北亚地区综合研究类成果,是沈阳地质调查中心近年来取得的一项重要科研成果,并受到了中国科学院院士任纪舜的高度评价。

    该大型图件地理上跨中国、蒙古国、俄罗斯、朝鲜、韩国5个国家,编图范围西起贝加尔湖,东到萨哈林岛(库页岛),北起尚塔尔岛,南至渤海湾;地质上经历了古亚洲洋和太平洋两大构造域的叠加演化过程,地质构造极其复杂。该专著以区域不整合界面为主要依据,以超大陆的聚合与裂解为主线,梳理和建立了整个古亚洲构造域东段和太平洋构造域北段的地层-岩浆-变质-构造格架,系统总结了区域构造演化历史。总结了中国东北部及邻区中生代活动大陆边缘构造格架主体特点,探讨了“燕山运动”大地构造属性及幕次划分;梳理了中国东北部及邻区前中生代不同构造单元的地质特征,从全球超大陆旋回的角度描述了区域构造演化过程;开展了专题综合研究,并提出了东北亚地区大地构造格架一些新的认识。它是中国东北部及邻区最新的一部区域地质构造研究的总结性著作,具有重要的科学意义和实用价值。

    该成果为东北亚地区基础地质科学问题的深入研究,为国土空间规划、自然资源管理以及重大工程建设提供快捷有效的基础地质信息,并填补了东北亚地区地质图数据库体系的空白,为地质大数据、“地质云”建设和社会化服务提供基础数据支撑。

     

     
     
    《中国东北部及邻区地质图(1∶2 500 000)及说明书...

    摘要:揭示出中央造山带秦祁昆结合部晚古生代一早中生代的沉积建造与沉积环境,在苏鲁超高压变质带北端威海地区识别出古元古代的超高温泥质麻粒岩,桐柏志留纪超高温变质作用可能与商丹洋洋脊俯冲作用有关。完成了5条横穿桐柏造山带的构造剖面,并在狼山1:5万填图区发现了3个铁矿(化)点。同时,修正了大兴安岭南段地壳构造单元划分。

    1.项目概况

    “重大构造事件与成矿制约”项目隶属于“关键地质问题综合调查”工程,包括5个子项目:“秦岭一大别造山带构造事件调查及1:5万填图试点”、“兴蒙造山带关键地区构造格架及廊带地质调查”、 “秦祁昆结合部构造事件调查及增生杂岩专题填图试点”、“华南造山带基底地质调查及1:5万填图试点”和“东天山沙泉子幅和狼山儿驼庙幅1:5万填图试点”。

    2.成果简介

    2014年取得的研究成果与进展如下:

    (1)揭示出中央造山带秦祁昆结合部晚古生代一早中生代的沉积建造与沉积环境。研究表明,结合部二叠系自北 向南表现为一套潮间一潮下带、陆缘斜坡相沉积组合,自东向西表现为三角洲、滨海相和陆缘斜坡相沉积组合。三叠系具有自北向南水体逐渐加深且沉积中心向南迁移的特征。古水流分析表明,研究区内三叠系碎屑物主要来自于北侧。 揭示出秦祁昆结合部蛇绿混杂岩的岩石组合特征,天峻南山蛇绿混杂岩主要是由橄榄岩、枕状玄武岩、硅质岩、辉长岩、灰岩、泥岩、粉砂岩共同构成,与上覆二叠系碎屑流沉积为不整合接触; 拉脊山六台水库一带蛇绿混杂岩主要由枕状玄武岩、硅质岩、辉长岩、蛇纹岩共同组成,与上覆志留系河流三角洲相沉积之间为不整合接触。提出泥盆纪一三叠纪秦祁昆结合部火山-岩浆-沉积作用形成于活动大陆边缘,是特提斯洋向北持续发生俯冲-增生造山作用的结果 (图1)。

    (1)在苏鲁超高压变质带北端威海地区识别出古元古代的超高温泥质麻粒岩。由泥质麻粒岩与大理岩、钙硅酸盐岩和片麻岩组成的变质表壳岩,以透镜体的形式产于经历了三叠纪超高压变质的新元古代正片麻岩中。泥质麻粒岩由石榴子石、矽线石、斜长石、钾长石、反条纹长石、石英、黑云母、白云母和金红石组成,麻粒岩峰期变质的温度和压力条件约为940°C和1.2GPa。锆石U-Pb定年结果给出了1845Ma的207Pb/206Pb年龄加权平均值。结合其他研究结果推 测,扬子板块北缘经历了古元古代的增生造山作用。在桐柏造山带中发现含假蓝宝石的基性麻粒岩(图2),通过锆 石U-Pb年龄、岩石学和相平衡模拟研究,确定桐柏麻粒岩经历了志留纪超高温变质作用,峰期温压条件为大于20C和8~10kbar。具有逆时针的P-T演化轨迹,变质时代为440~415Ma。桐柏志留纪超高温变质作用,可能与商丹洋洋脊俯冲作用有关。

    (3)完成了5条横穿桐柏造山带的构造剖面,发现桐柏杂岩体中的早期南北向拉伸线理和深熔作用,提出桐柏变 质-深熔地体的三维结构,在高压榴辉岩带与蓝片岩带之间韧性剪切带的糜棱岩中获得3组锆石年龄,分别为2400Ma、 2000Ma和1800Ma。

    (2)在狼山1:5万填图区发现了3个铁矿(化)点(图3 ),重新厘定了叠布斯格组岩石组成,填制出系列新生代大型逆冲断层、右行断裂和正断裂,揭示出白垩纪低角度拆离断层及上盘白垩纪拆离红盆,华北板块与阿拉善地块的边 界断裂。在叠布斯格杂岩中识别出3期褶皱,分别对应早古生代华北与阿拉善地块的拼贴、晚古生代古亚洲洋关闭和三叠纪左行走滑3个阶段。

    (3)兴蒙造山带关键地区构造格架与廊带地质调查取得重要进展,修正了大兴安岭南段地壳构造单元划分,提出 了新的构造单元划分方案。在西拉木伦河附近识别出三叠纪与碰撞相关的花岗岩,进一步限定西伯利亚和中朝古陆的 碰撞造山过程。

    (4)在东天山和北山发现一系列前寒武纪岩石(0.9 Ga和1.4 Ga),揭示出中亚造山带中古老地壳的形成和演化历
    史。在敦煌地块发现约440 Ma的高压基性麻粒岩,表明北山与塔里木板块在早古生代发生了碰撞造山。在塔里木板块 北缘(博斯腾湖南)发现约800Ma的高压麻粒岩,其很可能形成在塔里木板块与Rodinia超大陆的碰撞造山过程中。

    (5)研究表明,华夏地块古元古代基底曾经遭受麻粒岩相变质改造,具有顺时针样式P-T轨迹,经历1.93Ga和 1.87Ga两期构造热事件,存在古元古代末期的紫苏花岗岩。

    3.成果意义

    (1 )西秦岭楔晚古生代一中三叠世 活动大陆边缘的确定为中国南、北两大板块构造体质转换和秦岭、祁连、昆仑 造山带相互耦合过程研究提供了直接证据,同时将指导该区的地质找矿工作。

    (2)在苏鲁超高压变质带识别出古元古代超高温泥质麻粒岩,为苏鲁造山带及扬子板块北缘古元古代的构造演化 历史提供了制约。桐柏造山带秦岭群中含假蓝宝石基性麻粒岩的发现确定其经历了志留纪超高温变质作用,为秦岭-大别造山带早古生代的构造演化提供了制约。同时,也表明超高温变质作用可能比传统认识中的更为普遍。

    (3)桐柏变质-深熔地体三维结构的研究,将该造山带的岩浆和变质事件从早中生代碰撞造山到晚中生代伸展隆升 的演化连接起来,使人们更深人认识地壳深熔作用在造山带演化过程中的作用和重要性。

