近日，我校bv伟德邹雷博士、夏小平教授、张军波教授团队，联合香港大学赵国春院士、黄广宇博士及国内外多家合作单位，在前寒武纪地球构造体制演化研究方面取得重要进展。

研究团队综合运用岩相学、矿物地球化学及原位微区同位素年代学等技术，创新性地获取了早前寒武纪热造山带内超高温麻粒岩不同变质阶段的石榴子石与独居石变质年龄，精确限定了古元古代哥伦比亚（Columbia）超大陆汇聚期间长达2.2亿年的热碰撞造山历史。通过整合全球各地质时期造山带数据，研究首次揭示了地球从新太古代至新元古代期间，热造山作用时限呈非单调的旋回演化规律，并据此提出了 “滞缓盖层（Sluggish lid）”与“活跃板块构造”交替运行的构造体制模型，系统刻画了地球从早期板块构造向现今板块构造转换的演化模式。这一成果填补了国际地学界关于早期板块构造体制演变认识的空白。相关论文发表在国际顶级学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。

早期板块构造体制转变过程研究的空白与难点

尽管大量证据表明板块构造在太古宙已经存在，但早期地幔温度显著偏高，导致太古宙-元古宙时期的板块构造体制与现代板块构造存在显著差异，学界常将其称为“早期板块构造”。地质记录与地球动力学模拟均指示，相较于现今板块构造，早期板块构造总体呈现“慢速、高热、滞缓、广泛”的特征。然而，早期板块构造体制究竟如何向现今板块构造转变，仍是悬而未决的重大科学问题——这一转变是均匀演化后的突发性变革、持续的渐变过程，还是幕式的交替演化？目前尚缺乏系统的约束与细致刻画。

图1 太古宙至显生宙超大陆/超克拉通重建图及选取造山带分布位置

板块构造体制演化的核心，在于岩石圈板块刚性程度与活动性的改变。超大陆旋回（图1）作为行星尺度的水平构造运动产物，完整记录了岩石圈行为的长期演变历史，因而是解析构造体制演化的理想切入点。然而，早期板块构造伴随大规模、长时限的超高温变质作用，极易重置并抹除岩石中碰撞进变质的岩石学和年代学信息。这一问题在哥伦比亚超大陆汇聚期（约20-18亿年前）尤为突出，导致早期热造山作用的初始碰撞时间和持续时限长期无法被精确约束，极大制约了对超大陆长期热演化及早期板块构造体制转变的认识。

联合多体系微区原位年代学技术约束热造山时限

针对上述研究瓶颈，邹雷博士及合作团队选取了哥伦比亚期最典型的热造山带——孔兹岩带西部的阿拉善地区作为研究对象。该区域未受明显的多期幔源岩浆或构造活动叠加，为恢复原始热碰撞造山演化过程提供了理想的天然实验室。

研究团队首先通过系统的岩相学观察和扩散缓慢的微量元素成分环带分析，精细厘定了阿拉善地区超高温麻粒岩中石榴子石的早期进变质生长阶段（图2）。在此基础上，采用最新的石榴子石原位微区Lu-Hf定年技术，准确获得了其早期进变质年龄，即初始碰撞年龄。同时，对被包裹在石榴子石变斑晶内部、因而免于超高温重置的独居石开展原位微区U-Pb定年分析。通过两套独立定年体系的联合约束，研究团队率先获得了哥伦比亚期代表性热造山带持续2.2亿年的完整碰撞热造山时限（图2），为解析地球长期热演化和早期板块构造体制转变提供了关键锚点。

