前言

万渝生 刘福来 杨崇辉 杜利林

沈其韩院士是我国著名的地质学家，在变质岩石学、变质地质学和前寒武纪地质与矿产研究方面有很深的造诣，做出了重大贡献。沈先生实事求是、学风严谨、淡泊名利、提携后学，无论学术还是品格都堪称楷模，受人敬仰。值此先生百年华诞和从事地质工作八十周年之际，我们出版本专辑，以表达对先生的敬仰之情和感激之意，祝先生身体健康、生活愉快、家庭幸福。本专辑涉及到变质岩石学、变质地质学、前寒武纪地质研究及其他方面，可分为综述性和研究性两类论文。现就专辑内容简介如下。

1 综述性论文

在对克拉通、克拉通化、下地壳、下地壳剖面，下地壳过程、岩石圈、大陆岩石圈等定义和术语作详细论述的基础上，翟明国等(2021)对克拉通化的本质、太古宙与元古宙分界的意义、下地壳过程和作用方式(包括形成和破坏)、斜长岩在克拉通化过程中的作用、克拉通与造山带下地壳的差异、大陆岩石圈的形成演化等涉及地球早期历史及相关重要科学问题进行了全面系统的阐述和总结。讨论了华北克拉通的克拉通化过程及全球对比，强调克拉通化在地球演化历史上的重要性，称之为“最伟大的事件”。指出克拉通化过程的核心问题是下地壳的形成以及与地幔的耦合，下地壳在地球圈层中处于关键部位，是地热梯度、密度、刚性、塑性状态和粘滞度突变的结合部，是地壳与地幔的能量交换最活跃的部位。认为在克拉通化过程中斜长岩添加到下地壳底部可能是壳幔耦合之关键，基底熔融、岩浆底侵和下地壳拆沉是造成下地壳破坏的三种主要方式，尤以岩浆底侵作用最为重要。地壳分层是地球热体制发生重要变化的表现和必然结果。论述了华北克拉通新太古代末-古元古代初、中元古代-新元古代初和显生宙岩石圈的特点，指出新太古代末-古元古代早期和中元古代-新元古代早期是岩石圈演化的关键时期。作者强调，需多学科交叉，对岩石圈的形成和演化给予更多的关注，加强研究大陆地壳形成和克拉通化对大陆岩石圈形成的重要作用及对构造体制、地球环境和重大地质事件(如大氧化事件、雪球事件、生命大爆发)的影响。文中内容十分丰富，提出了许多独到精辟的见解，指出了今后进一步研究的方向。这是一篇十分重要的文献，对于岩石圈和前寒武纪地质学研究将起到重要的指导作用。

类地行星对比是了解地球早期形成演化历史的一个重要途径。陆松年和相振群(2021)介绍了近年来类地行星研究取得的进展及应用。由于增生、分异、撞击和放射性活动，足够大的硅酸盐类行星很可能经历过寿命不长的岩浆洋演化阶段；随着冷却和岩石圈增厚，在其生命期间还可能经历停滞盖(Stagnant lid)和板块构造的构造样式。停滞盖构造有三种主要形态：热管、滴状及柱状体、拆沉及上涌流。类地行星的主要构造类型是停滞盖构造，而板块构造却十分罕见。对于后者，水的存在最为关键。作者还重点介绍了地球冥古宙-太古宙板块运动启动的地质学证据和特点。

变质作用、岩浆作用中温度与压力(P-T)条件的确定是以矿物固溶体为基础的，自然离不开固溶体活度的计算。如果活度描述不准确，计算结果就会有不同程度的误差。石榴子石、黑云母和斜长石都是常见的固溶体矿物，在变质作用P-T计算中经常使用。吴春明和刘嘉惠(2021)以GB温度计和GASP压力计为例，系统评述和总结了这三种矿物的不同活度模型对温度计和压力计的影响。如果将它们同时作为理想固溶体，计算温度系统性偏低，计算压力明显偏高。如果统一采用非理想固溶体活度模型，尽管不同活度模型热力学参数存在较大差异，但它们却能够较好地再现实验结果，并都能识别递增变质带、倒转变质带、热接触变质晕中不同变质地带温度的系统变化。这说明，需要尽可能准确地描述矿物固溶体中不同离子的非理想混合性质及其活度。作者讨论了当前矿物活度模型的不足之处及发展方向，对矿物活度模型研究具有重要意义。