    (4)狼山地区古生代以来多期构造事件是阿拉善地块和华北板块之间受不同构造域影响的直接结果,同时也反映 了阿拉善和华北边界的位置和性质。

    (5)东天山-北山一系列前寒武纪岩石和敦煌地块约440Ma的高压基性麻粒岩的发现表明,东天山-北山造山带中的古老微陆块具有相同的前寒武纪地壳形成与演化历史,它们并不是来源于塔里木克拉通,这为揭示中亚造山带南部的构造演化和古老微陆块的起源提供了重要制约。

    (6 )华夏地块古元古代岩浆及变质事件的识别,为理解华夏地块基底生长与再造过程提供了地质依据。基底韧性 剪切带的几何学和运动学,是理解华南中生代陆内变形样式的关键,并为建立华南中生代陆内造山与南北陆缘板块碰 撞或古太平洋板块俯冲的动力学关系提供了约束。(中国地质科学院地质研究所 张泽明 张进 闫臻 周喜文 贺振宇 刘建峰 李建华 梁凤华 向华供稿)


    华南、中央和北方造山带研究取得重要成果

    “年轻的时候什么工作都要做一点,现在年轻科技工作者学历很高,在某一个专业领域钻研得很深,但是也应该具有战略性的长远的思维,应该做到‘博观而约取,厚积而薄发’。”

    ——中国科学院院士、著名地质学家

    沈 其 韩

    1950年 

    一名年轻的地质工作者 

    怀抱炽热的爱国情怀 

    投身于 

    新中国找矿事业中 

    辽宁鞍山 

    湖北大冶 

    山西中条山 

    ... 

    他走南闯北、不知疲倦 

    沉浸在为国家寻获矿产的 

    巨大喜悦中 

     

    中国科学院院士、著名地质学家沈其韩

    回首当年

    他激情澎湃:

    “如果一辈子能够跑十几个地区

    帮助建立十个八个矿山

    也就很知足了。”

    1984年,沈其韩在实验室用显微镜观察岩石薄片

    1956年

    他响应“国家需要”

    迎来职业生涯的转变:

    从热火朝天的

    地质找矿一线

    转入

    当时相对冷僻的

    地质科学研究

    1985年,沈其韩(左4)在内蒙古野外进行地质观察

    “我上大学的时候,

    地球化学根本没有学过,

    年代学也不知道,

    都是在工作中边做边学起来的。”

    知不足而后学

    他在

    变质岩石学

    前寒武纪地质学

    等研究领域

    奋发图强

    1991年10 月,沈其韩(左1)在北京密云观察变基性岩脉的特征

    到了1980年

    努力终得回报

    他的研究成果屡次获得

    地质矿产部科技成果奖

    和国家自然科学奖

    得到国际地质学界的

    广泛关注和认可

    2006年7月,沈其韩在黑龙江五大连池火烧山北侧考察

    如今

    这位年逾九旬的老人

    仍在地质科学研究道路上

    不倦跋涉

    他对科学的热爱和求索之心

    仿若大地上最寻常的岩石

    历经风雨

    坚韧如初

    他是中国科学院院士、著名地质学家

    沈 其 韩

     

    破译地球的秘密

    ——记中国科学院院士、地质学家沈其韩

    2019年1月,在2018年度国家科学技术奖励大会上,自然资源部项目《中国最古老大陆的时代和演化》荣获国家自然科学二等奖,这项成果是研究团队三代科学家近30年研究的结晶,获奖团队中就有时年96岁高龄的沈其韩院士。

    在70多年的地质生涯中,沈其韩把所有的精力投入到早前寒武纪地质、变质岩石学和同位素年代学及铁铜矿产等研究中,在基础研究和应用研究方面作出了重要贡献。一年多之前,年逾九旬的沈其韩还坚持每天上午到办公室,翻阅报纸,了解国际国内重大事件,除了矿产新闻外,他格外关心的是土地污染治理和三农问题等。他还请助手把国内外有关寒武纪地质研究的论文打印出来,一篇篇仔细阅读,认真做摘要。正是这种精益求精的钻研精神,让他在90多岁时依然保持着出色的科研能力,再次摘下国家自然科学奖的桂冠,彰显着他为国家科技进步而努力奋斗的初心。

    满腔热情为国找矿

    1922年4月27日,沈其韩出生于江苏淮阴。1941年秋,在堂兄资助下,19岁的沈其韩经上海转浙西,偷渡日伪封锁线,终于在冬天抵达重庆。沿途祖国美丽的山河、破败的城镇、苦难的民众,给沈其韩留下了深刻印象。他渴望国家早一点强大起来。

    1942年夏,沈其韩考入重庆大学地质系。上课时,沈其韩对岩石学非常感兴趣,尤其敬佩教授矿物学的王炳章先生。经过4年学习,沈其韩成为重庆大学那一届地质系仅有的7名毕业生之一。

    1946年6月,沈其韩考入南京的中央地质调查所岩石学研究室,室主任是著名变质岩专家、中国科学院院士程裕淇。前辈地质学家身上那种严谨的工作态度、扎实的知识素养、开阔的学术视野、服务大局的工作意识、炽热的爱国情怀,深深地影响着沈其韩。

    新中国成立后,国家重点发展重工业以尽快实现社会主义工业化,钢铁成为最急需的资源。发展工业,找矿先行,地质工作者们迅速行动了起来。

    1952年,在湖北省黄石市铁山区成立了新中国第一支大型地质勘探队——大冶资源勘探队,后改称为429勘探队。沈其韩作为业务骨干参与组织铁山矿区和领导金山店矿区的后期详勘工作。他们白天到山野测量,夜晚在室内整理资料,很快完成了整个矿区精细的地形图。在两年多的时间里,沈其韩没有回过家,日夜都待在山上。1954年3月,勘探队向地质部提交了《湖北大冶铁矿地质勘探报告》,估计总储量高达亿吨以上。

    从1950年起,从辽宁鞍山铁矿、湖北大冶铁矿到山西中条山铜矿,沈其韩走南闯北,不知疲倦,沉浸在为国家找到矿产资源的巨大喜悦之中。回首当年,年过九旬的沈其韩依然非常激动:“当时地质勘查工作非常辛苦,几乎都是白天黑夜地干,一个地质队、一两千人、三十几台钻机,就想着赶紧找到矿提交报告。一两年时间矿山就建立起来了,让我很有成就感。我当时就想,如果一辈子能够跑十几个地区,帮助建立十个八个矿山,也就很知足了。”

    投身寒武纪地质研究

    不过,沈其韩为国家建立十个八个矿山的愿望很快就被迫放弃了,另一个重要的领域正等待着他。

    沈其韩在山西找矿劲头十足,这个时候,程裕淇院士向他发出召唤,让他回到地质研究所搞岩石学研究。向来服从工作安排的沈其韩内心有些不情愿:“我觉得找矿挺好的,我就留在山西算了。”

    让沈其韩改变主意的只有4个字“国家需要”,国家需要他去找矿,他无怨无悔地奔波在湖北、山西各地。现在,国家需要一些有实际工作经验的人来搞基础研究,为将来的找矿工作做指导,那么,他也会竭尽全力,绝不辜负国家的期许。

    变质岩石约占地壳总体积的27.4%,广泛地分布于早前寒武纪结晶基底及其以后的各种重要的地质构造单元中,绝大多数本来是见不到的,但是由于后来的构造运动,一些变质岩露出地表,带来深部地壳的各种信息。地质学家通过破解这些变质岩,研究地壳演化的历史。变质岩石学是岩石学的重要分支,但是相关研究一直进展缓慢,直到上个世纪初,变质岩研究才有所突破,而中国的变质岩研究当时还是一片空白。

    程裕淇院士敏锐地意识到变质岩研究的重要性——除了能够了解早期地壳的演化、通过原岩恢复推断原岩的形成环境和构造背景外,还有助于利用变质岩来找矿。就这样,1956年秋天,沈其韩跟随程裕淇院士开始了长达60年的早前寒武纪地质、同位素年代学和变质岩区工作方法研究。

