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李曙光--中国科学院院士
    

    李曙光,地球化学家,1941年出生于陕西咸阳, 1965年毕业于中国科学技术大学近代化学系地球化学专业,毕业后留校任教至今。1983-1986年在美国麻省理工学院地球与行星科学系访问进修。回国后在科大继续从事教学和科研工作,先后任副教授,教授,主要从事痕量元素地球化学教学及同位素年代学及地球化学研究。1994-2003年曾4次赴德国马普化学所宇宙化学研究室和地球化学研究室,1次赴香港大学地质系做访问学者,进行合作研究。 2003年被选为中国科学院院士。现兼任中国科学技术大学校学位委员会副主任,中国科学技术大学“中国科学院壳幔物质与环境重点实验室”学术委员会主任,和北京大学“教育部造山带与地壳演化重点实验室” 学术委员会主任,国家自然科学基金委员会监督委员会委员。
     李曙光早年曾从事富铁矿床地球化学研究。寻找富铁矿曾是我国当时(1976-1080年)提出的一项战略任务。李曙光当时任中国科学院鞍(山)-本(溪)队黑富矿研究组长。弓长岭矿床是我国最大的富磁铁矿床,矿山急需要在该区寻找深部矿体扩大储量。李曙光应用“趋势面分析”多元统计方法成功预测出鞍本弓长岭矿床的深部富矿体,并被钻探验证成功,在预定深度打到厚层富矿。此外,李曙光等应用C同位素证明弓长岭富磁铁矿石中的石墨为菱铁矿变质分解成因,据此提出该富铁矿床成因的新模型。由于该工作为查明黑富矿成因及扩大富矿储量做出了重要贡献,因而获得1978年科技大会重大成果奖和1982年中国科学院科技二等奖。
     1983-1986年李曙光在美国麻省理工学院(MIT)访问时师从S. R. Hart教授,系统进修了同位素年代学与地球化学,并利用MIT的实验条件测定了一批中国秦岭-大别造山带和华北太古代岩石的同位素年龄。回国后的20年里,他将自己的主要研究工作集中在变质(尤其超高压变质)同位素年代学和大陆深俯冲化学地球动力学领域,在以下几个方面做出了系统研究并取得一系列创新性成果。
 
     一、变质过程的同位素体系及变质年代学理论基础研究
     由于超高压变质作用是上世纪80年代新发现的变质过程,对该变质过程中的同位素体系尚缺乏深入了解和认识,因此国内外均产生了许多超高压变质岩定年结果的分歧和争议。为解决这些问题和实现准确定年,需要对超高压变质作用中同位素体系和定年方法做详细的研究,以建立可靠的定年方法和年龄地质意义解释的理论依据。此外,人们在80年代已注意到低级变质作用中稀土元素的活动性,但是它对Sm-Nd同位素定年的影响尚不清楚,这严重影响了对低级变质岩Sm-Nd同位素年龄意义的理解。李曙光在该领域,尤其对超高压变质作用中同位素体系做出了许多开拓性工作。
   (1)榴辉岩中多硅白云母的过剩氩的发现:此前,国际上长期认为白云母不含过剩氩,因而是最适合做Ar定年的矿物。然而,在大别山和阿尔卑斯等造山带的高压变质岩定年中都存在多硅白云母39Ar/40Ar年龄显著老于Sm-Nd或锆石U-Pb年龄的矛盾,从而成为国际上普遍争议的一个问题。李曙光用3种不同的同位素体系对同一块含多硅白云母榴辉岩进行定年从而发现并证实了榴辉岩中多硅白云母含大量过剩Ar,指出它是导致大别山和阿尔卑斯山榴辉岩氩同位素年龄与其它同位素年龄矛盾的主要原因,解决了这些地区长期存在的年代学争议,并为正确进行超高压变质岩定年作出了决定性贡献。该成果结论在国际一流地球化学杂志Chem. Geol.(Li S.G. et al., 1993)上首先报道,并于1994年在Chem. Geol.(Li S.G. et al., 1994)( SCI他引135次)全文发表,从而在国际上掀起研究多硅白云母过剩Ar的高潮。
