李献华院士：超大陆裂解的主要驱动力

-宣扬地学成果，传播勘查技术方法-

点击上方“覆盖区找矿”，关注更精彩！

超大陆裂解的主要驱动力——地幔柱或深俯冲？

李献华^1,2

1 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室

2 中国科学院大学地球与行星科学学院         

作者简介：李献华，中国科学院院士，主要从事同位素地质年代学、岩石地球化学、化学地球动力学研究和微区分析技术研发与应用研究。

         

导读：

板块汇聚和造山运动不仅导致超大陆聚合，更是形成了丰富的矿产资源。晚太古代以来全球的主要大陆经历了多次聚合和裂解。

超大陆聚合和裂解具有周期性变化规律，构成了地球历史上最大时－空尺度的“超大陆旋回”，造就了各种各样大地构造成矿环境。因其动力机制与地壳构造演化和成矿作用关系密切，是受到广泛关注的热点科学问题。目前主要存在地幔柱上升（Bottom-up）和板块深俯冲（Top-down）两个主要学派。

本文回顾了这两种学派的主要地质观察证据、地球动力学数值模拟结果和模型预测，结合类地行星早期大规模岩脉分布特征和地球变质作用特征随时间的演化，探讨了'Botom-up'和'Top-down'模式之间的内在关系，以及今后的进一步研究方向。

------内容提纲------

0 引言

1 地幔柱学派

2 俯冲学派

3 地球动力学数值模拟研究

4 Bottom-up与Top-down的关系

5 进一步的地质记录研究与模型检验

6 结论

---------------

0  引言

晚太古代以来全球的主要大陆经历了多次超大陆聚合和裂解，包括可能的~2.5~2.1Ga Kenorland超大陆、~1.8~1.4Ga Nuna Columbia超大陆、~0.9~0.75Ga Rodinia超大陆以及~300~180Ma Pangea超大陆，这个过程称之为“超大陆旋回(The Supercontinent Cycle)'。'超大陆旋回'的提出和相关研究是近30年来固体地球科学一个最重要的新进展和研究领域。2016年开始执行的IGCP-648项目'Supercontinent Cycles & Global Geodynamics'，正在通过广泛的国际合作深入研究地球历史的超大陆旋回的时间、过程和机制及全球地球动力学，代表了这个研究领域的前沿。

超大陆聚合主要是通过全球性大规模增生和碰撞造山运动而形成，如晚古生代华里西期造山运动形成Pangea超大陆，中元古代晚期-新元古代早期格林威尔期造山运动形成Rodinia超大陆。一般认为超大陆聚合主要通过Extroversion和Introversion两种端元方式完成(见Murphy et al.，2013综述)，其中Extroversion是指围绕先前超大陆的外洋(exterior ocean)优先俯冲闭合形成新超大陆的过程，如Rodinia超大陆的外洋一莫桑比克洋沿东非造山带闭合使东、西冈瓦纳聚合，形成了统一的冈瓦纳古大陆(Greater Gondwanaland)；Introversion则是指先前超大陆裂解时形成的内洋闭合形成新超大陆的过程，如沿阿巴拉契亚-加里东-华力西造山带Iapetus和Rheic洋闭合形成了Pangea超大陆。超大陆聚合的第三种方式可能是Orthoversion，即新的超大陆的形成垂直于原超大陆中心的环形俯冲带上。

关于超大陆裂解的动力学机制学术界目前还存在不同的认识，主要有地幔柱和深俯冲两个主要学派(图1)，亦称之为'Botom-up'和'Top-down'模式(如Cawood et al.，2016)。本文将综述与这两种不同模式有关的地质记录观察和地球动力学数值模拟研究，并在此基础上，提出进一步的研究方向。