    寒武纪是地质划分的一个年代,时间大约是距今5.4亿年至5.1亿年之间。在寒武纪开始后的数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现,这就是令古生物学家和地质学家百思不得其解的“寒武纪生命大爆发”。但凡所有的大爆发,之前一定有一段长期的力量积蓄储备期,地球上所有的矿产资源也正是形成于这个时期。剧烈的构造运动造成地壳抬升,将覆盖在变质岩之上的岩层剥蚀掉,使得变质岩得见天日。因此,沈其韩的研究便以早前寒武纪地层学为对象,试着从古老的变质岩中去推断地球演化的过程,解读地壳深处的信息。

    在地质学家的眼里,一块看起来很普通的石头,或许比等量的黄金还要珍贵。从热火朝天的地质找矿一线转入到相对冷僻的基础研究领域,沈其韩迅速沉下心来,一步一个脚印,踏踏实实地开始工作。

    博观约取获硕果

    “我上大学的时候,地球化学根本没有学过,年代学也不知道,都是后来在工作中边做边学起来的。”知不足而后学,沈其韩格外关注新技术新方法在实际工作中的运用。后来的实践也证明,没有同位素地质年代学,前寒武纪研究寸步难行。通过向国外专家学习,引进国际上最先进的测定同位素的仪器设备,使得中国的寒武纪地质研究在起步较晚的情况下奋起直追,不断收获累累科研硕果,逐渐缩小与国际寒武纪地质研究的差距。

    从1980年开始,沈其韩在地质科学研究上进入盛产期,他在早前寒武纪研究领域取得了一系列重大进展,研究成果屡次获得地质矿产部科技成果奖和国家自然科学奖。中国寒武纪地质研究的突飞猛进也引起了国际地质学界的广泛关注和认可,相关的研讨会和各种科学合作项目也有条不紊地推进起来。

    回忆一生的科研事业,沈其韩认为,年轻的时候什么工作都要做一点,现在年轻科技工作者学历很高,在某一个专业领域钻研得很深,但是也应该具有战略性的长远的思维,应该做到“博观而约取,厚积而薄发”。

    沈其韩说,他亲自经历了变质岩石学和前寒武纪地质学研究从落后到发展的过程,当前地质科学在飞跃发展,变质岩石学和前寒武纪地质学也应紧随时代的脉搏,不断前进。他勉励年轻地质工作者,紧紧抓住学科发展规律和国家需求,坚定信心,在学科的理论思维和实践应用等方面不断创新前行,为国家作出重要贡献。

    从某种意义上来说,地质学家是这颗星球上最智慧的人之一,他们能够从一块岩石标本乃至一粒矿物晶体中看到整个造山带的动力学过程,推测出地球过去46亿年漫长历史中发生的故事,寻找到蕴藏于地球深处的各种丰富的矿产……斗转星移,寒来暑往,沈其韩院士已经在地质科学路上跋涉了70多年,时光把他从一位热血青年雕塑成一位世纪老人,但他对地质科学的热爱和执着追求科学真谛的心却从未改变过,正像这大地上随处可见的一块块岩石,历经风雨,坚韧如初!

    院士沈其韩:破译地球的秘密

     

    海域地应力观测与地壳稳定性评价项目野外施工现场

    无人机航拍青藏高原活断层

    “当前,地质力学研究所上上下下都在积极学习全国两会精神。我们认为,虽然今年两会直接提到地质工作的内容不多,但实际上,地质工作作为一种具有先行性、公益性的基础工作,早已融合于国家经济社会发展的方方面面。就地质力学研究所而言,未来服务的领域更广了,肩上的担子更重了,大家的信心也更足了。” 3月19日,自然资源部中国地质调查局地质力学研究所所长邢树文对记者如是说。

    需求动能:为区域协调发展提供地质安全保障

    “无论是地质行业的发展,还是单位的发展,都离不开国家发展的大环境。近日闭幕的全国两会对我国今年各项工作作出了部署,也为我们下一步工作集中优势、突出重点指明了方向。”邢树文告诉记者,今年的国务院政府工作报告中特地谈到了“促进区域协调发展,提高新型城镇化质量”,而在活动构造、工程地质、地质灾害和区域地壳稳定性领域的调查服务恰恰是地质力学所这些年成果最为突出的部分。

    在服务区域协调发展方面,地质力学所近几年针对京津冀协同发展区、雄安新区、北京城市副中心、粤港澳大湾区、海南自贸区等地的规划建设需求,进行了活动构造与区域地壳稳定性调查,提交的阶段性成果报告,为这些区域的协调发展提供了基础地质数据,提出的有关问题及建议受到相关部门高度重视和充分肯定。

    今年,他们将继续深化对重点区域的服务,比如:在京津冀协同发展区调查重点活动构造的特征及演化、形成机理和对地质灾害的控制作用;全面对粤港澳大湾区及关键部位,进行较大比例尺的活动断裂调查,编制相关图件;在开展海口市江东新区活动断裂调查和地壳稳定性评价的基础上,支撑服务三亚新机场的扩建选址,为海南省解决空港客流量大的难题提供地质保障;在川西藏东等地质条件复杂地区进行交通廊道活动构造与地质灾害调查等。

    邢树文特地谈到了今年即将开展的沈抚新区及交通廊带主要活动断裂调查。“我们将结合区域断裂活动性研究、工程地质调查,进行区域地壳稳定性评价,编制活动断裂分布图和综合工程地质图,编写提交沈抚新区及交通廊带重大工程规划建设和防治工程地质问题报告。目前,地质调查方案已经确定,即将实施。”

    他告诉记者,地质力学所积极为沈抚新区规划建设提供服务有着多重意义。一是理论意义。这里位于我国重要活动断裂带——郯庐断裂的北段北延,此前地质界对该断裂的中段、南段研究程度较高,在断层形成演化等方面有着诸多成果,但对其北段北延认识不足。二是社会意义。沈抚新区建设是国家振兴东北老工业基地的重要举措之一,调查该区的活动构造和地壳稳定性,可为相关城市群和重大工程提供最基础的地质服务。三是环境意义。抚顺等资源型城市在长期矿业活动的作用下,存在着煤矿采区塌陷等比较突出的环境问题,要进行科学有效的治理,就要从地球系统科学的角度对其综合调查研究。

    “现在各地区越来越认识到地质基础调查工作对区域发展的至关重要,地质工作也正在从规划制定后的验证性服务,转化为规划制定、建设实施、运营管理等各个阶段全部过程的基础数据支撑。随着这种理念的推广和深化,来自政府规划部门的相关需求必然越来越强烈。在此背景下,作为力学所四大业务板块之一的活动构造和区域地壳稳定性调查,必将是未来需要持续发力的重要内容。”邢树文强调。

    责任动能:地应力监测和地灾机理研究服务防灾减灾

    人民生命安全历来是党中央国务院最为关切的方面,今年的政府工作报告也强调要“及时有效应对重大自然灾害”,“提高防灾减灾救灾能力”。

    邢树文说,地质力学所60多年的发展,就是急国家之所需,主动适应不同时期的国家发展需求,不断通过调查和研究服务支撑于国家经济社会发展。使命光荣、责任重大,地质力学人必须砥砺前行。

    谈及地质力学所在地应力监测和地质灾害防治方面的技术优势,邢树文介绍了该所去年完成南北活动构造带1∶100万地震滑坡危险性评估,发布《地质灾害InSAR监测技术指南》,编制《地震滑坡调查评价技术指南》《海域活动断层、区域地壳稳定性调查与监测技术指南》,完成《全国活动断裂、工程地质岩组和区域地壳稳定性评价图(1∶400 万)》等成果。