   (2)榴辉岩中高压变质矿物与退变质矿物Sr-Nd同位素不平衡的发现及对同位素定年结果的影响:参与定年的变质矿物样品应该在变质时达到同位素平衡是实现Sm-Nd和Rb-Sr等时线定年的基本条件。李曙光通过详细地实验分析证明了超高压变质岩的高压矿物之间同位素可以达到平衡,它的退变质过程是开放体系,在高压矿物与退变质矿物之间存在Sr、Nd同位素不平衡,从而揭示了含有退变质矿物的全岩样品参与定年是导致文献中Sr、Nd同位素等时线年龄误差增大的主要原因,为正确进行高压变质定年提供了理论基础。如我们用3个高压变质矿物获得了线性很好的等时线,证明高压矿物之间Sm-Nd同位素体系已达到平衡,并获得年龄226±3Ma,它已被近年来高精度离子探针锆石U-Pb年龄多次重复证实。该成果是98年第9届国际同位素地质大会特邀报告的重要组成部分,并相继发表在Intern. Geol. Rev. (Li S.G. et al., 1999) ( SCI他引67次)和Geochem. Cosmochem. Acta (Li S.G. et al., 2000)上。
   (3)证明了在低级变质过程中火山岩的全岩Sm-Nd同位素体系可以被重置:此前人们已注意到低级变质作用中稀土元素的活动性,但是它对Sm-Nd同位素定年的影响尚不清楚。李曙光较早(1990)发现太古代低级变质火山岩的全岩Sm-Nd同位素体系可以被重置,可以给出与Rb-Sr等时线年龄的一样的变质年龄。这对正确解释变质岩Sm-Nd年龄有重要意义,如它是本项目测定的南秦岭勉略带蛇绿岩三叠纪Sm—Nd年龄被解释为变质时代的重要理论依据。此外,它也成为近年来人们质疑早太古代Nd同位素值示踪价值的依据。该成果发表在Precambrian Research (Li S.G. et al., 1990)( SCI他引19次)。
   (4)首次实现榴辉岩中金红石的U-Pb精确定年:榴辉岩中金红石的U-Pb封闭温度适中,是测定超高压变质岩冷却史德关键矿物,然而由于其U-Pb含量低,它的精确U-Pb定年一直是国际上同位素定年中的难题。李曙光指导研究生李秋立通过大量研究,首次精确测定了大别山含柯石英榴辉岩中金红石的U-Pb年龄,并建立了用绿辉石Pb扣除金红石普通Pb的定年方法,为精确测定榴辉岩冷却史提供了重要依据。该成果发表在Chem. Geol.(Li Q.L.. et al., 2003)( SCI他引14次)。
 
     二、华北与华南陆块的碰撞时代及其拼合过程的化学地球动力学研究
     华北和华南陆块的碰撞时代与拼合过程是中国大陆动力学研究的关键课题。其中华北和华南陆块的碰撞时代曾长期存在争议,它严重影响了我们对中国东部岩石圈演化的理解。陆-陆碰撞可导致陆壳深俯冲和超高压变质岩的形成。测定超高压变质岩的同位素变质年龄是测定陆-陆碰撞时代的最好途径。华北和华南陆块碰撞形成的秦岭-大别-苏鲁造山带有世界上出露面积最大的超高压变质带,从而为进行这一研究提供了条件。此外,陆-陆碰撞过程是一个包括碰撞前洋壳俯冲消减与洋盆闭合、陆-陆碰撞与陆壳俯冲、俯冲板片断离和造山带去根与垮塌的复杂过程。然而,过去对华北-华南陆块碰撞过程的演化历史研究非常薄弱,严重制约了我们对碰撞造山带及相邻岩石圈的演化历史,和相关的岩浆及成矿作用,以及超高压变质岩折返机制的理解。因此,查明该过程各演化阶段的发生时代、及相互转化关系有重要意义。
     李曙光并指导研究生应用变质同位素年代学在解决华北和华南陆块的碰撞时代与拼合过程及秦岭-大别造山带演化这一中国大陆动力学关键研究课题中取得如下重要成果:
   (1)华北与华南陆块的碰撞时代:最早测定出大别山超高压岩石的Sm-Nd年龄为三叠纪,并最早通过Sr、Nd同位素示踪证明该带含柯石英榴辉岩是陆壳俯冲成因,从而获得华北与华南陆块在三叠纪最终碰撞的结论。这些成果发表在中国科学B(1989)(SCI他引65次),科学通报(1989) (SCI他引9次)、科学通报(1992)(SCI他引13次)科学通报(1993)(SCI他引17次)和国际一流地球化学杂志 Chem. Geol.(1993,SCI他引278次)上。
