刘超辉近十年来以华北克拉通元古宙表壳岩系为重点研究对象开展了系统深入的研究,采用地层层序学和沉积岩相研究,结合碎屑锆石U-Pb定年、Lu-Hf同位素分析以及全岩地球化学研究,厘定了华北克拉通中部造山带与陆陆碰撞相关的前陆盆地的形成时代、空间展布以及物源区的性质。研究表明在中部造山带两侧呈南北向分布的野鸡山群上部、滹沱群上部、上中条群以及东焦群都是以河流相沉积的山前磨拉石沉积为主,展现了整体向上粒度变粗的沉积序列。碎屑锆石最小峰值年龄确认了这些周缘前陆盆地沉积的沉积时代要晚1877-1835Ma,并根据切穿这些地层且未变形的花岗岩或基性岩脉将它们的沉积时代上限限制在1.80Ga左右。中部带晚太古代TTG片麻岩和早元古代花岗岩是其主要碎屑物质来源。
本项研究确认了中部造山带东西两侧存在着近南北向展布的周缘前陆盆地沉积,并采用了近年来国际上开始广泛采用的碎屑锆石定年的方法,从而对缺乏火山(碎屑)岩的相关地层进行了精确的年龄限定。这一创新性成果,对确定华北克拉通存在着19亿年左右的陆陆碰撞造山带提供了确凿的沉积学证据,从而证实了华北克拉通参与到了哥伦比亚超大陆的汇聚过程。该项成果集中发表在国际主流刊物上,并引起了国内外学者的广泛关注和高度评价,至今已被SCI他引166次。其中两篇文章被列为该期刊2011-2016年最高引用文章(一篇第二)。
此外,刘超辉还以华北克拉通古元古代到中元古代表壳岩系为重点研究对象,针对中部造山带古元古代中期岩浆作用的构造背景、东西陆块碰撞过程的沉积响应、华北克拉通北缘中-新元古代裂解事件及其与哥伦比亚和罗迪尼亚超大陆演化的关系等存在的重大关键科学问题,开展了系统深入的研究。在研究工作中,刘超辉尤其注重将地层层序学、岩石学、元素和同位素地球化学有机结合起来,并采用碎屑锆石U-Pb定年和Lu-Hf 同位素等先进分析技术,取得了一系列重要的创新性成果。到目前为止,刘超辉已在国内外SCI刊物上以第一作者发表论文23篇,其中国际SCI论文16篇。有关成果得到了国内外同行的高度评价,第一作者论文已经被SCI他引超过400次,单篇文章最高他引112次。
刘超辉于2015年入选第二批国土资源“杰出青年科技人才培养计划”,2016年获得国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助,2017年获得中国地质学会第十六届青年地质科技奖(银锤奖),2018年获得中国地质调查局优秀地质人才称号。