    “今年,我们将在渭河中上游开展城镇灾害地质调查,研究崩滑流地质灾害孕灾背景和发育规律,创新城镇多尺度地质灾害危险性定量评估技术,为服务划定或优化城镇开发边界提供地质安全建议,编写提交天水地区灾害地质调查报告、天水地区重点开发区国土空间规划管控建议报告等。”

    提高防灾减灾救灾能力,科学研究是基础。据介绍,地质力学所设有独立的地质灾害研究室,重点研究探索地质灾害内生和外生动力作用耦合及其致灾的机理。“当前,我们可以利用InSAR监测技术圈定滑坡和异常地质体,提供给有关部门引起注意,但还无法做到及时准确的临灾预警。确定地质灾害尤其是高位远程滑坡的发生时间是个世界性难题,破解的出路只能是依靠科技创新,研究致灾机理加现场密切监测。”

    地质力学所现已在全国建成近百个地应力监测台站,建立了国内领先的地应力测量与监测技术方法体系,可以为全国重要城市群、重要活动断裂带实时提供地应力测量与监测数据。下一步,该所将进一步整合和扩大数据覆盖面,制定统一的技术标准和方法,提高实时加工提炼解读的能力,为政府相关部门提供可直接应用的社会性成果。

    “自然资源部部长陆昊曾就地灾防治工作强调,要将专业技术能力和地方行政指挥需要结合,最大限度做到及时预警预报。当前,无论是政府部门、科研人员还是老百姓,都希望能够通过科技攻关,实现临灾预报,只要能提前一小时,都能挽救无数人的生命。这是我们协同创新的方向,也是我们共同努力的目标。”邢树文说。

    创新动能:双管齐下实现地调与科研融合发展

    发展是第一要务,人才是第一资源,创新是第一动力。邢树文介绍说,2018年地质力学所以理论和技术方法创新为突破口,取得多项创新型成果。“而这些理论成果,也很大程度上促进了地质调查工作的提质增效。”

    比如:获得对全球13.8亿年大火成岩省及相关大洋缺氧事件的新认识,对探索中元古代黑色页岩内油气资源潜力及其成因都具有重要意义;再比如,覆盖森林沼泽区、南方强风化层覆盖区、黄土区、岩溶区、山前平原区、新构造—活动构造区等6类特殊地质地貌区1∶5万地质填图示范,创新填图技术方法,形成了系列技术指南和覆盖区区域地质调查标准,引领和规范行业开辟1∶5万区域地质调查新区域。

    今后,地质力学所将修改完善提升地质力学、古地磁学、工程地质学、构造地质学学科中长期发展规划,继续加大基础研究和应用基础研究支持力度,强化原始创新,加强关键核心技术攻关,切实推进所“十三五”科技创新发展目标的实现,提升行业知名度和影响力。

    一是持续推进地质调查与科学研究融合创新。以科技创新改造、支撑、引领地质调查,深入总结凝练地质调查项目成果,找准突破口和创新点,提升理论认识,研发新技术;利用科技项目取得的新理论、新认识和新技术,指导地质调查工作开展,实现地调和科研项目的相互促进。努力在构造变形、多尺度地质灾害危险性评估理论与技术、地质灾害调查监测和隐患早期识别技术方法、南极大陆的形成与演化等领域凝练有一定影响力的创新成果。

    二是积极组织申报国家五大科技平台项目。主动与局深部探测中心、局油气调查中心等单位开展业务对接,谋划在大陆地壳活动、超深层油气富集机理、成矿系统及其三维结构探测等领域承担深部探测专项项目;组织申报国家自然科学基金等国家科技平台项目。

    三是全力推进创新平台建设。修改完善《活动构造与地壳稳定性评价国家重点实验室筹建方案》;筹建区域工程地质研究中心;支撑深部过程与流体监测实验室建设,积极参与联合申报国家实验室;推进全国地应力观测网建设,组织可行性论证,力争纳入部自然资源要素综合观测网。

    同时,地质力学所还将总结凝练优势学科和领域的整装代表性成果;全面实施科技成果转化,探索科技成果转化新路径;精心组织重大学术交流活动,深入开展国际交流合作等。

    “力学所四大业务板块的发展创新都是把地质力学作为重要的基础理论,我们要继承和发展地质力学整体观、系统观和成生联系的思想,与时俱进创新地质力学理论和技术方法。”邢树文着重强调。

    智力动能:营造良好的科研生态,弥补人才短板

    邢树文谈到,新时代,地质工作正在发生深刻的转变,以此为对照,地质力学所在业务结构、人才队伍、运行机制等方面还存在一些不适应。比如:业务结构还不够聚焦,协同作战能力还不够强,领军人才依然缺乏,队伍结构不尽合理,重点实验室建设相对落后,信息化建设基础薄弱,自主创新能力有待提高,服务水平需要提升等。“我们要抓住关键,对症下药,着力解决这些突出问题,唯此,力学所才能获得健康持续的发展,为国家社会经济发展提供更加精准的服务。”

    邢树文认为,科技创新本质上是人的创造性活动,要深刻领会部党组关于提升科技创新效能的实施意见和激励科技创新人才的若干措施等文件精神,落实局党组有关部署要求,在推动科技体制改革举措落地见效上下功夫。“力学所围绕业务能力建设和地质科技创新,精心组织编制了业务发展规划、人才发展规划(2019~2025),下一步,我们将全力推进实施人才发展规划,壮大人才队伍。”

    如何让各类人才的创造活力竞相迸发、聪明才智充分涌流?邢树文强调,要把优秀科技人才引导进入地质调查主战场,聚焦国家发展重大需求,解决地质调查中出现的重要地质科技问题,产出有宏观影响的成果,形成学科领军人才和优秀团队。

    一方面,汇聚优势人才,优化重点方向和优势领域,重点开展地表过程与多圈层交互作用调查,研究深部过程对地球浅表环境演变的作用及其资源环境效应;开展工程地质、地质灾害、区域地壳稳定性调查,服务国家重大战略、重大工程规划建设、城市地质调查、生态系统保护修复;支撑服务能源资源和其他重要战略资源评价;开展极地地质调查,提供地质图件和信息产品,提升国际影响力。

    另一方面,坚持把人才和团队建设摆在突出重要的位置,把能否解决实际问题和取得成果的影响力作为评价指标,持之以恒地推进创新性人才队伍建设。在设备、办公条件、绩效待遇等方面提供有效保障,赋予更大的技术路线决策空间,营造宽松、创新、诚信、风清气正的学术环境,“决不能让改革政策停留在口头上、纸面上,要想尽办法使科研人员潜心向学、创新突破。”

    具体措施有:加强岗位设置管理,优化人才队伍结构;继续探索优化和改进激励机制,提升广大职工干事创业的热情;积极拓展人才引进渠道和方式,有效带动人才成长、核心团队建设和学科发展;大胆使用有创新有担当精神的青年科研骨干人员;加强对科研人员的情感关怀和宣传力度,努力提升科研人员的创新成就感和荣誉感,激发献身地质力学事业的热情。

    邢树文认为,需求动能、责任动能、创新动能、智力动能将成为地质力学所新时代新发展的新引擎,“而更为核心的,则是继承发扬李四光精神,努力践行‘责任、创新、合作、奉献、清廉’新时期地质工作者核心价值的精神动能。它们,将汇聚成光,引领着我们快步踏上为国家经济社会发展作出更大贡献的全新征程。” 

    培育地质力学发展新动能
      “海洋六号”执行2015年深海资源航次和大洋36航次将于4月28日起航, 4月23日上午,广海局在“海洋六号”船组织召开大洋考察临时党委第一次扩大会仪,听取备航工作情况,研究航次中有关的政治思想工作和宣传工作,表彰了2014年度“大洋之星”,并围绕“如何发挥临时党委的领导核心作用,确保科考调查任务完成”主题展开讨论。会议统一了思想,明确了目标,落实了责任。会议由广海局党委办公室主任黎萍主持,广海局党委委员、总工程师杨胜雄出席会议并讲话。