图1 超大陆裂解的两种可能主要驱动力示意图

(1)—地幔柱上升产生的主动推力；(2)—环大陆俯冲后撤产生的被动拉张力

1  地幔柱学派

Morgan(1971)最早提岀了地幔柱的概念，认为起源于核幔边界的地幔柱是板块运动的驱动力，地幔柱上涌导致大陆隆起、破裂并最终裂解。在古地理重建的基础上，Anderson(1982，1994)发现现今的大西洋-非洲高大地水准面(Atlantic-Africangeoidhigh)位于Pangea超大陆的中心，而全球绝大多数的“热点”均位于该高大地水准面和赤道太平洋高大地水准面上，并伴随持续100Ma的大范围高温岩浆活动，超大陆的隔热作用使得下伏地幔产生热膨胀和水平温度梯度，导致使大陆发生隆起和破裂。Anderson认为“热点“形成于软流圈上地幔而不是核幔边界。虽然学术界对地幔柱是否起源于核幔边界仍存在争议，但大多数学者普遍认同地幔柱是热点、溢流玄武岩和大火成岩省(LIP)形成的主要机制。Veevers(1989)对Pangea超大陆的热演化研究结果支持Anderson的这个模式。Storey(1995)系统总结了冈瓦纳古大陆裂解的过程并分析了地幔柱活动在冈瓦纳古大陆裂解中的作用(图2)。冈瓦纳古大陆是Pangea超大陆南边的半个超大陆，其裂解可以分为三个阶段，第一阶段为早侏罗世(~180Ma)的初始裂解期，在西冈瓦纳(非洲-南美)和东冈瓦纳(南极-澳大利亚-印度-新西兰)之间形成海道，~156Ma在索马里、莫桑比克和威德尔海盆形成海底扩张；第二阶段为早白垩世(~130Ma)，南美大陆与非洲－印度大陆分离，后者与南极大陆分离；第三阶段为晚白垩世(~100~90Ma)，澳大利亚-新西兰与南极大陆分离，随后印度与非洲-南极大陆分离快速向北漂移，马达加斯加、塞舌尔与印度分离。在冈瓦纳古大陆裂解的三阶段过程中，均有相关的地幔柱活动，包括~180Ma的Bouvet/Karoo地幔柱、~130Ma的Tristan地幔柱、~110Ma的StHelena地幔柱、~100Ma的Marie Byrd Land火成岩省、~88Ma的Marion地幔柱和~66Ma的Reunion/Deccan地幔柱，其中第二和第三阶段的大陆分离与地幔柱活动有很好的时-空相关性，表明地幔柱对大陆裂解有重要的作用，但是Bouvet/Karoo地幔柱活动与冈瓦纳大陆第一阶段裂解形成的最早洋盆记录相差了~26Ma。Pangea超大陆北部劳伦与冈瓦纳的初始裂解也有类似的情况。与地幔柱有关的中大西洋岩浆省(CAMP)总面积超过1100万km²，是地球上保存的最大的陆地大火成岩省(LIP)，形成于~201Ma，比Pangea超大陆最早裂解形成的~170Ma阿尔卑斯特提斯洋早~30Ma，似乎指示CAMP地幔柱不是导致Pangea超大陆最初裂解的直接原因，即除了地幔柱之外，超大陆裂解还需要其他的驱动力，如超大陆隔热效应导致的地幔热异常以及板块构造应力场的改变。

图2 冈瓦纳古大陆重建图(a)200Ma；(b)100Ma

         

Rodinia超大陆在~9亿年前最终聚合之后发生了多期地幔柱活动，其地质记录包括~825Ma扬子南缘益阳科马提质玄武岩-基性岩脉、金川超基性岩、澳大利亚中南部同时代的Gairdner基性岩墙群-Willouran基性岩省、~800Ma的扬子西-西北缘苦橄岩-大陆溢流玄武岩和阿德雷德基性岩省、~780Ma北美西部岩墙群-扬子康定岩墙群、~755Ma的西澳Mundine Wel基性岩墙群和扬子西缘基性岩墙群和~720Ma的Franklin基性岩墙群等，据此，一些学者提出以华南为中心的~825~725Ma超级地幔柱活动导致了Rodinia超大陆在~750~720Ma最终裂解(图3)。Li Zhengxiang et al(2009)统计发现，超大陆聚合过程中地幔柱活动频率很低，超级地幔柱一般在超大陆形成之后的一段时间形成，晚太古代以来的几次超大陆旋回与超级地幔柱活动有很好的耦合关系，指示两者的内在联系(图4)。

图3 Rodinia超大陆下新元古代超级地幔柱的示意图

         

