元古宙一直被認為是具有環境演化停滯和構造穩定特征的一段“無聊時期”，以大氣和海洋具有極端低氧、條帶磁鐵礦和冰期事件缺乏等為特征。然而，這一時期似乎并不那么“無聊”，在這期間，哥倫比亞超大陸發生裂解（1.6-1.3 Ga）。最近的研究表明這一時期的氧化作用比預期的更加活躍和強烈，越來越多的證據也表明該時期表層系統演化并不那么“靜止”，顯示出波動演化特征。目前，仍然不確定是什么因素導致該時期演化特征具有如此波動性。顯然，揭示哥倫比亞超大陸的裂解機制無疑對認識這段神秘期具有重要意義。

　　雖然哥倫比亞超大陸的裂解方式可能給該時期的環境效應帶來巨大的影響，但對于哥倫比亞超大陸裂解機制的研究卻非常薄弱。同時由于哥倫比亞超大陸經歷了至今將近二十億年的地質演化歷史，其陸塊巖石大多都遭受后期多期次事件的改造，使得揭示哥倫比亞超大陸裂解機制更加困難。為了解決上述問題，中科院廣州地球化學研究所、深地科學卓越研究中心的科研人員黃宗瑩和袁超及其合作者以位于中亞造山帶南部中天山地塊的中元古代巖漿巖為切入口，并結合全球陸塊的中元古代巖漿和地幔柱活動的相關記錄，揭示哥倫比亞超大陸的裂解機制，為理解元古宙神秘時期提供啟示。

　　研究結果表明，在中亞造山帶中天山地塊出露的中元古代巖漿巖主要為一套1.48-1.45 Ga的花崗巖類，顯示出I型花崗巖特征，具有俯沖帶巖漿成因的特點；它們形成于曾經屬于哥倫比亞超大陸外緣的現今北歐地區的芬諾斯坎迪亞（Fennoscandia）邊緣。對比這些結果與中天山地塊和中亞造山帶其他地區以及Fennoscandia現有的中元古代巖漿作用發現，他們都具有相似的典型俯沖巖漿的特征，表明上述區域存在一條與哥倫比亞超大陸裂解相聯系的中元古代俯沖體系。進一步通過統計全球陸塊的俯沖記錄發現，哥倫比亞超大陸的外緣陸塊都具有同時期的中元古代俯沖記錄（~1.6-1.3 Ga，圖1a和圖3），而這些俯沖增生記錄鮮少在超大陸內部陸塊產出（圖3），這表明哥倫比亞超大陸在裂解時期存在環超大陸俯沖體系的發育。

圖1 （a）哥倫比亞超大陸裂解時期不同陸塊的俯沖帶（綠色柱條）和地幔柱相關巖漿活動記錄（紅色和藍色圓點）統計圖；（b）環哥倫比亞超大陸板片俯沖（綠色條帶）與地幔柱相關的巖漿活動關系圖。環哥倫比亞超大陸在俯沖板片后撤發生地殼減薄時期（crustal thinning）出露有期間歇性的地幔柱相關的巖漿活動（箭頭），而在環哥倫比亞超大陸板片發生前進式俯沖地殼加厚時期（crustal thickening）鮮有同時期的地幔柱巖漿活動發生

圖2哥倫比亞超大陸裂解時期各陸塊中基性巖統計圖，中基性巖落入到島弧和洋島玄武巖過渡區域，指示俯沖印記疊加

圖3 哥倫比亞超大陸裂解時期古地理重建圖（1.55–1.35 Ga），指示哥倫比亞超大陸裂解主要是通過環超大陸俯沖作用導致，并在俯沖過程中伴隨有多階段地幔柱相關的巖漿活動產生。A-B為哥倫比亞超大陸裂解從外緣到內部剖面圖

　　研究還發現，在環超大陸俯沖發生過程中，總伴隨著中元古代間歇性的地幔柱相關的巖漿活動（圖1a）。通過地球化學分析，發現這些地幔柱相關的巖漿在地球化學上疊加了俯沖帶印記（圖2）。這表明環超大陸俯沖與地幔柱相關的巖漿作用具有一定成因上的聯系。通過統計哥倫比亞超大陸裂解時期的全球陸塊地幔柱相關的巖漿記錄和解析環哥倫比亞超大陸俯沖板片幾何形態變化特征發現，哥倫比亞超大陸的裂解并不是一個單一的過程，期間伴隨有其外緣陸塊的地殼變薄與增厚相互交織的過程。其中，在環哥倫比亞超大陸俯沖板片發生后撤地殼減薄時期，總伴隨有間歇性的地幔柱相關的巖漿作用的發生，而在環哥倫比亞超大陸板片前進式俯沖發生地殼加厚時期，鮮有同時期地幔柱相關巖漿活動的記錄（圖1b）。這些觀察表明，環超大陸俯沖作用對哥倫比亞超大陸的裂解起著主導作用，并在俯沖進行過程中伴隨有地幔柱相關的巖漿活動的出現（圖3）。該研究結果因此表明中元古代的構造活動比前人認為的要活躍得多，這可能是這一時期表生環境演化波動的原因。因此，在認識中元古代環境和生命演化與成礦作用時，應考慮環哥倫比亞超大陸俯沖作用的主導作用和伴隨的地幔柱相關的巖漿活動對該時期表生效應的影響。

　　相關成果發表在Precambrian Research期刊上。

    論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.precamres.2021.106287

（同位素地球化學國家重點實驗室供稿）