魏春景等(2021)对近年来麻粒岩研究进展进行了详细评述和总结。(1)麻粒岩的大地构造环境与P-T轨迹。麻粒岩可形成于碰撞造山带、地壳伸展区、岛弧或陆缘岩浆增生区和太古宙克拉通等四种大地构造环境，它们具有不同的P-T轨迹特征。(2)麻粒岩的进变质过程与流体行为。按照流体行为，把麻粒岩进变质过程划分为流体饱和、流体不饱和/或缺流体以及流体过饱和进变质过程等三种型式，具体分析了不同过程对部分熔融作用的影响和岩石结构特征，水化熔融可以导致残余物中富集角闪石和黑云母等含水矿物。(3)确定麻粒岩P-T条件的视剖面图方法。详细介绍了利用视剖面图分析麻粒岩变质条件的方法，强调岩相学观察确定的峰期组合和最终组合都可能受局部结构域控制，与滞留熔体的不均匀分布或原地分凝有关。(4)相平衡模拟时需要选择有效的全岩成分。就宏观尺度不均匀的结构域、微观尺度的结构域和叠加或退变质形成的结构域等三种情况，分别介绍了处理方法，文中还介绍了计算岩石中的水含量、O含量和各种矿物相含量的方法与注意事项。该工作对于麻粒岩及相关问题研究将起到重要的促进作用。

王潮和宋述光(2021)对富铁苦橄岩的研究进展进行了综述。富铁苦橄岩是一类特殊的高镁地幔来源岩浆岩，具有高的FeOT和MgO含量(分别为>14%和>12%)，富集不相容元素，具有轻重稀土强烈分异的稀土元素配分模式。富铁苦橄岩通常与科马提岩一起产出于绿岩带中，或产出于大火成岩省中，通常被认为对应了一个异常热且较深的地幔柱源区，是地幔柱作用产物。从源区化学成分、源区矿物组合、初始熔融深度、地幔源区的潜能温度和源区熔融程度等方面，作者讨论了富铁苦橄岩的铁富集特征及成因机制。以往认为深部地幔出现铁和不相容元素富集的时间约为2.7Ga，根据华北克拉通冀东地区3.45Ga富铁苦橄岩的发现，作者认为局部的富集可能在那时就已出现。

榴辉岩是洋陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要研究对象，榴辉岩部分熔融强烈影响了地壳增生、板片折返过程以及俯冲隧道中元素迁移分配等过程。刘帅奇和张贵宾(2021)对榴辉岩部分熔融过程中同位素体系分馏现象进行了综述。实验研究和理论计算表明，榴辉岩部分熔融过程中稳定同位素可产生显著分馏。在非平衡熔融过程中，熔体和源区的Sr-Nd-Hf-O同位素可发生解耦，导致二者同位素组成不均一。由于石榴石效应，榴辉岩部分熔融会造成Ca、Mg、Fe、Li等金属同位素的分馏。利用稳定同位素示踪榴辉岩熔体的物源区需考虑分馏作用的影响。

为了解华北克拉通中东部(包括中部带)新太古代晚期壳幔动力学体制与过程，刘树文等(2021)收集并整理了该区这一时期(ca. 2.6～2.49Ga)726个变质火山岩样品的地球化学资料，岩石类型包括超铁镁质岩石(～7%)，稀土未分异型玄武岩(～14%)，稀土分异型玄武岩(～27%)，玻安岩(～4%)，高镁安山岩(～12%)，低镁安山岩(～26%)和英安岩-流纹岩(～10%)，并详细分析了不同地区新太古代晚期表壳岩系岩石组合特征。结合华北克拉通中东部新太古代热状态和地壳厚度研究成果，作者认为，稀土未分异型和分异型玄武岩、高镁安山岩和玻安岩主要形成于俯冲板片流体、熔体和沉积物熔体交代地幔的部分熔融，而低镁安山岩、英安岩和其它长英质火山岩则大都经历了与俯冲相关初始岩浆的结晶分异或地壳物质熔融和地壳混染等过程。作者进一步指出，尽管地幔柱构造体制和板块构造-地幔柱联合作用机制在局部地区仍存在，但板块构造体制在新太古代晚期已经成为最重要的壳-幔动力学体制。