       

图4 超大陆与超级地幔柱6亿年旋回的耦合关系

2  俯冲学派

另一些学者用俯冲模式解释Pangea超大陆的裂解机制。Keppie(2015，2016)重新评估了全球中生代板块漂移的数据资料，认为大西洋打开与特提斯洋俯冲消亡密切相关，即通过地中海地区的转换断层，特提斯洋俯冲下沉产生的拖拽力导致了Pangea超大陆的早期裂解和大西洋扩张；晚古生代以来，特提斯大洋板片向欧亚大陆持续俯冲产生的板片拖拽导致大洋另一侧冈瓦纳大陆被动陆缘不断发生裂解。

Cawood et al.(2016)总结了中元古代末-新元古代环绕Rodinia超大陆与俯冲作用相关的增生造山带地质记录，包括劳伦大陆东北缘1025~730Ma的Valhalla增生造山带、北极阿拉斯加-楚克奇半岛的新元古代早－中期增生造山带、西伯利亚大陆西缘Yenisei Ridge、西南缘Dariv-Shishkhid-Gargan带和南部的Baikal-Muya带的新元古代早期增生造山带、波罗的大陆东-东北部新元古代中晚期增生造山带、以及南美-西非的新元古代中晚期Avalonia-Cadomia岩浆弧，根据这些Rodinia超大陆外缘新元古代增生造山作用与超大陆内部岩石圈伸展-裂解在时间上的耦合，作者提出Rodinia超大陆裂解与环大陆俯冲相关，即环绕超大陆外缘的巨型环形俯冲带的后撤引发了超大陆内部发生裂解(图5)。环形俯冲作用可以导致超大陆下的软流圈地幔孤立于外部地幔而进一步引发热点、地幔柱和大陆裂谷，但后者不是超大陆裂解的必要条件。俯冲后撤模式可以合理解释早古生代冈瓦纳古大陆北缘的逐步裂解，如晚寒武世原特提斯洋向冈瓦纳古大陆北缘俯冲打开Rheic洋导致Avalonian地块群发生裂解；晚志留世Rheic洋向冈瓦纳古大陆北缘俯冲打开古特提斯洋导致Hun超级地块发生裂解(图6，Stampfli et al，2002)，但是否可以解释超大陆内部的裂解仍需做进一步的研究。

图5 环超大陆俯冲后撤导致Rodinia超大陆裂解

图6 (a)—490Ma：原特提斯向南俯冲导致Rheic洋打开-Avalonian地块群裂解；(b)—420Ma：Rheic洋向南俯冲导致古特提斯洋打开-Hun超级地块裂解

3  地球动力学数值模拟研究

近年来一些学者开展的地球动力学数值模拟研究为理解超大陆裂解机制提供了重要的约束，但同时也存在不同的结果和观点。

Li Zhengxiang et al(2009)的地球动力学数值模拟研究结果显示：具有活动板块的地幔对流会交替存在两种模式：①没有形成超大陆时期，一个半球以下降流为主，而另一个半球则以上升流为主，即：球谐一阶结构为主的模式。此时，地球表面的小陆块朝下降流为主的半球汇聚，显示超大陆的聚合过程；②超大陆形成之后，在超大陆边缘形成围绕超大陆的环形深俯冲，由此产生的横向隔热效应会导致超大陆下方也产生上升流。这样，在两个半球存在对跖的上升流，使得对流模式发生改变，即：球谐二阶结构为主的模式。此时，超大陆下方的超级地幔柱会通过抬升运动、火山活动等破坏超大陆，最终导致超大陆的裂解（图7）。这种模式下虽然存在环形俯冲，但导致超大陆裂解的主要驱动力依然是超级地幔柱。

图7 活动顶盖地幔对流地球动力学数值模拟研究结果

(a)—全球小规模对流状态；b)—球谐一阶早期阶段(超大陆聚合)；(c)一稳定的球谐一阶形状态，在超级下降流(“令羽”之上形成超大陆；d)—球谐二阶早期阶段，超级地幔柱在超大陆下方发展；e)—球谐二阶完成，在两个半球形成对跖的超级地幔柱导致超大陆裂解(在d向e过渡期间形成真极移)

