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　　該重大研究計劃項目負責(zé)人孟慶任（左一）、專家組副組長張國偉（中）與專家組組長朱日祥在華北克拉通考察。
　　編者按　　
　　克拉通（源于希臘語Kratons，意為“強度”）是地球上最古老的大陸地塊，缺乏明顯的火山活動和大地震，傳統(tǒng)上被認為是穩(wěn)定的。然而，位于我國境內(nèi)的華北克拉通卻并非如此，其形成于18億年前，此后進入長期穩(wěn)定的演化階段，直到2億年前，華北克拉通東部發(fā)生了大規(guī)模的火山活動和大地震，喪失了原有的穩(wěn)定性?？死槭裁磿シ€(wěn)定性？這是經(jīng)典板塊構(gòu)造理論無法解釋的地質(zhì)現(xiàn)象。針對這一難題，國家自然科學(xué)基金委員會2007年啟動了“華北克拉通破壞”重大研究計劃?！　?br/>　　該重大研究計劃以“克拉通”為核心科學(xué)問題，以觀測和實驗獲取原始資料為先導(dǎo)，以地質(zhì)構(gòu)造、地球物理、巖石地化、實驗?zāi)M、資源環(huán)境災(zāi)害、學(xué)科集成和戰(zhàn)略研究為布局，對華北克拉通開展了地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)多學(xué)科綜合研究。中國科學(xué)家認識到大規(guī)模的巖漿活動和構(gòu)造變形只是華北克拉通演化過程中的表現(xiàn)形式，其實質(zhì)是深部巖石圈的物質(zhì)組成與物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致克拉通固有的穩(wěn)定性遭到破壞，由此提出了“克拉通破壞”新概念。同時，他們在揭示華北克拉通破壞的時空范圍和動力學(xué)機制的基礎(chǔ)上，建立了“克拉通破壞”理論體系，使華北克拉通破壞成為全球研究熱點，提升了我國固體地球科學(xué)研究的國際地位。　　
　　本期基金版將總結(jié)該重大研究計劃取得的經(jīng)驗和突破性進展。
　　解決百年難題
　　大陸是人類生存和資源能源供給的主要場所，認識大陸演化不僅是地學(xué)最基本的科學(xué)問題，更是解決人類生存與發(fā)展的根本所在。
　　幾十年來，人們對大陸的認識逐漸深入。上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的板塊構(gòu)造理論是當(dāng)今地球科學(xué)的基石，它是在“大陸漂移說”和“海底擴張說”的基礎(chǔ)上提出來的，將人類的視野從局部拓展到全球。
　　板塊構(gòu)造理論成功地解釋了大洋板塊的形成與消亡、大陸漂移以及板塊邊緣為何會發(fā)生地震、巖漿活動和地殼變形等相關(guān)問題，卻無法解釋大陸內(nèi)部發(fā)生的一系列地質(zhì)現(xiàn)象。大陸由造山帶與克拉通組成，其中克拉通占大陸表面積的50%以上，保存了地球上最完整的地質(zhì)記錄。因此，要充分了解大陸內(nèi)部的地質(zhì)現(xiàn)象，則必須從克拉通入手。
　　與全球其他克拉通相比，位于我國境內(nèi)的華北克拉通有獨特的性質(zhì)，吸引了全球地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注——它失去了穩(wěn)定性，這被視為全球重大地質(zhì)事件之一。
　　中科院院士、中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員朱日祥向《中國科學(xué)報》記者介紹，除了少數(shù)來自地球深部的巖漿活動外，克拉通基本不發(fā)生巖石圈或地殼內(nèi)部的構(gòu)造變形、大規(guī)模巖漿活動和大地震。
　　然而，華北克拉通中生代以來不僅發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造變形和巖漿活動，還發(fā)生了一系列大地震，如1966年邢臺地震、1975年海城地震、1976年唐山地震等。
　　早在20世紀(jì)初，地質(zhì)學(xué)家翁文灝根據(jù)我國東部晚中生代構(gòu)造—巖漿活動情況，提出了“燕山運動”的概念。隨后，地質(zhì)學(xué)家陳國達提出了“地臺活化”的觀點。到上世紀(jì)90年代，中外學(xué)者基于對前人資料的研究發(fā)現(xiàn)，華北克拉通東部巖石圈厚度減薄了100多公里，從而提出“巖石圈減薄”或“去根”的概念。