      会议指出,今年将是“海洋六号”船开展大洋考察工作以来执行任务时间最长的一年,计划科考时间200天。在远离祖国大陆的太平洋上进行海洋地质调查工作,遇到突发事情要独立面对,气候海况和工区环境复杂多变,海上作业难度较大,科考队员将面临晕船、孤独寂寞、思亲痛苦等多重身心考验。会议对海洋六号2015年大洋科考临时党委提出了四点要求:一是要肩负局党委赋予的责任,发挥集体领导的核心作用,认真履行好职责,加强各航段考察任务的组织领导,支持首席科学家工作,确保航次任务的顺利开展;二是要充分发挥党员的先锋模范作用,团结带领全船科考队员,开展形式多样的“比、学、赶、超”活动;三是要发挥青年突击队的生力军作用,重视年轻骨干的培养教育;四是要注重人文关怀,密切关注科考队员的思想和情绪动态,确保科考队员始终保持旺盛的战斗力。

      各航段临时党委成员、首席科学家、青年突击队队长以及局党委办公室全体人员共25人参加了会议。          






    2015年大洋考察临时党委第一次扩大会议召开

    中国最古老大陆的时代和演化

    近日,作为《中国地质环境图系》的重要部分,新编完成的《中国及比邻海区活动断裂分布图(1:500万)》(附说明书)(中英文版)已正式出版发行。该图在充分吸收国内外前人成果资料的基础上,利用多源遥感等新数据,综合“中国地质大调查”近15年来在新构造与活动构造领域的调查研究资料编制而成。

    新编图件突出展示了中国及毗邻海区已知主要活动断裂的类型及其活动强弱程度。同时,表达了M≥5.0地震、已知的地震地表破裂带、第四纪盆地及第四系等厚线、第四纪火山岩及火山口、震源机制解数据所反映的现今地壳应力状态和现今地壳运动的GPS水平速度场等与活动断裂关系密切的其他相关要素。结果共梳理出2705条活动断裂,获得了中国及毗邻海区活动断裂分布的更精细图像,表明中国是全球已知陆内活动断裂数量最多的国家。同时,地质力学研究所的新构造与活动构造研究团队在编图过程中,还进一步归纳总结了中国及毗邻海区75条主要活动断裂带/系或构造带及其活动特征,从而基本查明和掌握了整个中国大陆及毗邻海区的主要活动断裂的空间分布、几何学与运动学特征及第四纪与晚第四纪活动性等,并在地质力学构造体系理论方法指导下,利用新的活动断裂研究成果,在中国大陆的活断层强度分类、活动构造区带划分和活动构造体系综合研究等方面进行了创新,获得了许多新认识。

    自1966年邢台地震以来,我国出于服务国家经济建设需要,以及指导全国地震地质研究和活动断裂普查工作等需求,一直非常重视1:300万至1:600万尺度全国性的新构造与活动断裂及其与强震活动关系方面的图件编制工作。原国家地震局和地质矿产部等曾先后组织编制过《中国活动性断裂和强震震中分布图》(1:300万)(1976年)、《中国主要构造体系新活动和强震震中分布图》(1:600万)(1978年)、《中华人民共和国地震构造图》(1:400万)(1979年)、《中国及邻近海域岩石圈动力学图》(1:400万)(1987年)、《中国及毗邻海区新构造图》(1:500万)(1996年)、《中国活动构造图》(1:400万)(2007年)和《中国及邻近地区地震构造图》(1:400万)(2016年)等相关图件。前人在活动断裂编图方面做过的大量卓越工作,为全面认识中国大陆及其邻区的活动断裂起到了重要作用,也为新的编图工作提供了很好的经验及数据积累。但由于编图的目的或用途不同,已有图件不同程度地存在活动断裂数据准确性不足和对一些断裂活动性的认识不统一等问题。同时,近十多年来,伴随地质大调查工作的开展,在青藏高原及其周边区域又涌现出许多新的资料,而且国内外对活动断裂的认识也在不断加深。因此,非常有必要集成新的资料和数据,并应用新的活动断裂鉴别标准与分级方法来编制新一代的活动断裂图件,这不仅有助于更全面地认识中国大陆及毗邻海区主要活动断裂的空间分布及其活动性特征,而且可为部署全国性的活动断裂相关的地质调查工作提供指导性图件,也可为认识国家主要城镇规划区和重大工程规划建设区可能存在的活动断裂级相关地质灾害风险与地壳稳定性等提供重要的基础地质支撑。为此,原国土资源部地质环境司和中国地质调查局于2013年启动的“全国地质环境图系编制”工程将编制新一代的“中国及毗邻海区活动断裂分布图(1:500万)”列入其中一项重要工作内容,并由中国地质科学院地质力学研究所的新构造与活动构造研究团队负责编制,这也是首次由中国地质调查局组织编制活动断裂类专题图件。

    这次新编《中国及比邻海区活动断裂分布图(1:500万)》及说明书的正式出版发行出版,也是我国首次以中英文版公开出版发行1:500万比例尺全国性的活动断裂分布图。目前,这一成果的数字版已共享到地质云2.0系统,初步实现了对相关领域的科研人员和社会公众的共享使用。

     

     

    背景介绍:

    活动断裂是强震的主要危险源,也是引起地表变形及伴生多种类型次生灾害的主要地质构造因素。中国大陆因为在地质历史上由多个微板块经多期造山旋回拼合而成,岩石圈性质差异大且结构复杂。新生代期间,在西太平洋板块和印度板块两大全球最活跃的板块持续快速俯冲和碰撞作用下,许多古老造山带纷纷复活,发育了众多规模、性质和活动性等都不尽相同的板内活动断裂,造就了极为复杂的活动构造体系和陆内强震活动极为频繁的特征。因此,是世界上板内大陆强震最频繁和遭受地震地质灾害影响最严重的国家,20世纪全球因地震死亡的120万人中,中国占近50%。因此,准确了解和掌握全国范围内活动断裂的空间分布、活动性质和活动性等,既是防范活动断裂及相关地质灾害风险的重要前提,也是国土空间规划利用、城镇化发展,以及铁路、水电站和核电站等重大工程的规划建设等所必需的重要基础地质资料和决策依据。

     
     
    《中国及比邻海区活动断裂分布图(1:500万)》(中英...

    近日,自然资源部中国地质调查局地球物理地球化学勘查研究所组织专家在浙江宁波对所承担的“钦杭结合带及邻区深部地质调查(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所)”项目进行了野外验收,物化探所相关负责人、工程首席吕庆田研究员出席了此次验收。

    验收采用野外实地检查、室内资料查阅相结合的方式,专家组听取了项目负责人对项目情况介绍和野外工作汇报,对照项目批复意见、实施方案,查阅了以往年度的验收意见,室内查看了项目形成的各类原始资料;并前往Y11号测点进行了现场质量检查,详细了解了项目组野外施工状况及数据采集质量情况。

    专家组认为项目组完成了全部设计工作量,野外工作部署合理、操作规范、采集数据质量可靠;原始资料整理及时齐全、记录清晰、质量控制及过程记录完整,符合原始资料管理要求,一致同意对项目野外验收予以通过。

    该项目通过在华南地区开展三维大地电磁测深工作,利用大面积范围的区域观测数据构建江南造山带北段三维电性结构模型,从三维电性结构角度出发,结合区域地质、地球物理资料,探测研究各构造单元岩石圈结构、构造样式,为分析华南大陆的形成与演化,分析形成大型、超大型矿床的深部地质背景提供深部地球物理信息。

     

     
     
    “钦杭结合带及邻区深部地质调查(中国地质科学院地...

