科技部重点研发计划“变革性技术关键科学问题”

--揭示三维岩石圈物质架构的理论方法体系

研究背景：

岩石圈深部探测与研究是固体地球科学的重要前沿。以往，深部探测主要依赖地球物理和极少量钻探，欠缺深部物质及演变的探究。因此，亟需构建区域性系统的深部物质研究的方法体系，以揭示不同类型岩石圈构造单元深部物质组成架构的特点。

研究目标：

针对岩石圈深部物质组成架构探究缺乏理论方法这一问题，通过“岩石探针”及岩浆岩多元同位素示踪与区域填图，并与地球物理探测、实验模拟结果对比，构建以“岩石探针”与同位素填图为核心的揭示三维岩石圈物质组成架构的理论方法体系，为探明深部物质组成架构提供技术支撑。

研究内容：

（1）探索深部物质示踪新方法。探索构建Mg、Fe、Ti、Zn等新兴同位素示踪深部物质组成与循环的方法体系；探索应用岩浆岩捕获锆石信息填图示踪深部物质架构的新方法。

（2）确定多元同位素方法示踪结果及参数的关联性及其影响因素。研究全岩Sr、Nd、Pb和锆石Hf、O等同位素示踪结果及参数的相互对应关系及影响因素，共同约束深部物质组成特征。

（3）“岩石探针”研究及区域同位素填图。选择典型构造单元，开展区域性同位素填图，揭示深部物质组成架构。

（4）物质示踪与地球物理、实验模拟结果对标。开展区域深部物质架构示踪与地球物理探测、实验模拟的对比研究，探索其对应关系，联合反演深部物质组成架构。

（5）综合集成，构建理论方法体系。形成以“岩石探针”与同位素填图为核心的多方法联合示踪深部物质组成架构的理论方法体系。

关键科学问题：

（1）Nd、Hf等多元同位素方法示踪结果及参数的相互关系；

（2）区域同位素填图示踪结果与地球物理探测、实验模拟结果的对应关系；

（3）多学科、多手段共同揭示深部物质架构的内在规律。

关键技术：

（1）“岩石探针”深部物质示踪技术；（2）岩石圈区域多元同位素填图技术。

技术路线：拟选择三类代表性大地构造单元的典型地区，即增生造山带（中亚显生宙增生造山带）的典型地区、碰撞造山带（青藏碰撞造山带）的典型地区和古老克拉通（华北、扬子克拉通）稳定、破坏、再造区，分别研究示踪年轻地壳发育区、新生与古老地壳共存区及古老地壳区岩石圈深部物质组成架构的技术方法，并探索研究深部物质示踪新方法。在此基础上，对比研究物质示踪结果与地球物理探测和实验模拟结果，构建揭示三维岩石圈物质架构的理论方法体系。

研究基础和团队：申报团队来自6个单位（2个项目/课题牵头单位）、3个国家重点实验室、1个国家级科技基础条件平台、4个省部级重点实验室、1个基金委创新群体和1个科技部创新团队，共70余人，主要以相关专业的青年人员组成，其中，1名“百千万人才”、2名“优青”、1名“青年千人”等人才。

团队成员在相关领域和地区，已开展探索研究，取得初步成果，如开展了Nd、Hf同位素填图，探索了深部物质示踪的新方法。在Nature Communications、Geology、EPSL、ESR、Lithos等杂志发表论文60余篇。团队人员获得国家科技奖3项、省部级奖16项。

预期成果和效益：建立岩浆岩全岩Sr、Nd、Pb及锆石Hf、O等不同同位素方法示踪结果的关联性指标；构建Mg、Fe、Ti、Zn等新兴同位素示踪深部物质与循环的方法体系；确定区域深部物质组成架构示踪结果与地球物理探测、实验模拟结果的对应指标；构建探究岩石圈三维物质组成架构的理论方法体系。

该方法体系的建立有望实现地球深部物质探究方法的变革性转变，改变长期以来地球深部探测研究缺少物质组成架构研究的现状，实现岩石圈地球物理结构探测与深部物质探测的有机结合，推动地球深部研究，具有重大科学意义。