地球是目前太陽系已知唯一發(fā)育大規(guī)模長英質(zhì)陸殼的星球。盡管現(xiàn)今陸殼的生長主要發(fā)生在匯聚板塊邊緣，但在地球早期特別是太古宙時期主導陸殼形成的動力學機制還存在巨大爭議。由于太古宙早期陸殼巖石的有限，早期地球如何從初始古老陸核演化到成熟陸殼的詳細地質(zhì)過程仍缺乏系統(tǒng)性約束。
圍繞上述關鍵科學問題，吉林大學地球科學學院劉錦副教授與牛津大學Richard M. Palin教授、中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所Ross N. Mitchell研究員以及香港大學張健教授等國內(nèi)外學者開展合作研究，對華北克拉通吉南地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的白山湖古陸核開展了系統(tǒng)地研究工作并取得創(chuàng)新性認識（圖1）：
圖1 （a）華北克拉通前寒武紀基底和古老陸核分布圖；（b）華北克拉通鞍山–吉南地區(qū)太古宙基底地質(zhì)圖
1. 建立起吉南地區(qū)古陸核詳細的年代學格架，厘定出冥古宙–始太古代地殼演化歷史：基于詳細的鋯石U–Pb定年結果，研究團隊在吉南白山湖地區(qū)首次識別出一個經(jīng)歷了多期次巖漿活動改造（3.6–3.5 Ga、3.3–3.2 Ga、2.8–2.7 Ga、2.63 Ga和2.55–2.50 Ga）的古老陸核（圖2a）。鋯石Hf同位素揭示白山湖古陸核記錄了冥古宙–始太古代的地殼演化歷史 （圖2b）。結合全球主要克拉通鋯石Hf同位素統(tǒng)計結果，進一步揭示出冥古宙–始太古代早期存在的基性原始地殼（proto-crust）對地球最早期陸殼（如Slave、Yilgarn、Superior和華北等克拉通）的形成至關重要（圖2c）。
圖2 鋯石U–Pb定年和Hf–O同位素組成;（a）白山湖古陸核古–新太古代花崗質(zhì)巖石的鋯石U–Pb諧和圖；（b）~3.3 Ga二長花崗巖樣品22BS20-3中典型鋯石的CL圖像；（c）其它主要克拉通始–中太古代TTG巖石的鋯石εHf(t)值統(tǒng)計圖；（d）華北克拉通太古宙巖石的鋯石εHf(t)值統(tǒng)計圖；（e）鞍山、冀東和白山湖古陸核古老鋯石的初始176Hf/177Hf值統(tǒng)計圖；（f）全球太古宙鋯石δ18O值統(tǒng)計圖
2. 揭示出華北克拉通鞍山-吉南地區(qū)地殼結構分布特征及各古陸核親緣性：在太古宙基底的鋯石U–Pb年齡、鋯石εHf(t)值和鋯石模式年齡等值線圖中，古老陸核呈孤島狀被新太古代花崗綠巖帶圍繞的地殼結構特征（圖3），區(qū)別于與板塊俯沖相關的島弧帶的線性展布特征。華北克拉通鞍山、冀東及白山湖古陸核具有親緣性，它們經(jīng)歷了相似的始–中太古代巖漿活動。鋯石Hf同位素還指示三個古陸核的古老鋯石具有相似的TDM2模式年齡（4.2–3.8 Ga）和176Lu/177Hf比值（0.022）（圖2e）。
圖3 華北克拉通鞍山–吉南地區(qū)太古宙地殼結構特征；（a）鋯石U–Pb年齡等值線圖；（b）鋯石Hf模式年齡等值線圖；（c）鋯石εHf(t)值等值線圖
3. 提出地幔柱體制下多期次巖漿底辟事件導致華北克拉通古老陸核的生長與成熟化過程：（1）4.2–3.8 Ga基性原始地殼在3.8 Ga和3.6 Ga時發(fā)生部分熔融形成初始的鞍山–白山湖古陸核（圖4a）；（2）古–中太古代期間多次的基性巖漿底辟事件導致鞍山–白山湖古陸核的始–古太古代陸殼發(fā)生再造，形成具有一定規(guī)模的3.3–2.9 Ga富鉀花崗巖（圖4b）；（3）新太古代早期的巖漿底辟事件導致白山湖古陸核中2.72 Ga和2.63 Ga二長花崗巖的形成，并可能使得鞍山與白山湖古陸核的分離（圖4c）。新建立起的年代學格架與全球太古宙克拉通（例如，Eastern Pilbara、Yilgarn和Kaapvaal克拉通）具有明顯相似性，均記錄了地幔柱體制下多期次巖漿底辟作用主導古老克拉通的生長和成熟化的地質(zhì)過程。
圖4 華北克拉通始太古代–新太古代早期的構造演化模式圖
上述研究成果于2024年7月以“Archaean multi-stage magmatic underplating drove formation of continental nuclei in the North China Craton”為題發(fā)表于國際權威學術期刊《Nature Communications》。吉林大學地球科學學院劉錦副教授為論文第一作者，牛津大學Richard M. Palin教授為通訊作者，參與本項研究工作的還有中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所Ross N. Mitchell研究員、香港大學張健教授、吉林大學地球科學學院劉正宏教授和張洪祥博士研究生、長春工程學院李忠水教授以及中山大學程昌泉博士研究生。該成果由國家自然科學基金項目（42025204、42172212、42272224和U2244211）等聯(lián)合資助。研究詳細信息請參考原文。
Liu, J., Palin, R. M., Mitchell, R. N., Liu, Z. H., Zhang, J., Li, Z. S., Cheng, C. Q., Zhang, H. X., 2024. Archaean multi-stage magmatic underplating drove formation of continental nuclei in the North China Craton. Nature Communications, 15, 6231. https://doi.org/10.1038/s41467-024-50435-5
