陸殼的形成與演化過程研究一直是固體地球科學的熱點之一(Rudnick and Gao, 2003)。一方面，大陸地殼是陸生生物繁盛的基礎，維持了當今人類生存的家園，提供了人類活動最主要的礦產資源；另一方面，大陸地殼的形成與板塊構造的活動有著密切的聯絡，揭秘大陸地殼的成因對了解板塊構造的啟動和演化過程具有重要意義。由於大陸地殼與現今俯衝帶岩漿岩具有極為類似的微量元素特徵，因此通常認為在元古宙和顯生宙時期大陸地殼主要形成於俯衝帶的洋弧或者陸弧環境(Jagoutz and Kelemen, 2015)，然而太古宙大陸地殼以何種方式形成於何種環境卻是個存在很大爭議的問題。一般認為地球自形成以來經歷了緩慢降溫過程，而板塊構造作為一種特殊的能量耗散方式是地球降溫至某一臨界點時才會出現的產物，因此很多地質學家認為地球上板塊構造的出現大概發生在35-30億年左右。在地球歷史的這一關鍵轉折期，地殼是如何形成和演化的？是否有一個全球同步的構造事件控制著此時的地殼形成與演化？這些都是非常令人著迷的科學問題。
地殼的生長與再造通常可以被鋯石這種難熔且不易被改造的礦物所記錄。鋯石的U-Pb定年是研究最成熟和最成功的同位素年代學體系，而鋯石富Hf和相對貧Lu的特性也決定了鋯石是Lu-Hf同位素示蹤的理想物件。鋯石O同位素可以用來揭示其母岩漿源區是否存在錶殼物質的加入，而鋯石的微量元素可以用來計算其母岩漿的成分特徵、氧逸度和形成溫壓條件。整合鋯石的這些微量元素和同位素資訊可以詳細探討大陸地殼的形成與演化過程。而且河流碎屑沉積物中的鋯石可以彙集大範圍地殼剝露區的平均資訊，因此透過碎屑鋯石研究大陸地殼的形成與演化過程可以使得研究物件大大簡化。
南非Kaapvaal克拉通是地球上太古宙陸殼出露最好的地區之一。在Kaapvaal克拉通的陸核地區（即巴伯頓花崗-綠巖帶和史瓦濟蘭古老片麻岩雜巖）儲存有36-30億年完整連續的地質記錄，是揭示太古宙關鍵轉折期大陸地殼生長與再造方式的理想場所(Wang et al., 2020)。為此，中科院地質與地球物理研究所楊進輝研究團隊的王浩副研究員等人對這一地區現代河流沉積物和古老沉積岩中碎屑鋯石開展了詳細的U-Pb年代學、Lu-Hf-O同位素以及微量元素分析，並透過總結前人資料得出如下認識：
（1）Inyoka斷層原被認為是古太古代縫合帶，但其兩側的Moodies砂岩具有類似的碎屑鋯石年齡譜，都指示更古老的綠巖帶內酸性火山岩和周圍TTG質花崗岩是這些碎屑鋯石的主要物源；
（2）根據這些碎屑鋯石的微量元素特徵和Turner等提出的方法(Turner et al., 2020)計算獲得這些碎屑鋯石的母巖應該具有安山質成分（圖1），這與碎屑鋯石年代學和Lu-Hf同位素所揭示的結果不一致，指示Turner等提出的基於碎屑鋯石微量元素判斷母巖成分的方法值得商榷；
（3）綜合碎屑鋯石U-Pb年齡譜和岩漿岩年代學結果揭示Kaapvaal克拉通在太古宙時存在四期主要的岩漿活動，分別發生在35.2億年，34.6億年，32.6億年以及31億年。而鋯石Hf同位素和全巖Nd同位素顯示Kaapvaal克拉通的地殼生長主要發生在約35億年，之後Kaapvaal克拉通經歷了長期的地殼改造過程，而碎屑鋯石O同位素則顯示在32.5億年之後Kaapvaal克拉通錶殼巖開始大量再迴圈進入深部地殼發生部分熔融，形成新的花崗岩（圖2）；
（4）透過總結全球主要克拉通的資料發現，鋯石Hf-O同位素變化在不同克拉通的發生時間不一致，表現形式也不一樣。因此不能作為全球性現代板塊構造啟動的標誌。Hf-O同位素組成隨時間的變化應結合區域地質背景進行解釋。就南非Kaapvaal克拉通而言，Hf-O同位素在古太古代的變化可能是地殼在不同深度發生對流翻轉的結果，32.5億年前的地殼再造主要是透過下地殼拆沉作用實現，而32.5億年之後的地殼再造可能是由長英質中地殼和鎂鐵質上地殼在重力失穩條件下發生部分對流翻轉（partial convective overturn）完成的。
圖1 Kaapvaal克拉通內與太古宙鋯石平衡熔體的化學成分演化特徵
圖2 Kaapvaal克拉通太古宙碎屑鋯石U-Pb年齡譜、Lu-Hf同位素、O同位素以及全巖Nd同位素特徵
研究成果發表於國際學術期刊GCA。（王浩,楊進輝,朱昱升,黃超, 許蕾,吳石頭,劉宇. Archean crustal growth and reworking revealed by combined U-Pb-Hf-O isotope and trace element data of detrital zircons from ancient and modern river sediments of the eastern Kaapvaal Craton[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 2022. DOI:10.1016/j.gca.2021.12.025.）研究得到中科院先導專項（XDB41000000），國家自然科學基金（41973035和41688103），青促會基金（2020068）以及岩石圈演化國家重點實驗室資助課題（SKL-Z201901-YT）資助。
美編：傅士旭
校對：王海波