　　多年來，盡管眾多地球科學(xué)家圍繞華北克拉通開展了多項研究，但華北克拉通穩(wěn)定性喪失的時空范圍和動力學(xué)機制一直是困擾地球科學(xué)家的難題。
　　為了解決這一難題，國家自然科學(xué)基金委員會（以下簡稱自然科學(xué)基金委）于2007年啟動了“華北克拉通破壞”重大研究計劃。歷時十年，2018年1月2日，在項目結(jié)題驗收會上，作為該重大研究計劃指導(dǎo)專家組組長的朱日祥報告了項目取得的主要進展：西太平洋板塊俯沖引起華北克拉通地幔不穩(wěn)定流動與減壓熔融，俯沖板塊回轉(zhuǎn)與俯沖帶后撤導(dǎo)致巖石圈強烈伸展，從而使華北克拉通喪失了原有的穩(wěn)定性，于1.25億年前集中爆發(fā)了標(biāo)志性的巖漿活動。
　　“地球科學(xué)家不倦探索近百年的謎題終于解開?！敝烊障楸硎?。
　　產(chǎn)生于中國大地的新理論
　　作為一項科學(xué)探索，“華北克拉通破壞”研究計劃的核心科學(xué)問題是華北克拉通破壞，其最終目標(biāo)并不局限在華北克拉通本身。據(jù)朱日祥介紹，該重大研究計劃立項之初就將“提升人類對大陸形成與演化的認知水平”，寫進了“總體目標(biāo)”之列。
　　根據(jù)地球科學(xué)學(xué)科的特點，科學(xué)家在細致周密的頂層設(shè)計下啟動聯(lián)合攻關(guān)。制定實施思路時，專家組提出三個階段的總體戰(zhàn)略部署。
　　其中，第一階段的工作為獲取觀測和實驗數(shù)據(jù)。在觀測和實驗中，如何保證數(shù)據(jù)質(zhì)量成為科學(xué)家最關(guān)心的問題?！盀榇?，我們專家組進行了全程跟蹤，為了促進不同項目共同研究和相互驗證，專家組成員定期檢查，統(tǒng)一觀測、統(tǒng)一實驗標(biāo)準(zhǔn)?！敝烊障楸硎?。
　　完成第一階段的獲取觀測和實驗數(shù)據(jù)后，華北克拉通破壞時空范圍的問題得以解決。
　　此后，科學(xué)家在第二階段完成了華北克拉通破壞歷史、破壞方式與機制以及克拉通破壞與資源能源的相關(guān)性等問題的探索。
　　第三階段為集成升華階段，科學(xué)家們在揭開華北克拉通破壞之謎的同時，進一步總結(jié)出全球克拉通演化的規(guī)律。
　　“通過全球?qū)Ρ妊芯堪l(fā)現(xiàn)，大洋板塊俯沖、回轉(zhuǎn)、在地幔過渡帶滯留是導(dǎo)致克拉通破壞的普遍機制?！敝烊障樵诮Y(jié)題會議報告中指出。例如，位于北美洲的懷俄明克拉通受到東太平洋板塊俯沖而發(fā)生局部破壞，位于非洲的卡普瓦爾克拉通因沒有板塊俯沖而未被破壞。
　　基于上述發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)家提出了“克拉通破壞”的新理論——巖石圈地幔物質(zhì)組成與物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。這一認識揭示了華北克拉通穩(wěn)定性喪失的本質(zhì)和科學(xué)內(nèi)涵，改變了古老克拉通“一成不變”的傳統(tǒng)觀念。
　　在該重大研究計劃支持下，參與科研人員獲國家自然科學(xué)獎和科技進步獎二等獎共6項。該重大研究計劃的實施，使“華北克拉通破壞”成為全球大陸演化與動力學(xué)研究的熱點，中國科學(xué)家在此領(lǐng)域發(fā)揮了引領(lǐng)作用，顯著提升了我國固體地球科學(xué)研究的國際學(xué)術(shù)地位。
　　在湯森路透—中科院聯(lián)合發(fā)布的《2014研究前沿》和《2015研究前沿》中，“克拉通破壞”連續(xù)兩年均為全球地學(xué)領(lǐng)域十大熱點。國際同行認為，這一由中國科學(xué)家提出、在中國大地上產(chǎn)生的新概念、新理論對于發(fā)展板塊構(gòu)造理論、完善大陸形成與演化理論體系具有重要意義。
　　引領(lǐng)世界的研究方法
　　據(jù)統(tǒng)計，該重大研究計劃設(shè)立了33個地質(zhì)、地球物理和巖石地化類項目，持續(xù)在華北克拉通及鄰區(qū)全面開展地質(zhì)考察、巖石采樣和地球化學(xué)實驗及深部結(jié)構(gòu)探測。
