太古代的板块构造：观察与解释

四鬼丫头在

太古宙的古板块构造不同于显生宙的现代板块构造，因为早期地球内部地幔温度较高，玄武质地壳较厚，而且地幔中熔融流动不相容的微量元素没有耗竭。鸣谢:中国科学出版社

（）据中国科学出版社：20世纪建立的板块构造理论已经成功地解释了显生宙发生的许多地质现象、过程和事件。

然而，该理论常常难以提供一个连贯的框架来解释大陆内部以及前寒武纪的地质记录。在处理板块构造与大陆地质关系的传统板块构造理论中，大陆内部构造在结构和组成上的继承和发展往往与大陆边缘构造相分离。

这种分离导致了一种错觉，似乎板块构造理论不适用于前寒武纪地质学，特别是在解释太古代克拉通的基本地质特征方面。

这项综合研究是由中国科学技术大学的郑永飞教授提出的。它侧重于来自太古代地质学的可用观测，并对照太古代地球的以下三个特征检查它们的解释:

(1)对流地幔温度高达1500-1700 ℃,

(2)新形成的玄武质洋壳厚达30-40公里

(3)软流圈具有类似于原始地幔的成分，而不是现在的亏损地幔。在此基础上，作者成功地将21世纪的板块构造理论应用于解释太古代克拉通上的重大地质现象。这些结果消除了太古宙大陆地壳并非起源于板块构造体制的错觉。

通过将板块构造理论从20世纪的传统运动学模型提升到21世纪的整体运动学-动力学模型，并系统地考察板块边缘物质和能量的垂直输运，板块构造显然可以解释太古代克拉通的共同地质特征，如岩性组合、构造样式和变质演化。

通过对会聚板块边缘的结构、组成及其动力学的解读，太古代以来大陆地壳的形成和演化可分为前寒武纪的古老板块构造和显生宙的现代板块构造。



太古宙板块构造将在停滞的盖子构造之后运作，不仅包括自下而上的过程，如地幔柱和热管，还包括自上而下的过程，如岩石圈的下沉和俯冲。这些垂直过程并不是太古代独有的，而是持续到显生宙。鸣谢:中国科学出版社

这种方法为早期地球演化和大陆地壳起源提供了新的视角和深刻的见解。它导致了另一种构造模型的发展，设想在停滞的盖构造领域中的垂直运动，不仅包括自下而上的过程，如地幔柱和热管，还包括自上而下的过程，如岩石圈的下沉和俯冲。

事实上，这些垂直过程并不是太古代独有的，而是持续到显生宙。它们是由不同深度的地幔极向对流造成的，并不特定于地球历史上的任何特定时期。

此外，太古宙英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)是汇聚板块边缘过厚的玄武质洋壳部分熔融的结果。片麻状穹窿和绿岩带龙骨的构造模式是TTG岩浆浮力驱动的侵位及其与化石会聚边缘玄武质地壳相互作用的结果，绿岩带中的科马提岩是古板块构造体制下地幔柱活动的产物。

高级变质岩以平面方式而非分带方式广泛分布，归因于片麻状穹窿与绿岩带的分离。

此外，太古宙的火山组合缺乏钙碱性安山岩，表明缺乏来自大洋俯冲带上方花岗岩陆壳风化的沉积物增生楔。太古宙火成岩组合中没有Penrose型蛇绿岩，这可能是由于在微板块俯冲开始时，只有洋中脊上部火山岩从初始俯冲板块上脱落，形成了玄武岩增生楔。

蓝片岩和榴辉岩以及经典的成对变质带的缺失表明，在中等地热梯度下，会聚板块边缘通过温暖的俯冲或厚大洋地壳的硬碰撞而增厚。因此，只有正确认识和理解太古宙纸盒的性质，板块构造才能合理解释其根本地质特征。

21世纪板块构造理论的升级版一旦与太古宙地球的三个特征相结合，就能在解决太古宙大陆地质学解释的先前挑战方面取得革命性的进展。

因此，本文为解读古代和现代板块构造体制之间的继承和发展关系提供了有力的论据。这些结果不仅有助于早期地球大陆地壳的起源和演化，而且揭示了早期地球如何从静止盖构造演化为活动盖构造的地球动力学机制。

这项工作发表在《中国科学: 地球科学》杂志上。