Dal Zilio et al.（2018）对板块俯冲及引发的地幔流对大陆裂解的影响进行了热力学数值模拟，作者模拟了由俯冲引起的地幔流沿大陆板块基底所发生的拖拽力，并对俯冲大洋岩石圈板块滞留在上-下地幔边界和俯冲板块进入到下地幔的两种模型进行了比较。当大洋岩石圈板块俯冲局限在上地幔时大陆裂解发生的距离与有效上地幔厚度相当（距海沟~500km)，从而形成边缘海盆地扩张；当俯冲板块进入下地幔时，引发的地幔流范围将更大，所引发的张性应力可以从海沟延伸至内陆~3000km。作者认为，超大陆边缘的大洋岩石圈俯冲过程中引起的地幔流是导致大陆裂解的主要驱动力，裂解的空间尺度主要受俯冲方式的影响(图8)。而Yang T et al(2018)的动力学模拟结果显示，古老俯冲洋壳在上地幔底部的水平运动也能够引起几千公里外的地幔上涌和陆内裂谷。

图 8大洋板块俯冲引起的地幔流和大陆裂解示意图

a，上地幔俯冲模型；b，全地幔俯冲模型。较粗的黑色箭头表示较强的地幔流动和基底牵引。边缘盆地与海沟的距离a和远端盆地与海沟的距离b是基于均质大陆模型中获得的

Heron et al(2015)的数值模拟结果进一步显示，当一定规模的超大陆形成后，地幔柱一般形成于距超大陆边缘俯冲带2000~3000km而不是超大陆的中心，作者认为地幔柱/超级地幔柱的形成主要取决于超大陆边缘的俯冲带，而不是超大陆的热隔离或深部的热化学堆效应。相反，Zhang N et al(2018)的模拟结果却显示在超大陆内部地幔柱上涌产生的推力比俯冲后撤产生的应力大三倍，地幔柱产生50K的异常高温就可以产生足够的推力导致大陆裂解，俯冲后撤产生的拉张力只能影响到距大陆边缘~600km。

显然，目前已有的地球动力学数值模拟结果还没有为超大陆裂解的动力学机制提供严格的约束，还需要做进一步的工作。

4  Bottom-up与Top-down的关系

地球是类地行星中唯一具有板块构造的星球。

自50年前板块构造理论建立以来，大量的观测资料和研究结果显示，板块构造主导了现今地球的洋-陆格局，山川地貌和各个圈层的物质和能量交换。然而，学术界对板块运动的动力来源一直存在争议，主要是早期的Bottom-up和现今更为流行的Topdown两种机制，前者认为板块运动受控于板块之下、起源于核幔边界的地幔柱而导致的地幔对流；后者认为板块运动的驱动力主要来源于板块自身的负浮力，板块构造和地幔对流均受控于板块的俯冲作用，并得到了许多地质和地球物理观测的支持(见Chen Ling et al，2020综述）。

Hofmann et al（1982）最早提出大洋板内洋岛玄武岩（OIB）起源于深俯冲至核幔边界的洋壳玄武岩（MORB）的重熔（图9），首次把板块俯冲和地幔柱有机地结合在一起。作者用这个模型合理地解释了OIB一些特殊的地球化学和同位素组成特征，包括OIB具有较高的不相容微量元素含量、与MORB类似的亏损Sr-Nd同位素组成和较高的放射成因Pb同位素组成，表明其源区与原始地幔相比有较低的Rb/Sr和Nd/Sm比值和较高的U/Pb、Th/Pb和U/Th比值。大量的后续研究不断地对该模型进行了检验和深化，特别是有关地幔柱是否起源于核幔边界进行了大量的元素和同位素地球化学示踪研究（如铂族元素、Fe/Mn比值、稀有气体同位素等）。虽然目前学术界对地幔柱是否起源于核幔边界仍存在不同的认识，但是近年高精度W同位素分析结果明确指示一些与地幔柱有关OIB源区的确有地核物质的加入。与其他元素和同位素示踪体系相比，¹⁸²Hf-¹⁸²W衰变体系是鉴别玄武岩是否有地核物质加入的最佳示踪剂，这是因为¹⁸²Hf的半衰期只有9Ma，在地球形成后~60Ma就衰变殆尽了，Hf（亲石元素）和W（亲铁元素）在地球形成早期核幔分异过程中因地球化学性质不同而分别进入地幔和地核，导致现今地核的¹⁸²w/¹⁸⁴W比软流圈上地幔低~200X10^-6（地核的u¹⁸²W=-200，软流圈上地幔的u¹⁸²W=0，Rizo et al.，2019）。很多OIB的u¹⁸²W为负值（最低至约-23），而且u¹⁸2W与³He/⁴He呈负相关关系，指示这些与地幔柱有关的OIB有地核物质的加入，很可能是三个端元物质的混合。