　　朱日祥表示，鑒于克拉通的演化受控于地球內(nèi)部狀態(tài)的變化，因此需要對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)有整體的了解，而密集流動地震臺陣探測是解決這一問題的有效途徑。
　　為此，科學(xué)家們布設(shè)了8條流動地震觀測剖面，全長6500公里，觀測臺間距10~15公里。這是一項前所未有的大規(guī)模深部探測工程。
　　通過這項觀測，研究團隊首次獲得了華北克拉通巖石圈高分辨結(jié)構(gòu)信息，確定了華北克拉通東部巖石圈薄、地殼改造強烈，是克拉通破壞區(qū)。華北克拉通西部巖石圈厚、無明顯地殼改造，屬于穩(wěn)定區(qū)。華北克拉通中部具有過渡性的巖石圈結(jié)構(gòu)，即改造區(qū)。
　　為了探討華北克拉通破壞的過程和時空變化規(guī)律，科學(xué)家采用了原創(chuàng)性的原位微區(qū)同位素分析和測年技術(shù)。這些新方法幫助中國科學(xué)家確定了華北克拉通破壞的峰期時間為1.25億年前。同時，上述新方法的采用吸引了歐美等發(fā)達國家的科學(xué)家開展合作研究，開啟了西方科學(xué)家學(xué)習(xí)、應(yīng)用“中國方法”的新時代。
　　強調(diào)多學(xué)科交叉
　　強調(diào)學(xué)科交叉也是該重大研究計劃的特點之一。該重大研究計劃的管理工作組由自然科學(xué)基金委地球科學(xué)部、數(shù)理科學(xué)部和信息科學(xué)部共同組成，同時充分信任指導(dǎo)專家組，保障研究計劃的順利實施。
　　同時，在項目布局上，該重大研究計劃啟動之初，便安排了不同學(xué)科的研究項目。其中地球物理類研究項目13項，巖石學(xué)與地球化學(xué)類研究項目17項，地質(zhì)類研究項目19項（包括構(gòu)造地質(zhì)類8項和資源環(huán)境災(zāi)害類11項），實驗與模擬類項目7項。
　　在上述項目布局的引導(dǎo)下，該重大研究計劃實現(xiàn)了由多學(xué)科科學(xué)家共同承擔(dān)，依靠多學(xué)科交叉綜合研究與聯(lián)合攻關(guān)解決核心科學(xué)問題。
　　在工作機制上，該重大研究計劃每年召開全國規(guī)模的學(xué)術(shù)交流會議，由在研的項目組報告最新研究結(jié)果，項目負責(zé)人與來自地質(zhì)、地球物理、巖石和地球化學(xué)等不同專業(yè)的研究人員共同探討，充分發(fā)揮多學(xué)科綜合研究優(yōu)勢。朱日祥表示：“每次會議都有20多位科研人員作學(xué)術(shù)報告，300多人與會，學(xué)術(shù)氣氛十分活躍。會上的信息和爭論被帶入后續(xù)研究工作，有效推進了學(xué)科融合?！?br/>　　一支高水平的研究隊伍正是在學(xué)科交叉中成長起來。科研人員的研究視角不再局限于地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等單一學(xué)科，一批具有國際影響力的杰出科學(xué)家和進入國際科學(xué)前沿的創(chuàng)新團隊在該重大研究計劃實施過程中涌現(xiàn)出來。
　　據(jù)不完全統(tǒng)計，該重大研究計劃項目參加者中，目前進入美國科學(xué)信息研究所（ISI）ESI地學(xué)高引用率（被引用次數(shù)超過1000）的科學(xué)家共32人，其中20人進入全球前1000名。參加該重大研究計劃的自然科學(xué)基金委優(yōu)秀創(chuàng)新研究群體有6個。獲得國家杰出青年科學(xué)基金項目資助的27人中，有17人是在承擔(dān)項目期間或之后獲得資助。研究計劃實施期間，有6位項目負責(zé)人當(dāng)選中國科學(xué)院院士。
　　總之，該重大研究計劃不僅培養(yǎng)了活躍于國際地球科學(xué)前沿的科研隊伍，而且取得了一批具有重大創(chuàng)新的研究成果。“克拉通破壞”理論體系是中國近年最具國際影響的固體地球科學(xué)研究成果，為中國地球科學(xué)家走向全球起到引領(lǐng)作用。
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2018-09-25 第4版 基金)