   (2)大陆碰撞前秦岭洋消减及古岛弧的时代:系统测定了北秦岭丹凤群及二郎坪群古生代岛弧火山岩和侵入体的侵位及变质年龄;查明南秦岭勉-略构造带古洋壳削减发生在石炭纪,及古洋盆闭合时代为早三叠纪。这些工作为秦岭造山带两条地缝合线的厘定及秦岭多岛洋闭合历史和多陆块拼合模型的建立提供了重要依据。研究成果发表在中国科学(1989)、中国科学D辑(2004)(SCI他引3次)、地质学报(1993)(SCI他引7次)、The Journal of Geology((Li S.G. and Sun W.D., 1996)( SCI他引9次)、Journal of Asian Earth Sciences(Sun W.D. et al.2002)( SCI他引12次)。为解决大别山陆壳俯冲前是否存在洋壳俯冲问题,首次在大别山西北部定远组发现与古生代洋壳俯冲有关的岩浆弧,并测定了其形成时代可与东秦岭丹凤群对比。将锆石微量元素、包裹体矿物成分和高精度离子探针U-Pb定年结合起来系统研究了其南侧的浒湾低温榴輝岩年代学,证明浒湾带低温榴辉岩的高压变质时代为石炭纪、变质岩的原岩为古生代俯冲洋壳;而更南侧的红安地体低温榴辉岩为三叠纪陆壳俯冲成因。该工作解决了国内该类榴辉岩形成时代的争议,发现了大陆碰撞前的洋壳俯冲成因榴辉岩,从而找到了从洋壳俯冲过渡到陆壳俯冲的连接证据。该成果发表在Phys. and Chem. of the Earth(Li S.G. et al., 2001)( SCI他引20次)和J. Metamorphic Geol.(Sun W.D. et a., 2002) ( SCI他引52次)。
   (3)与俯冲板块断离有关的同碰撞花岗岩时代:系统测定了与俯冲板块断离有关的南秦岭同碰撞花岗岩的锆石U-Pb年龄,证明它们的形成时代(225 — 205Ma)与大别山超高压变质岩第一次快速冷却时代(226 ± 3Ma—219 ± 7Ma)一致,从而确定了华南俯冲板块断离的时代,并证明超高压岩石第一次快速抬升与此有关。该成果发表在J. Geol. (Sun W.D. et al., 2002) 上(SCI他引42次)。
   (4)碰撞后山根去根时代:通过对大别山罗田穹隆的惠兰山基性麻粒岩的年代学和冷却史研究,证明它是早白垩世受上涌地幔的热作用而发生麻粒岩相变质作用,并与罗田穹隆一起发生快速抬升。这一研究揭示的山体快速抬升时代与大别山碰撞后大规模岩浆作用时代的耦合关系证明早白垩世是大别山山根拆离、跨塌发生的时代。该成果发表在中国科学(D辑)(Hou Z, Li S.G. et al., 2005,SCI他引6次)。
 
     三、超高压变质岩折返机制研究
     超高压变质岩是如何从大于100公里的深度快速折返到地表已成为大陆深俯冲研究的著名科学问题。研究这一问题有助于理解大陆地壳深俯冲与碰撞过程过程。国外流行观点是俯冲陆壳整体一次快速折返。然而,这种观点很难解释大别-苏鲁超高压变质带由多个不同岩片组成的复杂情况。由于大别-苏鲁超高压变质带是世界上出露面积最大的超高压变质带,因而它可能揭示了更为丰富的深部地质情况,为进行这方面研究提供了有利条件。
     李曙光及其课题组通过系统工作提出俯冲陆壳多层解耦及多岩片三阶段折返模型并提供了相关证据。它的主要发现和关键证据是:
   (1)大别山超高压榴辉岩及其围岩的冷却史:首次测定出大别山超高压榴辉岩及其围岩具有相同的二次快速冷却T-t曲线,它揭示了超高压变质岩经历了两次快速抬升。据此提出超高压岩石多阶段快速抬升的折返机制,并为证明超高压岩石与围岩是原位关系提供了重要的年代学制约;该成果应邀在98年第9届国际同位素地质大会上做特邀报告,并发表在地球化学最高学术刊物Geochimica et Cosmochimica Acta (Li S.G. et al., 2000)上(SCI他引162次,在2000年Geochimica et Cosmochimica Acta上所刊论文中引用率排名第二)。
   (2)北大别的大地构造属性和演化过程:由于1997年以前人们未能在大别山背大别带发现超高压变质岩,因而北大别带的大地构造属性和演化过程一直存在争论并极大影响人们对大别山造山带的形成与演化过程以及超高压变质岩折返机制的正确理解。李曙光指导博士生刘贻灿率先开展北大别高级变质岩的详细年代学、地球化学和岩石学等方面的研究,系统、精确测定了北大别榴辉岩及片麻岩的超高压变质时代为三叠纪,证明北大别带也是华南俯冲陆壳的一部分,而且还论证了北大别带与南大别超高压带在折返过程、峰期变质时代和退变质历史等方面均存在明显差异,说明这两个不同超高压岩片有不同的俯冲和折返历史。这为大别山超高压变质岩多岩板折返机制的建立提供了关键的年代学、岩石学和地球化学方面证据。相关成果发表在J. Asian Earth Sciences(Liu Y.C. et al., 2005)( SCI他引10次)、科学通报(2006)(SCI他引4次)和Lithos(Liu Y.C. et al., 2007)(SCI引用他引11次)。
