大陆演化与花岗岩研究的变革

       20世纪60年代兴起的板块理论，阐明了作为洋壳标志的玄武岩类岩石的形和消亡过程，以及这一过程所引起的动力学效应引起了地球科学的革命。但是，板块构造理论未能解决大陆的形成演化问题。从20世纪90年代起，大陆的形成演化在欧美以及中国的地球科学战略规划中，都被作为核心和前沿领域提出，但至今未取得显著突破。究其原因，大陆问题的核心并非陆块在球面上的位置和形态变化，而是大陆本身——大陆是怎样形成的？没有大陆，就无所谓大陆离裂、漂移和碰撞问题。作为大陆标志并组成了大陆地壳重要部分的花岗岩，是大陆形成演化的直接产物。只有查清这部分岩石的成因，才有可能真正理解大陆的形成演化规律。花岗岩问题是当代大陆地质学乃至整个固体地球科学前沿研究的最大挑战，同时也是板块理论之后固体地球科学发展的最大机遇。

一般的岩石学研究方法，例如岩浆构造环境的地球化学判别，岩浆分异与混合等对于花岗岩研究都有极大的不适应性。只有研究思维创新，才有可能带来科学理论的创新。文章讨论了三个重要的科学问题：

▌太古宙TTG与大陆的形成

地球是迄今已知的唯一有花岗岩的星球。与地球孪生的月球也具有壳幔核结构。月壳表层主要为玄武岩和斜长岩，其下为辉长岩，辉长岩之下的上月幔主要为纯橄岩。已获得的月球岩石的最老年龄为约为45亿年。与月陆的岩石不同，地球最早的陆壳岩石是一类富钠的花岗岩类岩石，简称TTG。目前获得的最古老的来自TTG的锆石年龄为4.4Ga，最古老TTG岩石年龄为4.1Ga，稍晚于最老的月壳岩石年龄（4.5Ga）。大规模的TTG岩石不可能来自星球早期岩浆海的结晶分异，也不可能从地幔橄榄岩类岩石直接熔出，故一种可能是太古宙的TTG源于玄武质初始地壳的再次熔融。另一种假说是认为地球在太古宙已存在以绿岩带为代表的古老洋壳，其熔融或经过高级变质产生了以TTG为代表的陆壳。该假说的困难是，绿岩带与现代洋壳存在结构和成分上的巨大差异，且在绿岩带中至今未找到被公认的残留洋壳，TTG中也未找到代表洋壳熔融的残留物。目前地球上发现的最古老的物质和岩石都是TTG质的。先有洋壳还是先有陆壳？玄武质岩石是如何部分熔融的，依旧是未解之谜。

▌显生宙花岗岩与大陆演化

显生宙大陆演化主要表现在两个方面：一是大陆的横向增生，二是大陆的垂向分异，两者可能均与板块活动或地幔柱构造有关。洋盆关闭导致陆缘或陆间造山带的形成，是显生宙大陆增长的基本形式。新陆壳形成的标志是伴随着造山作用而产生大量的花岗岩。换言之，大陆地壳增长的同时，伴随着大量的岩浆活动，所以显生宙不同时期的造山带同时也是相应时期花岗岩带的展布区。除此之外，大陆内部特有大量花岗岩形成，并伴随着强烈的地壳再熔融。理解中国东部中生代独特的大规模陆内变形和强烈岩浆作用的时空分布与演变过程，是认识大陆再造地球动力学机制的关键。它表现为陈国达先生所揭示的“大陆活化”，改变了大陆壳层结构，改变了大陆的热结构。什么原因造成岩石圈某些部位的岩石发生熔融，从而生成大规模的花岗质岩浆？大规模花岗质岩浆上升到地壳浅部对大陆地壳重组、变形和地表环境产生何种影响？海量花岗岩浆在地壳中的存在是“热地壳”的原因还是结果？巨大岩基的空间问题以及中下地壳的结构与成分等？详细解剖大花岗岩基是大陆构造研究的突破口。 

▌大陆花岗岩与大陆成矿作用

大陆形成演化的本质是大陆花岗岩的形成演化，而花岗岩的形成演化过程通常伴随成矿元素的活化、迁移与富集。大规模的岩浆活动必然导致巨量金属成矿元素的堆积。因此，研究花岗岩与成矿作用的关系对于我国国民经济建设长期可持续发展的资源保障具有重大意义。人类开采利用的固体矿产资源中90%以上来自大陆地壳，如钨、锡、金、铜、钼、铌、钽、稀土等重要资源主要与花岗岩有关。这些矿床的成矿元素来自花岗岩本身还是来自其围岩和源岩？为什么花岗岩的形成过程可以导致这些在地壳中高度分散的元素聚集堆积？大规模岩浆活动与大规模成矿作用有关已是不争的事实，但原因是什么？成岩与成矿是什么关系？岩浆、流体与成矿之间是什么关系？这些都是花岗岩与成矿关系研究中争论颇多和难以完满解释的问题，也是今后研究中需要特别关注的问题。