图9 洋岛玄武岩形成模型的卡通图

大洋岩石圈俯冲转化为相对致密的榴辉岩和后榴辉岩组合分离，下沉到较深的地幔，堆积并储存在核幔边界；随后内部加热上升形成地幔柱，地幔柱部分熔融形成洋岛火山活动

和其他类地行星一样，地球在最初形成时并无板块构造，地球上板块构造何时起始、如何演化以及现代样式的板块构造体系是何时形成的，仍然是地球科学最具挑战的一个前沿科学问题。从这个问题可以衍生出一个相关的问题，即地球早期是否有地幔柱？如果有，是否类似于现今的地幔柱也是板块深俯冲至下地幔或核幔边界触发形成的？这个问题不仅关系到Botom-up与Top-down之间的关系，而且也直接关系到超大陆裂解的地球动力学问题。金星和火星的研究对理解这个问题非常有启发。根据“麦哲伦号”金星探测器的雷达图像，在金星表面共识别岀116个放射性裂缝系统，绝大多数半径＞200km。火星上的Tharsis巨型盾状火山，高达14~18km、直径~5000km，伴随16个岩墙群，形成年龄为38~37Ga或35~31Ga。这些放射状岩墙群非常类似于地球上已经确定的与地幔柱有关的巨型放射状岩脉群的几何结构。由于金星和火星上没有板块构造运动，也没有明显的后期地质作用改造，表明现今观测到的岩墙群的几何学特征、分布和规模上基本保持其原始状态，推测其成因类似于地球上与地幔柱有关的大火成岩省和岩墙群。如果这个解释正确，那么类地行星早期应该存在地幔柱，即板块深俯冲不是形成地幔柱的必要前提，地幔柱可以独立于板块构造，并有可能触发了地球早期的板块构造。

板块构造的重要特点之一是地壳物质通过板块俯冲返回地幔（即地壳物质的“再循环”），早前寒武纪（特别是太古代早期）的地质、构造、古地磁等信息和记录容易受到后期地质作用的埋藏、改造和破坏而难以完全保存下来，因此古老岩石和矿物的地球化学示踪成为研究板块构造起始和演化的一个最重要的方法。地球化学家们用这样的研究思路开展了大量的研究，结果显示地球上最早的板块构造很可能起始于冥古宙-中太古代（＞40~3.0Ga）。如果这些认识是正确的，那么由此可以衍生岀第二个相关的问题，太古代的板块俯冲是否和现今的板块构造一样可以深俯冲至下地幔或核幔边界，并由此触发地幔柱上升？变质作用实验和地质记录非常有助于理解这个问题。大量的研究结果表明，由于地球早期热流高，太古代洋壳比现今洋壳更厚，成分更偏基性（含有较多的高Mg苦橄岩等超基性岩）。高温高压实验结果显示，在太古代早期地温梯度条件下，苦橄岩将变质形成辉石岩，辉石岩部分熔融产生基性玄武岩，洋壳俯冲和再循环发生在浅部上地幔；晚太古代以后，洋壳俯冲加深、变质作用形成石榴角闪岩经部分熔融形成酸性大陆地壳岩石（图10）。这个结果与岩石地球化学和地球动力学模拟研究结果一致，即地球早期热流高、板块强度低，洋壳俯冲为短期幕式特征，随着地幔温度衰减，早期的短期幕式俯冲逐渐演化为长期的、现今样式的板块构造。