图2 孔兹岩带西部超高温麻粒岩中石榴子石和独居石揭示的变质年代学演化历史

造山时限的非单调趋势刻画早期板块构造体制的交替演化

在获得了哥伦比亚期关键性数据后，研究团队进一步系统梳理了新太古代至显生宙全球代表性热造山带与冷造山带的持续时长序列（图3）。数据分析与热模拟结果共同表明：早期板块构造体制下，热造山带的持续时间并非均匀不变，亦非线性渐变，而是呈现幕式交替的非单调演化趋势（图4）。具体而言，新太古代至古元古代（哥伦比亚超大陆汇聚）热造山带时限显著缩短；但至中元古代（罗迪尼亚超大陆汇聚）则再次异常延长，持续约 2.6–3.3 亿年；随后在新元古代至显生宙急剧缩短至 0.3–0.6 亿年。这种非单调的演化趋势，与板块运动速率、变质-变形记录等岩石圈观测指标高度耦合，共同反映了太古宙-元古宙期间岩石圈板块刚性与活动性的交替变化。

图3 太古宙至显生宙期间造山带的热与构造持续时限演化数据汇总

图4 (a) 地质记录与热模拟结果获得的各超大陆时期代表性碰撞造山作用及超高温变质持续时间的非单调演化趋势；(b) 剥蚀速率、板块速度及海沟沉积物的长期演化趋势

上述观测结果表明，地球早期构造体制的转变并非单向线性进程，而是受控于岩石圈热状态与力学性质的周期性波动。

新太古代时期，高地幔温度导致岩石圈变形域宽泛、造山周期漫长，对应着相对滞缓的构造体制（Sluggish lid）。至古元古代哥伦比亚超大陆汇聚期，冷俯冲作用和同构造折返的榴辉岩开始出现，标志着岩石圈刚性和活动性显著增强，现代板块构造体制初具雏形。

然而，在罗迪尼亚超大陆时期，极低的侵蚀速率与沉积物供给匮乏削弱了俯冲带的沉积物润滑作用，导致板块运动速率显著下降，构造体制再次回归至相对滞缓状态，伴随岩石圈热状态的异常升高。

直至新元古代-显生宙，指示冷深俯冲的超高压岩石在全球范围内广泛出现，加之大规模榴辉岩化基性下地壳进入地幔，揭示了岩石圈板块刚性和活动性的持续增强，标志着地球最终全面确立了高效运转的现代板块构造体制。

总结与意义

本研究通过创新性地整合石榴子石微量元素成因判别、多同位素体系原位微区定年技术与大尺度热模拟分析，成功克服了热造山带中超高温作用对岩石记录的强烈抹除与重置难题，建立了完整而准确的热碰撞造山时间框架。该成果不仅填补了古元古代哥伦比亚期热碰撞造山时限数据空白，更弥合了对于早期板块构造体制向现今板块构造转变过程的认知空白，精细刻画了地球太古宙-元古宙早期板块构造体制在“滞缓”与“活跃”之间交替运行的动力学演化模式。

本文第一作者是我校bv伟德(第一单位)邹雷特任教授，通讯作者是香港大学赵国春院士和中国科学院地质与地球物理研究所黄广宇副研究员。研究受到国家重点研发计划项目（No. 2023YFF0803802）、国家自然科学基金（Nos. 42330304、42302216、42372235）、国家科技重大专项（No. 2024ZD1001000）、湖北省自然科学基金（No. 2026AFA007）、香港研究资助局（JLFS/P-702/24)和GRF项目(17308023）以及澳大利亚研究委员会项目（FL160100168）联合资助。

论文信息：Zou, L.（邹雷）, Huang, G.Y.*（黄广宇）, Guo, J.H.（郭敬辉）, Cawood, P.A., Liu, J.H.（刘嘉惠）, Liu, P.H.（刘平华）, Jiao, S.J.（焦淑娟）, Xia, X.P.（夏小平）, Li, H.J.（李慧娟）, Zhang, J.B.（张军波）, Huang, M.Y.（黄媚韵）, Zhang, L.F.（张立飞）, Zhao, G.C.*（赵国春）, 2026. Secular change in orogenic duration reveals alternating tectonic regimes during the Archaean-Proterozoic. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-026-76530-3