近日，我校国家野外站、全球大地构造中心黄波副研究员和蒂姆·科斯基教授等与澳大利亚研究人员合作，在约束新太古代-古元古代关键转折期造山作用样式和表生环境变化等方面取得新的研究进展。相关成果以“古元古代前陆序列记录了造山样式和表生环境变化（Changes in orogenic style and surface environment recorded in Paleoproterozoic foreland successions）”为题，发表于国际综合性期刊《自然·通讯》（Nature Communications，全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43893-w）。

地球是已知唯一具有长英质大陆地壳、板块构造和生命的宜居星球。其现今的宜居性由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间的相互作用维持。晚太古代到古元古代是地球内部和表生系统最具变革性的关键转折期之一，见证了陆地广泛浮出海平面、克拉通化、超级克拉通-超大陆旋回和全球板块构造建立等固体圈层演变，以及大规模含铁建造、石墨-磷成矿、休伦冰期、大氧化事件和多细胞真核生物出现等表生圈层变化（图1）。虽然目前普遍认可全球性板块构造至少在晚太古代到古元古代已经存在，但此时板块构造样式，尤其是造山作用样式与现代俯冲-碰撞体系有何差异，以及固体和表生圈层之间的反馈机制等前沿热点科学问题，仍需进一步地质约束。

前陆盆地碎屑沉积物是陆-陆或弧-陆碰撞等汇聚板块边界的重要沉积档案，能够记录造山带地壳隆升和去顶作用期间的碎屑源-汇历史，并有潜力示踪造山样式和相关表生过程的变化。研究团队选取华北克拉通南部古元古代早期嵩山群前陆沉积序列开展详细野外、构造、多矿物年代学和大数据分析等研究，表明该序列沉积于约25.0-24.7亿年前阿尔泰型（Altaid-style）岛弧-微陆块碰撞形成的前陆盆地，并在约20-18亿年前喜马拉雅型（Himalayan-style）陆-陆碰撞造山过程中转化为褶皱逆冲带，为华北克拉通两期造山作用提供了新的沉积学、年代学和构造地质学约束。

此外，研究团队通过整合构造、碎屑金红石/锆石和变质大数据等多方面证据，约束了新太古代和古元古代明显不同的变形和变质作用样式，认为该样式差异可能是新太古代和古元古代造山作用和板块构造样式发生转变的响应，即太古宙以阿尔泰型弧陆增生-软碰撞、缺乏高压变质作用和形成超级克拉通等为特征，而古元古代广泛发育喜马拉雅型陆陆碰撞，出现冷俯冲、全球性超大陆聚合等为特征（图2）。研究团队进一步提出造山带隆升-剥蚀及硅酸盐风化过程可能对古元古代早期水圈、大气圈和生物圈产生了重要影响，而有机物埋藏、沉积物俯冲等过程又进一步促使古元古代造山作用样式的转变，体现了固体-表生圈层相互作用和协同演变的复杂地球系统演化观。

该研究一方面显示了基于地质约束的多种碎屑副矿物年代学及大数据对比研究在示踪前寒武纪多期造山作用和变质样式转变方面的潜力，另一方面对于认识太古宙-元古宙关键转折期造山作用样式演变、表生环境变化和固体-表生圈层相互作用等具有启示意义。

黄波副研究员为论文第一兼通讯作者，Tim Kusky教授、博士研究生刘满、付冬特任教授、邓浩副教授和硕士生钱群叶，澳大利亚科廷大学Tim E. Johnson教授和Simon A. Wilde教授为合作作者。该研究获得国家自然科学基金（41888101、41890834、42330104、42102244）、111计划（BP0719022）和“地大学者”人才培育基金等支持。

论文信息：

Huang, B. (黄波), Liu, M. (刘满), Kusky, T.M., Johnson, T.E., Wilde, S.A., Fu, D. (付冬), Deng, H. (邓浩), Qian, Q. (钱群叶), Changes in orogenic style and surface environment recorded in Paleoproterozoic foreland successions. Nature Communications 14, 7997 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43893-w

图1 地质历史固体-表生圈层多种代表性指标变化趋势

图2 太古宙晚期和古元古代板块构造示意图