地球是目前太阳系已知唯一发育大规模长英质陆壳的星球。尽管现今陆壳的生长主要发生在汇聚板块边缘，但在地球早期特别是太古宙时期主导陆壳形成的动力学机制还存在巨大争议。由于太古宙早期陆壳岩石的有限，早期地球如何从初始古老陆核演化到成熟陆壳的详细地质过程仍缺乏系统性约束。
围绕上述关键科学问题，吉林大学地球科学学院刘锦副教授与牛津大学Richard M. Palin教授、中国科学院地质与地球物理研究所Ross N. Mitchell研究员以及香港大学张健教授等国内外学者开展合作研究，对华北克拉通吉南地区新发现的白山湖古陆核开展了系统地研究工作并取得创新性认识（图1）：
图1 （a）华北克拉通前寒武纪基底和古老陆核分布图；（b）华北克拉通鞍山–吉南地区太古宙基底地质图
1. 建立起吉南地区古陆核详细的年代学格架，厘定出冥古宙–始太古代地壳演化历史：基于详细的锆石U–Pb定年结果，研究团队在吉南白山湖地区首次识别出一个经历了多期次岩浆活动改造（3.6–3.5 Ga、3.3–3.2 Ga、2.8–2.7 Ga、2.63 Ga和2.55–2.50 Ga）的古老陆核（图2a）。锆石Hf同位素揭示白山湖古陆核记录了冥古宙–始太古代的地壳演化历史 （图2b）。结合全球主要克拉通锆石Hf同位素统计结果，进一步揭示出冥古宙–始太古代早期存在的基性原始地壳（proto-crust）对地球最早期陆壳（如Slave、Yilgarn、Superior和华北等克拉通）的形成至关重要（图2c）。
图2 锆石U–Pb定年和Hf–O同位素组成;（a）白山湖古陆核古–新太古代花岗质岩石的锆石U–Pb谐和图；（b）~3.3 Ga二长花岗岩样品22BS20-3中典型锆石的CL图像；（c）其它主要克拉通始–中太古代TTG岩石的锆石εHf(t)值统计图；（d）华北克拉通太古宙岩石的锆石εHf(t)值统计图；（e）鞍山、冀东和白山湖古陆核古老锆石的初始176Hf/177Hf值统计图；（f）全球太古宙锆石δ18O值统计图
2. 揭示出华北克拉通鞍山-吉南地区地壳结构分布特征及各古陆核亲缘性：在太古宙基底的锆石U–Pb年龄、锆石εHf(t)值和锆石模式年龄等值线图中，古老陆核呈孤岛状被新太古代花岗绿岩带围绕的地壳结构特征（图3），区别于与板块俯冲相关的岛弧带的线性展布特征。华北克拉通鞍山、冀东及白山湖古陆核具有亲缘性，它们经历了相似的始–中太古代岩浆活动。锆石Hf同位素还指示三个古陆核的古老锆石具有相似的TDM2模式年龄（4.2–3.8 Ga）和176Lu/177Hf比值（0.022）（图2e）。
图3 华北克拉通鞍山–吉南地区太古宙地壳结构特征；（a）锆石U–Pb年龄等值线图；（b）锆石Hf模式年龄等值线图；（c）锆石εHf(t)值等值线图
3. 提出地幔柱体制下多期次岩浆底辟事件导致华北克拉通古老陆核的生长与成熟化过程：（1）4.2–3.8 Ga基性原始地壳在3.8 Ga和3.6 Ga时发生部分熔融形成初始的鞍山–白山湖古陆核（图4a）；（2）古–中太古代期间多次的基性岩浆底辟事件导致鞍山–白山湖古陆核的始–古太古代陆壳发生再造，形成具有一定规模的3.3–2.9 Ga富钾花岗岩（图4b）；（3）新太古代早期的岩浆底辟事件导致白山湖古陆核中2.72 Ga和2.63 Ga二长花岗岩的形成，并可能使得鞍山与白山湖古陆核的分离（图4c）。新建立起的年代学格架与全球太古宙克拉通（例如，Eastern Pilbara、Yilgarn和Kaapvaal克拉通）具有明显相似性，均记录了地幔柱体制下多期次岩浆底辟作用主导古老克拉通的生长和成熟化的地质过程。
图4 华北克拉通始太古代–新太古代早期的构造演化模式图
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”为题发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。吉林大学地球科学学院刘锦副教授为论文第一作者，牛津大学Richard M. Palin教授为通讯作者，参与本项研究工作的还有中国科学院地质与地球物理研究所Ross N. Mitchell研究员、香港大学张健教授、吉林大学地球科学学院刘正宏教授和张洪祥博士研究生、长春工程学院李忠水教授以及中山大学程昌泉博士研究生。该成果由国家自然科学基金项目（42025204、42172212、42272224和U2244211）等联合资助。研究详细信息请参考原文。
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