图10洋壳俯冲和地幔亏损随时间演化的模式

(a)—太古代较厚的洋壳形成与俯冲再循环局限在上地幔浅部；(b)—晩太古代之后洋壳变薄，上部玄武岩可以俯冲更深通过部分熔融转变为榴辉岩，开启了现代样式的板块俯冲

         

不同板块构造环境有不同的地热梯度并记录在变质岩中，因此不同地质时期的变质作用特征为理解板块俯冲构造样式提供了独立的约束。Brown et al.（2018）根据变质作用的温度（T）/压力（P）将变质岩分为三类：①高dT/dP（＞775°C/GPa，平均~1110°C/GPa）、②中等dT/dP（775~375°C/GPa，平均~575°C/GPa）、③低dT/dP（＜375°C/GPa，平均~255°C/GPa），其中地球早期太古代-古元古代早期的变质作用以高和中等dT/dP变质作用为特征，指示的是“热俯冲”新元古代以来出现低dT/dP变质作用（古元古代晚期-中元古代有个别dT/dP变质作用记录）指示“冷俯冲”开始出现（图11）类似于现代样式的板块俯冲构造环境。

图11 全球变质作用地温梯度与时间的关系

实线显示了按照地温梯度类型数据做的线性回归，虚线显示了高dT/dP类型变质作用的二阶多项式回归

上述研究结果指示，如果Top-down机制是超大陆裂解的主要机制，这种机制似乎比较适用于Rodinia和Pangea超大陆的裂解，但是否适合更古老的Nuna/Columbia超大陆裂解，还缺乏应有的“冷俯冲”记录，仍需要继续研究。另外，晚太古代是否有超大陆仍是一个非常有争议的问题，如Wiliams et al（1991）认为存在晚太古代-古元古代早期的Kenorland超大陆，而Bleeker et al.（2003）则倾向于晚太古代存在Slave、Superior和Kaapvaal三个大的超级克拉通。

5  进一步的地质记录研究与模型检验

目前学术界对超大陆裂解的主要驱动力主要有Botom-up和Top-down两种不同的认识，究竟哪一个过程对超大陆裂解起主导作用，或者两者都有不同程度的贡献，是今后地球内部动力学研究的一个重要内容，其中对上述两种理论模型的预测和前提进行地质记录检验，是深入理解超大陆裂解主要驱动力的一个重要切入点。

地幔柱模型的一个重要预测是，与超大陆上LIPs相对应的地球另一侧的大洋中应该存在对跖的LIPs，类似于现代的非洲-中太平洋对跖的热异常，代表了Pangea超大陆裂解时位于超大陆下方和地球另一侧对跖的超级地幔柱。对于Rodinia超大陆裂解的超级地幔柱模式，Li Zhengxiang et al（2013）也提出了与Rodinia超大陆下超级地幔柱一个对跖大洋下的超级地幔柱（图12）。由于绝大多数古老的大洋岩石圈都俯冲消亡了，只有极少数保留在造山带蛇绿岩里，所以对于前寒武纪超大陆旋回来说，这样的地质记录研究非常具有挑战性。寻找这个对跖超级地幔柱的地质记录是检验Rodinia超大陆裂解的地幔柱模型的关键。莫桑比克洋是Rodinia超大陆的外洋，其形成、演化和消亡记录了Rodinia超大陆裂解和冈瓦纳古大陆的聚合。莫桑比克洋壳的残余主要以蛇绿岩形式保存在东非造山带(~7000km长)北段的阿拉伯-努比亚地盾(Arabian^ubianShield：ANS)中。ANS蛇绿岩研究已经有50年的历史，但目前还存在很多问题，主要集中在两个方面：第一，高精度蛇绿岩年代学资料非常缺乏；第二，ANS蛇绿岩形成构造背景解释多样，部分同一蛇绿混杂岩也存在不同的解释，如弧前、弧后、大洋高原等。对ANS蛇绿岩进行深入的研究对识别是否存在新元古代与Rodinia超大陆下方地幔柱对跖的大洋超级地幔柱具有重要的意义。最近Doucet et al．(2020)收集了20Ga以来在蛇绿岩中识别出的地幔柱活动记录，建立了一个大洋大火成岩省数据库(O-LIPdb)，其中新元古代以来的记录较多，显示出了一个~5亿年的大洋LIPs旋回，这个选回的周期与超大陆旋回以及大陆LIPs旋回相当，在时代上略为滞后，与Li Zhengxiang et al．(2009)的模型预测比较相符，但仍需要做更加深入的研究。 

图12 新元古代Rodinia超大陆裂解的超级地幔柱模式，模型预测在超大陆的外洋应该存在一个对跖的超级地幔柱.