鄂尔多斯地块是华北克拉通西部的重要组成。由于中新元古代-中生代巨厚地层覆盖，鄂尔多斯地块基底性质和构造格架研究主要依靠钻孔资料和地球物理方法。张成立等(2021)对近十年来鄂尔多斯早前寒武纪变质基底取得的进展进行了评述和总结。根据鄂尔多斯基底岩石地球化学组成和地球物理特征，包括基底钻孔岩芯岩石组合、花岗片麻岩的锆石U-Pb年龄、Hf同位素和全岩Nd同位素组成以及航磁异常和地壳速度结构，作者确定大同-华池断裂带断裂南缘存在一条古元古代花岗岩浆活动(2.2～2.0Ga)和变质作用改造(1.96～1.85Ga)的构造活动带，为变质基底的一条重要分界带。北部变质基底主要由变质碎屑沉积岩、大理岩和花岗片麻岩类构成，经历了新太古代晚期和古元古代中期岩浆活动及古元古代晚期变质作用改造，与华北克拉通北缘孔兹岩带相似；南部变质基底主要由新太古代陆壳组成，存在一定规模中太古代和少量古太古代陆壳物质，与华北克拉通南部古陆块类似。该研究深化了鄂尔多斯地块前寒武纪变质基底的认识。

结合新的研究资料，张建新等(2021)对祁连-阿尔金-昆仑早古生代造山系中的前寒武纪微陆块研究进展及相关问题进行了评述和总结。(1)它们普遍遭受早古生代造山事件的改造和再活化；(2)仅仅欧龙布鲁克地块保存有早前寒武纪变质基底，它们与华北克拉通(特别是阿拉善地块)和塔里木克拉通具有相似的岩石组合和年代格架；(3)晚中元古代到新元古代，所有的前寒武纪微陆块与华南陆块和塔里木陆块具有更强的亲缘性；(4)青藏高原北缘早古生代造山系中的大部分前寒武纪微陆块可能在罗迪尼亚超大陆解体时已从冈瓦纳大陆北部分离，而柴达木地块记录了泛非期造山作用的构造热事件，可能在泛非造山期(530Ma)以后才从冈瓦纳大陆分开；(5)在青藏高原东北部，新元古代晚期-早古生代不存在统一的原特提斯洋，原特提斯洋的打开是穿时的。该研究对了解青藏高原东北缘超大陆聚散、原特提斯体系洋陆格局和造山类型及机制都具有重要意义。

近年来海南岛地质研究的一个重要进展是其东北部木栏头地区石炭纪榴辉岩(海南榴辉岩)的发现。刘晓春等(2021)对榴辉岩的基本特征进行了总结。(1)它们可能是一个巨型单体榴辉岩，总面积约1.8km2；(2)榴辉岩主体具有洋中脊玄武岩(N-MORB)属性，少数具有富集洋中脊玄武岩(E-MORB)和火山弧玄武岩(VAB)属性，均来自于亏损软流圈地幔；(3)榴辉岩经历了顺时针变质演化，从绿帘角闪岩相(620～680℃、0.87～1.11GPa)、榴辉岩相/榴辉岩-高压麻粒岩过渡相(820～860℃、1.70～1.82GPa)、角闪岩相(700～730℃、0.71～0.85GPa)到绿片岩相；(4)榴辉岩原岩形成于355Ma之前，进变质和峰期-退变质的时代分别约为340～330Ma和310～300Ma，冷却至金红石U-Pb体系封闭温度的年龄为292±6Ma。在此基础上，作者对海南榴辉岩研究中存在的重要科学问题及进一步研究方向进行了深入解剖，包括：榴辉岩是榴辉岩相岩石还是榴辉岩-高压麻粒岩过渡相岩石？东、西古特提斯构造域的早期演化有无相似之处？海南榴辉岩的发现及进一步深入研究对于重建海南岛早古生代地质演化历史和全球古特提斯构造带早期演化带来了新的重要契机。