    8月17日至9月2日,应澳大利亚科廷大学地球与行星科学学院院长Ian Fitzsimons教授的邀请,自然资源部中国地质调查局地质力学研究所刘晓春研究员一行4人赴澳大利亚进行了为期16天的学术交流和野外考察。双方就共同关心的西澳构造带与东南极地盾对比研究等问题进行了深入交流和讨论。

    西澳构造带与东南极大陆都是冈瓦纳大陆的重要组成部分,曾经紧密相连并具有相似的演化历史,加强对西澳构造带的研究有利于加深对东南极乃至冈瓦纳大陆关键地区地质演化的认识。依托国家自然科学基金重点项目“东南极埃默里地区多期变质事件的甄别及对冈瓦纳重建的启示”和中国地质调查局中国地质科学院基本科研业务费项目“南极大陆全球超大陆聚散事件的响应”,地质力学研究所考察团对西澳构造带中的Leeuwin Complex(卢因杂岩)进行了野外地质考察,自北向南先后考察了Dunsborough(戴士柏)、Yallingup(亚林加普)、Margaret River(玛格丽特河)和Augusta(奥古斯塔)等地区卢因杂岩的出露情况,并采集了一系列的岩石样品,为进一步开展卢因杂岩高级变质作用P-T演化研究创造了条件。将卢因杂岩与东南极普里兹造山带开展对比性研究,将有利于探索普里兹造山带向东北方向的延伸问题,为冈瓦纳超大陆的形成和演化研究提供新思路。

    此次出访,地质力学所与澳大利亚科廷大学地球与行星科学学院建立了良好的合作关系,就卢因杂岩及南极地质等研究方向达成了长期合作意向。Ian Fitzsimons教授表示愿意与地质力学研究所极地地质研究团队一道,共同推进西澳构造带与东南极地质研究进展,为今后全方位开展南极与冈瓦纳其他陆块,乃至中国大陆的地质对比研究打下了良好的基础。

    参观澳大利亚科廷大学LA-ICP-MS实验室 

    Leeuwin Complex(卢因杂岩)野外地质考察 

    地质力学所与澳大利亚科廷大学开展合作研究

     

    刘超辉,男,35岁,博士,专业技术三级,地质所研究员。专业方向:前寒武纪地质

    解决资源环境问题或基础地质问题情况: 

    首次综合运用地层层序学、沉积岩相研究、碎屑锆石U-Pb定年、Lu-Hf同位素以及全岩地球化学,厘定了华北克拉通中部造山带与陆陆碰撞相关的前陆盆地的形成时代、空间展布以及物源区的性质。本项研究确认了中部造山带东西两侧存在着南北向展布的周缘前陆盆地沉积,并采用了近年来国际上最新采用的碎屑锆石定年的方法,从而对缺乏火山(碎屑)岩的相关地层进行了精确的年龄限定。这一创新性成果,对确定华北克拉通存在着19亿年左右的陆陆碰撞造山带提供了确凿的沉积学证据,从而证实了华北克拉通参与到了哥伦比亚超大陆的汇聚过程。

    实现转化应用和有效服务情况: 

    承担国家自然科学基金优秀青年基金项目1项、基金面上项目1项、地质调查三级项目2项,深地专项专题1项。近五年来,在华北克拉通古元古代构造盆地演化以及中新元古代裂谷与超大陆重建等方面取得了一系列重要的科研成果,得到国内外专家的普遍关注和高度评价,部分成果达到国内领先水平,这些创新性成果对指导地质大调查专题填图、矿产普查和指导找矿提供坚实的基础地质资料。特别是在近年来地调局开展的1:5万专题填图中,以往取得的重要成果和技术手段在解决填图区重大关键问题、提高变质岩区专题填图质量至关重要。

    促进科学理论创新和技术方法进步情况: 

    长期从事变质地质学和早前寒武纪地质学的前沿领域研究,特别是注重科技理论的创新和技术方法的探索。近5年的研究确认了中部造山带东西两侧存在着南北向展布的周缘前陆盆地沉积,并采用了近年来国际上最新采用的碎屑锆石定年的方法,从而对缺乏火山(碎屑)岩的相关地层进行了精确的年龄限定。这一创新性成果,对确定华北克拉通存在着19亿年左右的陆陆碰撞造山带提供了确凿的沉积学证据,从而证实了华北克拉通参与到了哥伦比亚超大陆的汇聚过程。上述科学贡献得到国内外专家的普遍关注和高度评价,至今已被SCI他引超过300次,两篇国际SCI文章被评为该刊物5年来高引文章。

    促进人才成长和团队建设情况: 

    在中国地质调查局地质调查项目以及基本科研业务费项目的支持下,申请人5年多来在中国地质科学院地质研究所已经成长为一名在国内早前寒武纪研究领域小有建树的一名青年研究人员,于2015年入选第二批国土资源“杰出青年科技人才培养计划”,2016年获得国家自然科学基金优秀青年科学基金项目”资助,2017年获得中国地质学会第十六届青年地质科技奖(银锤奖)。申请人作为骨干研究人员的,由刘福来研究员带领的“变质岩与早前寒武纪”研究团队已具规模,是中国地质调查局乃至国内从事变质地质学和早前寒武纪研究领域的一支主力军。

    刘超辉

    古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一,也是第一个重要成矿期

    瓦尔巴拉超大陆是一个理论上曾经存在的超大陆,自38亿年前开始形成,31亿年前成形,28亿年前分裂。

    前寒武纪地质年表

    今年世界地球日的主题是“珍惜自然资源呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”。那么,对于“生物大爆发”之前远古时代的地球,你又知道多少?今天,就让我们请来一位研究前寒武纪50多年的地质专家——来自中国地质调查局天津地质调查中心的沈保丰研究员,请他讲讲从46亿年前地球诞生到距今5.41亿年寒武纪开始近40亿年的漫长时光中,地球经历了哪些重大地质事件。

    1 前寒武纪涵盖40亿年的地球时光,分为冥古宙、太古宙、元古宙三个地质时代

    记者:说起寒武纪,人们会想到地球历史上第一次生物大爆发,大量且门类众多的海生无脊椎动物在几百万年的很短时间内“突然”地出现了。从此,地球逐渐成了一个生机勃勃、丰富多彩的“生命家园”。那么在之前的前寒武纪时期,地球又经历了怎样的演化过程?

    沈保丰:地球的年龄是45.68亿岁,以5.41 亿年的寒武纪为界,之前约40 亿年的地质时代称为前寒武纪。

    前寒武纪又分为冥古宙、太古宙与元古宙三个地质时代,是陆壳形成、生长、壳幔圈层分异耦合并形成稳定陆块的重要阶段。应该说,在这个漫长的时间尺度上,地球发生了一系列决定地球命运的地质大事件。揭示这些事件的性质和过程,对于理解行星演化、大陆的聚合与漂移、矿产资源的形成、生命的演变,以及地球未来的发展都具有重要意义。

    记者:但以往人们了解得并不多。

    沈保丰:的确。尽管它占据了地球生长期近87.7%的时间,但人们对这段时期的了解相当少。这是因为前寒武纪少有化石记录,且岩石已严重变质,不是已经破坏侵蚀,就是埋藏在显生宙地层之下。

    目前,已知地球上地壳的最古老物质记录,是澳大利亚杰克山太古宙沉积砾岩中的碎屑锆石,它的年龄大约是44亿多年。

    2 冥古宙的“黑暗地球”,经历了由天文行星演化到地质演化的质变

    记者:地球形成的初始阶段是没有地壳的?