俯冲后撤模型的基本前提是，环绕超大陆存在一个规模巨大的后撤型深俯冲带及与此相关的活动陆缘岩浆弧。目前的研究显示在Rodinia超大陆的东缘存在与新元古代莫桑比克洋俯冲有关的活动陆缘岩浆弧与增生造山带，但对Rodinia超大陆西北缘新元古代岩浆岩形成的构造背景还存在不同意见。Rodinia超大陆西北缘新元古代岩浆岩包括马达加斯加Imorona-Itsindro岩套、西北印度Malani酸性大火成岩省和塞舌尔群岛花岗岩及其中少量基性岩脉等。一些研究人员认为扬子陆块、印支陆块以及拉萨地块也位于Rodinia超大陆的西北缘，构成了Rodinia超大陆西北缘与莫桑比克洋俯冲有关的安第斯型岩浆弧(图13a)，但另一些研究人员则有完全不同的解释，例如Malani酸性大火成岩省(全球第三大酸性大火成岩省)有大量的高温A型花岗岩／流纹岩，传统上被认为是陆内裂谷／非造山、或与“热点'有关的岩浆作用，马达加斯加Imorona-Itsindro岩套主体上呈双峰式特征，其中酸性岩类似于A型花岗质，因此被认为是与裂谷有关的岩浆岩，不支持Rodinia超大陆西北缘存在一个长期的新元古代活动大陆边缘(图13b)；而扬子北缘新元古代中期岩浆岩的形成构造背景一直是地学界长期争议的问题。因此，进一步深入研究Rodinia超大陆的古地理重建(特别是华南等东亚陆块在Rodinia超大陆的古地理位置)以及印度西北部、马达加斯加、塞舌尔以及扬子陆块新元古代岩浆岩的成因、构造环境和时空演变将有助于检验俯冲后撤模型。

图13 (a)推测的新元古代中期Rodinia超大陆西北缘与莫桑比克洋俯冲有关的安第斯型岩浆弧;IIS：Imorona-ItsindroSuite;Sey：Seychellesgranitoids；MIS：MalaniIgneousSuite。华南、拉萨和印支地块的重建位置存在争议。图中标示的位置分别据ZhouMeifu et al.(2006)、DongXin et al.(2011)、QiXuexiang et al．(2014)。(b)质疑新元古代中期Rodinia超大陆西北缘为活动大陆边缘示意图

6  结论

超大陆旋回是目前已知的地球历史最大时-空尺度的周期性变化，对地球演化具有深刻的影响，超大陆裂解的主要机制不仅是全面理解超大陆演化的重要科学问题，同时也是深刻了解地球内部动力学过程和演变的一个重要窗口。在过去30多年里，虽然学术界对超大陆裂解的动力学机制进行了多学科的研究，但仍未达到共识，正如Dal Zilio(2018)指出的那样，究竟是板块深俯冲(Top-down)导致超大陆裂解形成新的大洋还是地幔柱上升(Botom-up)引发大陆张裂，仍然是一个亟待解决的问题，目前的答案很可能是“两者兼而有之”。

致谢：承蒙许志琴院士邀请和鼓励作者撰写此文，路凯、吴黎光、周久龙帮助清绘相关图件，陈凌研究员审阅论文初稿并提出建设性意见和建议，众多同事在中国科学院地质与地球物理研究所Coffice442自由讨论对作者的启发，在此一并致谢。

原文来源：李献华.2021超大陆裂解的主要驱动力一地幔柱或深俯冲？地质学报，95(1):20~31doi：10.19762/j.cnki.dizhbcuebao.2020267

导读评论和排版整理：《覆盖区找矿》公众号.