平南盆地位于朝鲜半岛中部，沉积时代跨度超过1.0Gyr，面积～25000km2，沉积物厚度累计高达15km。在补充部分地层缺失资料基础上，彭澎等(2021)对平南盆地不同时代地层的岩石组合和形成年龄、碎屑锆石年龄分布、碳酸盐岩碳同位素组成进行了系统评述和总结，探讨了盆地形成演化过程、与华北东部徐淮-大连盆地关系、碎屑沉积岩物源区特征和碳同位素负漂移的地质意义。沉积地层从下至上被划分为黄海群(1.3～1.2Ga)、祥原超群下部(直岘群，1.00～0.95Ga)、祥原超群上部(自下而上包括祠堂隅群、默川群和灭岳山群等，0.95～0.90Ga)、燕滩群(0.70～0.54Ga)、黄州超群(包括下部黄州群和上部法洞群，0.52～0.46Ga)和平安超群( 0.30～0.20Ga)等构造层序。平南盆地南部还发育临津群(0.42～0.35Ga)，与其他岩系呈构造关系。作者认为物源区变化指示了古地理格局的变化，在新元古代早期，华北克拉通可能曾与某个发育1.6～1.5Ga和1.2～1.1Ga岩浆作用的板块或者岩浆弧近/远邻，碳同位素多次负漂移则是对长期多次裂解事件的响应。该研究不仅进一步深化了平南盆地本身形成演化的认识，对中国东部中元古代晚期以来的构造格局的建立也具有重要意义。

前寒武纪条带状铁建造(BIF)是世界铁矿资源的重要类型。铁建造从太古宙-古元古代的海洋环境中沉积，又在其后直至中生代的漫长地质历史演化过程中经历了铁矿石的品位由低到高转化的地质过程。李旭平和陈妍蓉(2021)阐述了前寒武纪海洋铁的来源及沉积机制、铁在水体中的物态及其运移机制，在缺氧条件下溶解在洋盆中二价铁的氧化过程以及变质作用对BIF铁建造成矿作用的影响等，从多方面探讨了太古宙-古元古代BIF铁矿床的沉积成因特征和变质富集成矿过程。BIF铁建造的成矿过程与大氧化事件、造山事件在时间和空间上、从绿片岩相到角闪岩相变质作用过程都存在广泛的联系。硅铁建造在太古宙-古元古代的沉积盆地中形成后, 在元古代造山事件中发生变质变形，并将原岩铁英岩转化为品位较高的BIF铁矿石，又通过后期风化改造的表生过程进一步提高矿石的品位。

七十年前新中国成立，百废待兴，中国地质事业也迎来了蓬勃发展的新开端，原有地质机构和人员均有很大的调整和变动。由于年代久远及体制原因，特别是当事人大都驾鹤远去，现今对新中国初期主要地质机构的演变与人员的流动情况并不那么清晰。要重拾那段历史，其难度可想而知。在查阅大量历史档案和走访健在老专家的基础上，以中国科学院地质研究所成立为主线，吴福元(2021)详细梳理了1950年代早期中国主要地质科研机构变迁与人员分流的历史，包括民国时期三大地质机构(中央研究院地质研究所、经济部中央地质调查所和国民政府资源委员会矿产测勘处)与后来的中国科学院地质研究所和古生物研究所以及地质部之间复杂的机构承续、核心队伍的流向、重要负责人的变更任命等内容。该文信息量很大，不同资料相互印证，更为难得是文中引用了大量档案史料，澄清了一些历史问题，破解了一些悬疑之谜，是一篇重要的科技史文献。这篇文章不仅具有重要的史料价值，还使读者感受到，新中国成立之初，百业待兴之际，老一辈地质学家服从国家需要，听从国家调派，以建设祖国为己任的高尚情怀。缅怀前贤，激励后进。

