万渝生：永不泯灭的地质情怀

2018-01-12 11:12吕腾波

科学中国人 2017年33期

本刊记者吕腾波张闻

33亿年变质石英闪长岩在38亿年条带状片麻岩中呈包体存在，鞍山。

地球太大，宇宙太美。这其中蕴含着无数的奥秘等待着我们去探索、发掘。

在地质学家万渝生的眼里，一块岩石就意味着一个故事，代表的是地球演化历史的一个节点，他愿意深入其中去发现隐藏的秘密，让人们认识早期的地球历史。

与地质学研究结缘40载，万渝生在变质岩岩石学、地球化学和地质年代学研究中积累了丰富的经验。如今立足于中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心这一平台，他依旧在为揭开地质奥秘而不遗余力地发出光和热。他说，他喜欢与石头打交道，这种感受愈加纯粹，他更能体味到其中无穷的乐趣。

三个转折点与地质研究深深结缘

时光倒回到40年前，1977年是国家恢复高考的第一年。这一消息，对于当时的年轻人而言，无疑是天大的喜讯。万渝生下过乡、吃过苦，终于有机会可以通过学习来改变自己的命运。

高中时期，万渝生就对化学感兴趣，所以在高考填报志愿时填报了武汉地质学院（现中国地质大学（武汉））的地球化学专业。当时，万渝生其实对这一专业并不了解，因为有化学两个字，便报考了，就这样接触了地质科学这一领域。虽然是偶然，却让他找到了值得付出一生的事业。

地质学是研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间相互作用和演变历史的知识体系，并进一步拓展到研究人与地球的相互关系。慢慢深入之后，万渝生对这一领域产生了浓厚的兴趣。他说，沧海桑田的变化，很多地质记录都缺失了，要恢复完整的演化历史非常困难，地质科学十分复杂，十个人可能会有十种解释。但通过残缺的记录，结合地质学原理进行一定的逻辑推断和想象，仍然可以抽丝剥茧，不断获得更接近真实的地质解释。这些都在深深地吸引着万渝生，引领着他在这一领域中深入开拓。

为了进一步深造，本科毕业之后，万渝生考取了中国地质科学院的硕士研究生，师从程裕淇院士和沈其韩院士。在他们的引导和培养下，万渝生开始了真正的地质入门，在这一领域继续探索的决心也更加坚定了。硕士毕业后，万渝生便留在了中国地质科学院地质研究所，并完成了在职博士攻读，于1992年获得博士学位。

2001年12月18日，北京离子探针中心正式成立。万渝生在北京离子探针中心主任刘敦一先生的邀请下来到了这里继续进行科研工作，一直到现在。现如今，回忆起自己的人生经历，结缘地质，考上程裕淇、沈其韩院士的硕士和博士研究生，到北京离子探针中心……这些都构成了万渝生人生的重要转折点。地质研究中所隐藏的魅力，一步步地牵引着他投身于其中。

实验室与野外相结合进行地质研究

一个好的科研平台，会对科学研究起到重要的推动作用。刘敦一先生创建的北京离子探针中心，是科技部和财政部联合认定的首批23个“国家科技基础条件平台”之一，其核心仪器是两台“高灵敏度、高分辨率二次离子探针质谱计（Sensitive High Resolution Ion Microprobe，简称‘SHRIMPII’）”，主要从事微区地质年代学、地球化学和宇宙年代学的科研、测试服务和科学仪器自主研发。《美国科学杂志》评价该实验室为“同位素定年的世界级平台”，“帮助众多研究者解决了关键地质问题，极大推动了国内外地质科学的发展”。来到这里之后，万渝生静心于科研之中，开展了一系列研究工作。

地质科学最重要的3个参数是时间、空间和物质运动。在早期，人们通过地层中的古生物演化确定不同地层的新老关系，通过不同岩浆岩的相互切割关系确定它们侵入的早晚顺序，但不知道它们形成的绝对年龄。对于复杂的变质岩区，仅根据野外观察来确定不同地质体形成的先后关系则十分困难。只有放射性同位素原理被揭示出来并应用于地质科学之后，地质体的绝对年龄，绝对时间问题的解决才成为可能。

目前，万渝生团队一个主要研究方向就是锆石成因和离子探针U-Pb定年。锆石是沉积岩、岩浆岩、变质岩和月岩、陨石中常见的副矿物，粒度通常小于300μm，硬度高达7.5，无色或因含有各种杂质而呈现不同颜色，具金刚光泽。由于分布广泛，物理化学性质稳定，含有U、Th放射性元素，普通铅含量很低，U-Pb体系封闭温度高，锆石已成为U-Pb定年最合适的矿物。加之锆石的矿物包体、微量元素和Hf、O等同位素研究可提供许多岩石形成过程的重要信息，对它的深入研究有助于人们了解地球早期历史。一门新的学科锆石学正在创建之中。

传统的锆石定年方法，需要把一颗或多颗锆石溶解后测定，对于成因复杂的锆石只能获得混合年龄。与之不同，SHRIMPII具有非常高的质量分辨率和空间分辨率，能够对一颗锆石的不同域分别进行原位测量，获得不同成因锆石的形成年龄，更精细准确地确定地质作用演化过程。测定的年龄范围可介于距今1百万年到45亿年。