    沈保丰:早期地球经历了由天文行星演化到地质演化的质变。

    在冥古宙,即距今45.68亿年到40.3亿年,早期地球经历了一段“黑暗时代”,那是一段没有岩石记录的时期。

    冥古宙又可分为混沌代和杰克山代或锆石代两个代,其分界线为44.04亿年。混沌代主要是太阳系及其早期地球等行星形成及演化时期,其间包括太阳系的形成、早期地球的增生、金属地核和硅酸盐地幔形成、月球的形成、一颗“火星大小”的行星撞击等天文行星演化事件。

    距今44.04亿年左右,地球就进入到地质发展时期。在这一时期内,有原始地壳和原始地核起源,初始地幔、水、大气圈和海洋的形成,陆壳、洋壳及生命起源等重大地质发展问题,都需要人类进一步去认识和研究。

    早期地球的研究是当今地球科学研究的热点和难点,因为有关近似火星大小的天体大撞击、全球岩浆海、地幔翻转、陆壳起源、生命出现等大事件都发生在这一时期。但因为在这时期保存的记录极少,又很难得出较完整的结论。因而人类对早期地球的认识程度极低。

    从地质角度对早期地球的研究、获取相关信息的途径,其中对冥古宙碎屑锆石包含信息的研究尤为重要。

    记者:人类都在哪里发现过冥古宙碎屑锆石?

    沈保丰:保存较好的地点是西澳的Mt. Narryer、Jack Hills和Maynard。Mt. Narryer的碎屑锆石年龄为41.5亿年及42亿年;Jack Hills为44.04±0.08亿年,是全球最老的碎屑锆石年龄。

    在中国大陆的西藏三江造山系中的喜马拉雅地块、北羌塘地块、北秦岭西端、北祁连走廊带、天山的东准噶尔和华夏造山系等7个地点,也发现了早于40亿年的碎屑锆石,其中有4个大于40.3亿年,3个接近4亿年。

    3 太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、许多矿产形成的重要时期

    沈保丰:太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、高度还原性水圈、大气圈和铁、金、铜、锌矿产形成的重要时期。

    太古宙是陆核和陆壳巨量堆积时期。根据已有的地质资料,地球陆壳的80%~90%是在早前寒武纪形成的,绝大多数形成于太古宙中的中—新太古代。全球陆壳的巨量增生在29亿~27亿年,主要的岩石类型是高钠的长英质片麻岩,其次是镁铁质—超镁铁质火山岩。据推测,陆壳增生与超级地幔柱事件有关。

    太古宙地幔热对流循环剧烈,构造活跃,火山活动速率较大,这有利于早期大陆物质大量产生,并漂浮于紊流状态的地幔之上。随着地球冷却,原始大陆固结为一些小陆块。依据南非卡普瓦尔和澳大利亚皮尔巴拉克拉通的年代学和古地磁研究,在33亿年左右,甚至可早到36亿年,可能有一些陆块增生并形成地球上第一个构造上更稳定的瓦尔巴拉超大陆。有专家提出,在太古宙末期,27亿年左右或25亿年,可能存在一个肯洛兰超大陆。约24亿年左右,肯洛兰超大陆开始裂解,形成了一系列的大规模放射状基性岩墙群,在23亿年左右形成了古元古代冰川事件。

    记者:太古宙已经开始形成矿产资源?

    沈保丰:太古宙形成的大量绿岩带中有着明显的成矿作用。

    根据其规模、形态、形成时代、岩石组合、变质程度以及成矿作用等方面的差别,全球的绿岩带可分为4种类型:巴伯顿型(35亿~33亿年),形成时代较老,主要矿产有金、铁、铬和少量镍;苏必利尔型(27亿~26亿年),主要矿产有铜、锌、金、铁和少量镍;伊尔岗型(27亿~26亿年),产出的矿产有铜、镍、金、铁等;达瓦尔型(26亿~23亿年),与之有关的矿产有金、铁、锰等。

    4 距今26亿~25亿年间,华北陆块发生了一次大氧化事件

    记者:现在的中国大陆在太古宙时期经历了怎样的变迁?

    沈保丰:太古宙地层在中国大陆出露面积为7.4万平方公里。中国大陆主要有三个陆块区,分别是华北、塔里木和扬子。其中,以华北陆块面积最大,变质基底分布范围最广,时代跨度最长——从略大于38亿年到18亿年。

    作为中国最大的陆块,华北陆块的面积约30万平方千米。尽管与世界上其他陆块(克拉通)相比,它的面积不算大,但它不仅具有超过38亿年的漫长地质历史,而且经历了复杂的构造岩浆热事件叠加和改造,记录了几乎所有地球早期的发展的重大地质构造事件。

    在26亿~25亿年,华北陆块是陆壳巨量堆积的高峰期。由于陆壳巨量堆积引起由缺氧到富氧的地球环境的剧变,构造体制重大转折,同时导致了元素的巨量迁移、重新分配和成矿。

    一个有趣的现象是:华北陆块大约30万平方千米面积上,在26亿~25亿年间忽然大规模地形成了几千个规模大小不等的氧化物相条带状铁建造(BIF)型铁矿床,累计查明资源储量已达335.36亿吨,占全国铁矿总资源储量46%。这种在一个不是很大的地区集中产出几千个矿床和矿点,并呈氧化物相条带状铁建造的铁矿床产出,在全球很少见,华北陆块可能是唯一的地区。这也说明在新太古代26亿~25亿年时,华北陆块发生了一次大氧化事件。

    记者:铁矿床的形成与氧化有什么关系?

    沈保丰:铁是变价元素,在自然界有Fe2+和Fe3+两种离子存在。氧化环境中铁呈Fe3+状态存在,Fe3+的迁移能力极小。还原环境中铁以Fe2+状态存在,形成Fe(OH)2、FeCO3、FeCl2等化合物。因而氧化环境有利于铁的沉淀,还原环境有利于铁的迁移。即:在酸性环境下,铁的还原作用增强,促使二价铁被溶解到溶液中去;在碱性环境下,铁的氧化作用增强,促使三价铁从溶液中沉淀下来。

    在华北陆块在26亿年之前,由于强烈的火山和洋底的喷流作用,大气圈和海盆基本是处于强酸性和强还原的环境,在盆地中大量的铁呈二价离子、氢氧化铁或其他络合物形式存在海盆中。在26亿~25亿年由于处于氧化环境,Fe2+便从溶液中沉淀下来,形成了大量的铁矿。

    5 古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一,也是第一个重要成矿期

    沈保丰:古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一。在此期间,发生了古元古代初超大陆裂解、大量基性岩墙(席)侵位、大量巨厚被动陆缘型沉积建造、大陆壳的快速生长、俯冲—碰撞造山作用的首次出现等。同时,这一时期构造体制发生了本质的变化,由太古宙全活动体制转换为活动带和稳定地块并存的构造格局。出现不同规模、不同构造性质的活动带、裂陷槽、岛弧带、活动大陆边缘、被动大陆边缘等。

    记者:全球古元古代大致发生了哪些重大地质事件?

    沈保丰:24.2亿~22.5亿年在古元古代初期,发育有广泛的冰川活动,产生了全球性的地幔慢速下沉和大气圈的氧化。

    这个时期的古老冰川活动被称为休伦冰川活动。它紧随在肯洛兰超大陆破裂、大氧化事件在全球广布条带状铁建造之后。在24.2亿~22.5亿年全球岩浆活动寂静期之后,从22.5亿~20.6亿年岩浆活动重新活跃,出现以玄武质岩浆活动为代表的全球事件。古元古代中期,也是磷矿产生的重要时期。

    20.6亿~17.8亿年是地球历史上重要的地壳生长期,世界上最大镁铁—超铁镁质层状侵入体以及南非含大量矿产的大规模基性布什维尔德岩浆岩省,就产生于这一时间。这一全球的构造事件还导致了哥伦比亚超大陆在距今18亿年时的形成。

    此时的华北陆块也发生了与超大陆形成有关的造山事件。大量丰富的地质记录证实,在古元古代末18.5亿年完成了最后一次前寒武纪聚合造山和变质作用,完全固结成为一个整体的刚性克拉通。在古元古代末,经吕梁运动,华北、塔里木、华南等古大陆相联,组成一个统一的中国古大陆的结晶基底。

