国家野外站研究团队取得新成果

近日，我校科研团队在太古宙末期板块构造样式研究方面取得新进展，研究成果发表在国际期刊《自然通讯》上，题为《共存的离散和汇聚板块边界岩石组合指示了新太古代板块构造》，展示了25亿年前板块构造运行特征和样式等方面的最新研究成果。

论文由巴东地质灾害国家野外科学观测研究站和全球大地构造中心特任副研究员黄波、教授蒂姆·科斯基，与澳大利亚科廷大学、加拿大温莎大学等单位学者合作，黄波为第一作者，黄波和蒂姆·科斯基为共同通讯作者。

研究人员对华北克拉通南缘太古宙晚期（25.5—25.1亿年前）安沟杂岩开展了野外调查、岩石学、地球化学、同位素年代学和热力学—微量元素模拟等综合研究，识别出具有时空关联的大洋中脊—被动陆缘和俯冲带上盘岛弧/弧前岩石构造单元，提出这些岩石组合分别形成于离散和汇聚板块边界，并在增生—碰撞造山过程中构造叠置。太古宙末期时空相伴的离散和汇聚板块边界岩石组合的识别，表明此时存在海底扩张、俯冲起始、俯冲增生、岛弧岩浆作用和弧陆碰撞等板块相对运动过程，为板块构造已经启动提供了新的地质证据。

图1 相图显示俯冲带地热梯度（左）及构造模式示意图（右）

研究人员根据地球化学特征和热力学—微量元素正演模拟，提出该地区英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩组合（TTG）和埃达克质火山岩形成于俯冲板片部分熔融及随后的分离结晶；模拟计算显示该俯冲带拥有较高的地热梯度（440—470 °C/GPa），其与显生宙暖（热）俯冲带一致（图1）。通过太古宙末期和显生宙俯冲带和造山带样式对比，研究人员认为太古宙末期的板块构造过程与显生宙已具有一定的相似性；而以冷—深俯冲碰撞和全球性内部相连板块边界为特征的“现代样式”板块构造体制可能直到古元古代中晚期（22—19亿年前）才完全建立。

图2 地质历史时期地球岩石圈及水圈、大气圈、生物圈部分关键指标长期变化

图3 太古宙—元古宙之交板块构造过程对地球固体圈层和表生圈层影响的概念模型

研究人员提出一个概念模型，阐述新太古代广泛发育的板块构造过程可能对太古宙—元古宙之交（25亿年前）及随后岩石圈、海洋、大气圈和生物圈演化产生的影响（图2和图3）。以洋底扩张、洋壳俯冲和弧陆碰撞等为特征的离散和汇聚板块边界地质过程促进了这一时期地幔热散失、大陆地壳垂向和侧向生长、陆壳浮出水面、BIF成矿、弧陆碰撞造山作用、陆壳风化剥蚀和二氧化碳消耗、海洋营养输入和初级生产力增加、地球增氧（GOE）和第一次雪球地球形成等重大地质、成矿和环境演变过程。该模型为理解特殊地质历史时期的板块边界过程及其资源环境效应提供了新思路。

该研究获得国家自然科学基金、中国博士后科学基金、我校杰出人才培育基金和地质过程与矿产资源国家重点实验室开放基金等支持。