地学研究中，许多工作都离不开年代学数据的支撑。北京离子探针中心产出的高质量SHRIMP年龄数据带来了我国一流地学研究成果的快速增长。截至2016年12月31日，国内外学者运用在北京离子探针中心获得的SHRIMP数据，在国内外学术期刊上共发表论文1800余篇，其中国际SCI论文700余篇；以中心成员为第一作者共发表论文229篇，其中国际SCI期刊论文124篇。据国外同行统计，自2007年起，中心单台SHRIMP仪器的年度科研成果产出量（国际期刊论文数）在同类仪器中已稳居世界第一。

除此之外，Apollo月岩及月球陨石SHRIMP锆石年代学研究还在国际上首次获得了雨海纪锆石定年的直接结果，为我国将来登月计划取回的月岩样品的年代学和地球化学相关研究奠定了同位素年代学技术基础；牙形石氧同位素SHRIMP原位微区分析及其在古气候变化研究中的应用填补了国内相关技术的空白，为古气候变化的定量研究起到了示范作用。依托于实验室的建设和技术优势，中心在技术创新方面也取得了突出成绩。在国家科技基础条件平台建设项目的支持下，中心开发了“大型科学装备远程共享示范研究—离子探针示范系统（SROS）”，并在国内外推广应用，建成了国际SHRIMP远程共享网络，把大型科学仪器资源远程共享的理念传播到国外，形成了学科优势。

高灵敏度、高分辨率二次离子探针质谱计（SHRIMPⅡ），北京离子探针中心。

除了在实验室进行科学研究，野外同样是地质工作者广阔的研究场所。李四光曾有一句名言：“地质科学的源泉在野外。这里，也只有在这里，才能产生真正的科学问题和科学理论！”多年来，万渝生对此深有体悟。

在他的介绍中，我们了解到，太阳系最早形成时间为45.67亿年前，而地球年龄约为45.5亿年。目前，全世界发现的最古老锆石形成于44亿年前，最古老岩石形成于40亿年前。38亿年以前的岩石，全球范围内仅在5～6个国家或地区有发现。40亿年以前的锆石，全球范围内发现的地方也不会超过20个。所以，地球上任何最古老物质的新发现都有着全球意义。

随着物质生产能力的提高和社会的进步，人们对自己居住地球的历史，特别是最早期历史也越来越感兴趣，但是因为保存的物质太少，这也成为了一个非常有挑战性的科学问题。想要攻克它，发现和鉴别古老的岩石和锆石是最基本的前提，而野外就是地质工作者探索这一地质奥秘的最佳场所。

“上世纪90年代，刘敦一先生发现鞍山地区38亿年岩石的消息，就十分令人振奋。”万渝生说。通过研究，他们发现了中国最古老的38亿年岩石，在冀东还发现了最古老的38.5亿年锆石，改写了我国太古宙地壳形成演化的起始时间，是我国早前寒武纪研究的突破性成果，并于2004年获国土资源部的科学技术奖一等奖。

33亿年岩浆锆石包裹36亿年外来锆石，鞍山。

跟随着前人的脚步，从2003年开始，万渝生和他的研究团队成员几乎每年都要去鞍山—本溪地区开展野外考察，最近10多年来，他们还经常前往内蒙的大青山、河北的冀东、山东的鲁西和胶东等地区进行考察。每次去，都会有新的发现。

一直以来，万渝生始终认为，室内和野外研究不是相互矛盾的，而应相互配合和协作。团队所做的锆石铀铅定年和地球化学示踪等室内研究都要求立足于扎实的野外工作基础。万渝生说：“虽然现在的研究仪器十分先进，但科学家如果不去野外实地考，不清楚岩石野外产状、地质体之间相互关系的话，很容易导致一些脱离真实的认识产生。”秉承着这些原则，他和团队成员们十分注重野外与室内研究工作的结合，并在多年的实践中取得了许多突出的科研成果。

立足华北克拉通开展地质探索

5.4亿年前的前寒武纪，地球将一份酝酿了几十亿年的礼物赠给了还远未出世的人类。这份礼物就是地球上最稳定的地质结构——克拉通。华北克拉通是全球最著名的古老陆块之一，在早期地质演化方面，与其他典型克拉通既有类似之处，也有自己独特之处。与其他克拉通相比，有着更为复杂、多阶段的演化历史，记录了几乎所有地球早期发展的重大构造事件。华北克拉通太古宙地质深入研究，对早期地壳形成演化历史了解、新太古代晚期构造体制研究和太古宙条带状铁建造（BIF铁矿）找矿靶区确定都具有重要意义。

在这一研究中，万渝生团队通过高精度锆石测年和综合研究，在冀东地区新的岩石类型中发现了大量38～35亿年碎屑锆石，在鞍山地区确定了38～31亿年多期岩浆活动，证明鄂尔多斯地块强烈卷入古元古代晚期构造热事件，系统确定了华北克拉通BIF铁矿形成时代，首次在华北克拉通划分出三个年龄大于26亿年的古陆块，深化了华北克拉通早期地壳演化、壳幔相互作用及沉积变质铁矿的认识。根据这些研究，还提供了华北克拉通BIF成矿预测远景区。