2 研究性论文

石强等(2021)对孔孔兹岩带中段大青山地区新太古代晚期-古元古代早期石榴石花岗岩进行了研究。石榴花岗岩空间上与新太古代晚期大青山表壳岩(主要为石榴黑云片麻岩)共生。宏观上岩性变化大，包括石榴闪长岩、石榴石英闪长岩和石榴花岗闪长岩等不同岩石类型。野外地质、岩相学和地球化学研究表明石榴石花岗岩与大青山表壳岩具有物源上的继承关系。作者认为，石榴石花岗岩为原地-半原地深熔花岗岩，其形成与区内新太古代晚期水平顺层滑脱变形有关。

王芳等(2021)对冀北赤城北独石口地区红旗营子杂岩中新发现的古元古代变辉长闪长岩进行了地球化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究。变辉长闪长岩为拉斑系列岩石，富集轻稀土元素和大离子亲石元素，亏损Nb、Ta等高场强元素。2个样品的岩浆锆石年龄分别为1808±18Ma和1825±18Ma，锆石εHf(t)值和tDM分别为-5.4～+0.1和2236～2418Ma。作者认为，变辉长闪长岩代表了壳-幔相互作用产物，其形成与华北克拉通古元古代造山带去根作用所导致的区域抬升(伸展)有关。

王惠初等(2021)对胶北地区祥山和于埠变质辉长岩进行了锆石定年和地球化学研究。辉长岩侵入古元古代荆山群，产出“祥山式”岩浆熔离型铁矿。祥山变质辉长岩未获得岩浆锆石年龄，变质锆石年龄为1851±9Ma；于埠变质辉长岩的岩浆锆石和变质锆石年龄分别为2052±23Ma和1834±5Ma。与变质辉长岩伴生的变质斜长花岗岩具有类似的变质锆石年龄。于埠变质辉长岩的岩浆锆石εHf(t)值和tDM分别为+1.87～+3.64和2.29～2.38Ga。变质辉长岩属碱性系列岩石，大离子亲石元素富集，具轻稀土富集稀土模式。斜长花岗岩与大洋斜长花岗岩组成类似，低K、Ti、Sr，高Na、Yb。研究表明，辉长岩来自古元古代中期亏损地幔，属于层状侵入体类型，形成于伸展构造背景。结合前人研究成果，作者认为，可把胶-辽-吉活动带的形成演化过程划分为两个阶段，早期为大陆裂解-稳定陆缘演化阶段(2.2～2.0Ga)，晚期为俯冲-碰撞造山阶段(2.0～1.85Ga)。

张健等(2021)对华北克拉通平谷-蓟县地区团山子组和大红峪组钾质火山岩进行了SHRIMP U-Pb锆石定年，4个样品的岩浆锆石年龄为1605～1634Ma。侵入串岭沟组的钠质岩脉的年龄为～1625Ma(张健等，2015)。钾质火山岩和同时代(～1625Ma)钠质岩脉(张健等，2015)具有类似的锆石Hf-O同位素组成：εHf(t)=-2～+4，δ18O=4.5‰～7.7‰。作者认为，这些碱性岩浆岩来自相同的富集地幔，钾质火山岩物源区叠加了高δ18O富钾物质交代作用。结合前人工作，华北克拉通中-新元古代岩浆事件是伸展环境的产物，锆石Hf同位素组成在～1.32Ga由富集到亏损的突变，暗示岩石圈地幔遭受强烈交代改造作用。

本专辑的出版得到了翟明国院士的大力支持，编辑部付出了辛勤工作。以下专家学者评审了本专辑论文：陈意、陈伊翔、杜利林、耿元生、郭敬辉、郭顺、侯泉林、胡健民、李怀坤、李锦轶、李忠、刘超辉、刘传周、刘福来、刘平华、李三忠、刘树文、刘玉琳、潘桂棠、彭澎、任留东、仝来喜、万渝生、王惠初、王伟(中国地质大学(武汉))、王孝磊、王伟(中国地质科学院地质力学研究所)、魏春景、向华、杨崇辉、尹常青、曾令森、翟庆国、张传林、张贵宾、张健、张建新、张世红、赵磊、周晓成、周艳艳。在此表示衷心感谢。