   (3)超高压变质岩的U-Pb同位素地球化学—俯冲陆壳多岩片拆分、解耦的证据:通过对大别山南大别带和北大别带的Pb同位素地球化学填图揭示出,已折返到地表的南大别超高压变质岩具有上地壳特征,而北大别片麻岩具有下地壳特征,并据此提出在俯冲过程中上、下陆壳之间发生拆分、逆冲,导致深俯冲上地壳逆冲上升的折返模型。该文发表在中国科学(D辑)(李曙光等,2001)(SCI他引7次)。对苏北中国大陆科学深钻100-5000m岩芯的Pb同位素系统测量发现超高压变质带在垂向上也是由多个岩片叠置而成,并首次指出地壳内的古断层流体活动通道形成的地壳薄弱带是导致俯冲陆壳拆离成薄板的重要因素,支持了上述多岩板解耦理论。该成果发表在岩石学报(董锋、李曙光等,2006)和Techtonophysics (Li et al., 2009)。
     综合上述成果,提出了大别山超高压变质岩的俯冲陆壳内多层解耦和多岩板三阶段差异折返模型。该模型揭示了大陆地壳由于岩石组成和力学性质的不均一性导致的与海洋板块显著不同的俯冲过程。该模型相继发表在中国科学(D辑)(李曙光等,2001)、岩石学报(刘贻灿和李曙光2005)、岩石学报(李曙光等,2005)( SCI他引6次)和Lithos(2007)(SCI他引11次)上。
 
     四、深俯冲陆壳与上地幔相互作用研究
     陆壳物质可通过哪些途径再循环进入地幔是化学地球动力学的研究另一热点问题。人们已普遍接受洋壳俯冲携带陆源沉积物和加厚下地壳拆沉是两种可能的陆壳物质再循环途径。然而,大陆碰撞过程中,陆壳深俯冲是否可成为陆壳物质再循环进入地幔的一个重要途径是一项令人感兴趣而尚未很好研究的课题。大别山碰撞后幔源基性侵入体非常发育,这为我们应用微量元素和同位素示踪技术探查是否有俯冲陆壳物质再循环进入地幔提供了有利条件。
     李曙光及其指导的研究生较早系统测定了大别山辉石-辉长岩侵入体的锆石U-Pb年龄,确定它们是早白垩世形成的碰撞后侵入体。重点研究了大别山最大的辉石-辉长岩侵入体,祝家铺岩体的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素组成,最早发现其地幔源区混入了较多的陆壳物质,其高208Pb/204Pb比值显著不同于华北同时代的基性岩浆岩,而与大别山超高压变质岩相同,从而证明了是大别山俯冲陆壳物质再循环进入地幔。该成果分别发表在中国科学(D辑)(Li S.G. et a.,1997)(SCI他引19次)、中国科学(D辑)(李曙光等,1997,SCI他引6次)、中国科学(D辑)(Li S.G. et a.,1998)(SCI他引42次)、高校地质学报(李曙光等,1999, SCI他引23次)和Lithos(Huang F, Li S.G., et al., 2007)(SCI他引8次)上。
     以上及其他工作共发表论文150多篇(SCI论文55篇,国际论文26篇),第一作者和通讯作者(指导研究生)论文126篇(SCI论文46篇,国际论文18篇),SCI他人引用1181次。据美国ISI ESSENTIAL SCIENCE IndicatorsSM 2005年1月1日公布SCI论文引用检索资料,李曙光(Li SG)1994.1.1至2004.10.31期间第一作者33篇论文在SCI论文被引频次达到667次,篇均引用 20.21次,排名地学领域(Geosciences)国际第914名。2005 年获何梁何利科技进步奖。2008 年获得安徽省科学技术奖(自然科学类)一等奖(排名第一)。


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