众所周知，首钢、鞍钢等的铁矿资源大都来自BIF铁矿，可见其对中国矿产资源的意义非凡。从地质上看，BIF大规模形成的时间大约在25亿年前，其原因一直是个迷，引发着人们的思考。在万渝生的介绍中，记者了解到，在地质历史上27～28亿年这段时期，有大量物质从地幔提取出来，造成陆壳的巨量增生，使地球的热状态迅速降低，还引起了一系列其他效应，最终结果就是造氧生命的大量出现。造氧生命出现之后，大洋里面所存在的二价铁元素就会被氧化，沉积形成BIF铁矿。在二价铁消耗完之后的25～23亿年期间，大氧化事件出现。

他们的研究成果在《前寒武纪研究》《冈瓦纳研究》《美国科学杂志》《化学地质学》等国际学术期刊发表，受到了国内外专家学者的好评。研究成果入选了“中国地质调查局中国地质科学院2014年度地质科技十大进展”，还获得了国土资源部2017年度科学技术成果奖一等奖。这些都是对他们辛勤付出的最大肯定。

万渝生说：“虽然我们做的多是一些纯理论的基础地质研究，看起来没有什么实际应用价值，但是人类渴望对自己居住星球的了解，对一个国家来说，总要有人来做这一部分工作。我们也一直在努力，希望自己的研究成果能为实际应用做出一些贡献。”

宣传地质知识进行科普工作

除了研究外，科普也是万渝生工作的一个重点。他告诉记者，他们到野外，特别是到地质公园开展野外考察时，时常有人凑上前来，听到这个岩石是25亿年前形成的，大家都会表现得特别惊奇。许多景区，以往多是用一些象形石来编说故事，游客在其中也得到一定的满足。但是，随着社会的进步，人们对科学知识追求的欲望不断增强，地质科学知识的普及很受欢迎，现已成为许多地质公园吸引游客的新亮点。如有可能，万渝生尽量把野外考察放到地质公园的范围内，使两者得到兼顾。现如今，万渝生还是泰山世界地质公园和一些国家级和省级地质公园的科学顾问。鞍山地区38亿年岩石发现之后，鞍山市政府还把最古老岩石保护写进了政府工作报告，使珍贵的地质遗迹得到保护，也使更多人了解到了其价值所在。由此可见，普及地质知识的重要性。在2022年我国将要召开冬奥会之际，万渝生团队还受International Geology Review杂志的邀请，撰写科普论文对冬奥会场馆附近的地质情况进行介绍。

“地质志”是李廷栋院士组织开展的一项重大工程项目。在山东省地质调查院开展山东省地质志工作中，万渝生团队主动与其合作，针对山东早前寒武纪地质演化等重大地质问题开展研究，建立了新的同位素年代格架，探讨了各地质体形成的构造背景及其变质作用，提出了鲁东和鲁西地区经历了不同的早前寒武纪地壳增生和地质演化历史的新认识，重新厘定了中太古代—中元古代变质地层划分，还完善了中生代侵入岩期次划分。这些成果被很好地应用到山东省地质志的编写中。

万渝生（中）与他的同事在野外，冀西北。

锆石成因复杂对锆石年龄解释带来许多问题。万渝生受邀在许多科研院所和省局地质单位作锆石成因研究及地质应用报告，获得广泛欢迎。目前，他们已经搜集和整理了大量资料，争取早日写成有关锆石方面的书籍。

坚实的团队基础良好的团队管理模式

一切研究成果的得来，绝不是仅靠一己之力，背后凝聚的是整个团队的力量。按工作性质，北京离子探针中心的人才团队主要分为两大部分。一部分负责仪器设备的正常运转和对外测试服务，近年来还开展了大型质谱仪器的自主研发；另一部分就像万渝生他们那样利用这些仪器设备，开展地质科学研究。万渝生说：“所有科研成果的得来，都是团队成员协同合作的结果，也离不开国内外许多老师和同行的帮助和支持。”

在团队成员的管理上，万渝生也有自己的见解。在他的眼中，团队成员都应是精诚合作的科研伙伴，谈不上管理不管理。每个人的性格不同、专业上的优势不同，最重要的是让每个人的长处得以发挥。除此之外，团队成员之间要做到彼此真诚以待，只有这样才会得到真心的回馈。

博士毕业时，万渝生的博士论文能够以专著形式出版，程裕淇和沈其韩先生提供了很大帮助，付出了很大的辛劳，但未参与署名。程先生和沈先生还分别题写了书名和撰写了序言。两位老师毫无保留地帮助自己的学生，这些都在深深地影响着万渝生，提醒着他也要如此。

如今，每年万渝生团队都会有3个月左右的时间进行野外地质工作。相比老一辈的野外工作条件，现在不论吃、住、行各个方面都有了很大改善。万渝生说：“老一辈地质工作者在十分艰苦的条件下开展野外工作，取得了很好的成果，现在更应该如此。”