    全球哥伦比亚超大陆形成后,从17. 8亿年开始陆续进入裂解期,形成裂谷盆地和被动陆缘盆地。

    古元古代也是地史上第一次十分重要的成矿期。它以矿种多、成矿规模大、矿床类型复杂著称。比如中国就有大量这一阶段因古大陆裂解离散-造山而产生的矿产,构成了铁、铜、铅锌、金、硼、菱镁矿、滑石、金红石等矿床成矿带和成矿系列。

    6 “雪球地球事件”之后,温室效应导致地球变暖,元古宙进入尾声,显生宙拉开序幕

    记者:从您的讲述来看,早期地球虽然没有大量生物出现,但故事也是惊心动魄。

    沈保丰:的确非常精彩。

    17.8亿~8.5亿年是地球演化过程中相对稳定期,以硫化物发育的深海洋、疑源类的缓慢演化、哥伦比亚超大陆的解体和距今11亿~9 亿年罗迪尼亚超大陆的汇聚为主要特色。

    8.5亿~5.41亿年是地史中由隐生宙向显生宙过渡的重要阶段,也是生命演化最关键的时期。在这时期的开始阶段,即从7.7亿年开始,地球进入了元古宙第二次环境剧变阶段,广泛发生低纬度冰川,整个地球覆盖着冰雪,形成一个雪球,称为“雪球地球事件”。

    记者:“雪球地球”?连赤道也被冰雪覆盖吗?

    沈保丰:当然。全球年平均气温低达-50C°,海洋表面冰层达到1000米厚。整个地球成为一个雪球。

    这也是元古宙休伦冰期后的第二次全球冰雪时期。

    在新元古代中期,罗迪尼亚超大陆裂解。在这一时期,地球构造运动加强,广泛形成陆内裂谷,同时引起大规模风化剥蚀和沉积作用,使大气中CO2的消耗量大大超过火山喷发释放的CO2量,并出现“冰室效应”:全球气温迅速降低,首先在地球两极的海洋上形成冰盖,随着冰盖面积的扩大,冰面对阳光反射增大,加速了地球表面的气温下降,直至全球冰冻,形成“雪球地球”景观。

    不过,有一句话叫物极必反。由于温度极低,水文循环基本停滞,几乎没有降水作用,消耗CO2的化学循环基本停止。但同时,地球上的岩浆作用依然活跃,火山喷发释放出大量的CO2,且不断增加。经过上千万年的日积月累,大气中的CO2终于达到了一个足够高的浓度,便又产生了强大的温室效应。之后,地球迅速变暖,冰雪大片消融,最终出现了另一极端——解冻加速,一场酷热随之而来。

    随之而来的还有生物界的蓬勃孕育。6.35 亿年,埃迪卡拉纪开始,埃迪卡拉动物群首现,至5.41亿年寒武纪生物大爆发,元古宙结束,显生宙拉开序幕。

    7 元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期,中国至少有该时期形成的超大型矿床40余处

    记者:看来,中—新元古代是地球演化历史上最重大的变革时期之一,为之后地球成为丰富多彩的生物家园奠定了地质基础和气候基础。

    沈保丰:我今年83岁,是从1964年开始研究前寒武纪矿床。我想要告诉大家的是,地球演化和环境变化也与成矿作用息息相关。如,“雪球地球事件”为我国的华南地区留下了大量的铁矿、锰矿和磷矿,特别是锰和磷,规模很大,品位很高。

    记者:那么,我国前寒武纪矿床主要有哪些矿种?

    沈保丰:中国前寒武纪超大陆旋回与成矿作用关系十分密切,我们曾提出,中国前寒武纪大规模成矿作用的主要控制因素是大地构造背景和大型地质构造环境。我国前寒武纪有包括铁、铜、镍、锌、稀土、金、磷等矿种在内的14个矿种产出超大型和特大型矿床,其中超大型矿床40多处、特大型30多处。

    记者:有哪些是我们现在熟知的大矿?能举个例子吗?

    沈保丰:比如白云鄂博。

    记者:我们知道位于内蒙古的白云鄂博矿赋存着大量稀土,在我国乃至世界稀土工业占据举足轻重的地位。它也是在前寒武纪哪个阶段形成的?

    沈保丰:白云鄂博稀土、铌、铁矿床是我国中元古代一个世界级的巨型矿床。初期,我国开发白云鄂博是开采铁矿石,后来才发现并应用其中的稀土、铌等重要矿产资源。

    如果说中国稀土的资源储量约为世界稀土资源储量一半,其中白云鄂博稀土资源储量就能占到全国稀土资源储量的近九成。如今,人们已在矿区内已发现73种元素,构成160种矿物,有综合利用价值的矿产达26种,除稀土之外,铌、钍资源储量都占世界第二位。

    白云鄂博矿床有着复杂的形成历史。

    据研究,白云鄂博矿床有两次成矿期,是早期中元古代以铁-铌-稀土矿为主的岩浆型和晚期加里东期为铌—稀土矿热液叠加而形成的多成因、复合型的叠生矿床。

    在中元古代早期,大约17.5亿年左右,随着全球哥伦比亚超大陆的裂解,太古宙的华北陆块也开始裂解,形成白云鄂博裂谷,并在裂谷中沉积了白云鄂博地层及有关岩浆岩。在14亿~12亿年,这里火成碳酸岩呈岩床或似层状体和岩墙侵位。就在火成碳酸岩岩浆熔离过程中,形成了岩浆期的稀土—铌—铁矿床。这也是白云鄂博的主矿化期。

    在5亿年~4亿年加里东期,这里又叠加了一期构造热事件,形成了第二期稀土、铌热液矿脉。它们也是地壳深部物质部分熔融的产物。

    沈保丰:总的来说,前寒武纪中的元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期。除了白云鄂博超大型稀土—铌—铁矿床外,中国此时形成的知名矿床还有:内蒙古东升庙超大型硫铁—铅—锌矿床、甘肃金川超大型铜镍矿床、海南石碌超大型铁矿床、贵州松桃西溪堡(普觉)超大型锰矿床、贵州松桃道坨超大型锰矿床、贵州开阳超大型磷矿床、贵州瓮安超大型磷矿床、黑龙江柳毛超大型石墨矿床、黑龙江云山超大型石墨矿床等。

    记者:大自然的奥秘真是太多了。谢谢您为我们分享了一段有关早期地球的精彩故事。

    专家出镜

    沈保丰,研究员、博士生导师。1959年毕业于前苏联乌克兰顿涅茨克工业大学地质系,曾任原地矿部天津地质矿产研究所所长(现为天津地质调查中心)。50多年来,主要从事矿床、前寒武纪地质、区城成矿规律和成矿预测研究,专长前寒武纪成矿作用;先后发表论文100多篇,出版专著14部;曾获国家科技进步奖、省部级科技或果奖等多项,1992年起享受国务院特殊津贴等。

    回望前寒武纪

    为响应习近平总书记关于“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”的重要指示,“钦杭成矿带德兴—歙县地区地质矿产调查”二级项目所辖 “赣东北樟树墩—皖南蛇绿混杂岩带区域地质专题填图” 子项目于2018年1月9日在德兴市第一中学开展了“走近地质,了解地球”的地质科普宣讲活动。

    活动内容丰富多彩,分为四个环节。一是播放“大陆起源”纪录片,生动介绍了亚欧大陆的起源和板块运动。二是地学知识讲座,从地质学的诞生发展、地球圈层构造、动力地质作用、岩石矿物、地质资源与环境等方面图文并茂、通俗易懂地展示了地学之美。三是互动交流,项目组从典型矿物、岩石、地貌等方面准备了26块展板、50余块标本和110张图片供同学们观察和交流,同时让他们亲自操作偏光显微镜,感受微观的神奇。四是科普知识有奖问答,活动现场十分活跃。

    通过此次科普宣讲活动,激发了同学们对于自然科学的兴趣、丰富了同学们的课外生活,营造了学科学、爱科学的良好氛围。同时,有效提升了中国地质调查局南京地质调查中心的影响力和知名度。

    走近地质 了解地球