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整理:游戏121
2023-10-28

罗迪尼亚超大陆

新元古代在整个地质历史中是一段十分重要而颇具特色的时期,除去众所周知的全球性广泛分布的冰川活动和艾迪卡拉动物群的出现外,超大陆的汇聚和裂解构成该时期的另一特色。中元古代末期和新元古代早期的造山运动使全球大地构造格局发生重大变化。由于碰撞作用使若干分离的大陆块汇聚成超大陆或联合大陆,汇聚后的超大陆在不同部位和不同时期又重新裂解成若干大陆块体。目前国际地学界关注的罗迪尼亚超大陆的形成和裂解使新元古代重大地质事件的研究再次成为热点。

McMenamin等(1990)首先提出新元古代“Rodinia”超大陆的概念,指出罗迪尼亚是一个10亿年前由大陆碰撞形成的全球性的超大陆。“罗迪尼亚”一词来源于俄语,原义为“祖国(motherland)”之意。赋予新元古代时期超大陆以“罗迪尼亚”一词,系指罗迪尼亚超大陆是显生宙所有大陆的“根”,而且罗迪尼亚超大陆的边缘(大陆架)是最早期动物诞生的摇篮。通过罗迪尼亚超大陆的研究,可能形成一种全新的地球动力学机制,同时罗迪尼亚超大陆的形成和裂解制约着元古宙及后期矿产的形成与分布。

许多著名的前寒武纪地质学家在SWEAT假说(美国西南部与东南极汇聚)(Moores,1991)的基础上,对罗迪尼亚超大陆的古地理再造做了大量的探索性研究,其中较有影响的成果之一当数Hoffman(1991)所建立的新元古代时期超大陆复原图。该成果被许多文献引用。在他建立的超大陆复原图中,发生了以劳伦大陆为中心的聚合,东冈瓦纳(澳大利亚、印度和东南极)与其相邻。西伯利亚位于劳伦大陆的一侧,而另一侧遥相对应的则是波罗的、非洲和南美地块群。上述早前寒武纪地块主要以格林威尔时期(1300~1000Ma)造山带为缝合标志。在Hoffman的罗迪尼亚全球构造复原图的基础上,Li Z.X.等(1995、1996)讨论了中国华北与华南在超大陆中的位置,分别将华北和华南置于西伯利亚的两侧,并认为宽坪运动和四堡运动在时代上与格林威尔运动大致相当。

当劳伦大陆与东南极和澳大利亚分裂以后,形成了古太平洋。这是罗迪尼亚破裂以后第一次最重大的地质事件,时间推断在720Ma左右(Unrug,1996)。罗迪尼亚的破裂是通过裂谷、沉降盆地(sag basin)、陆内活动带、被动大陆边缘和岩浆弧的形式实现的。该超大陆的破裂奠定了形成冈瓦纳大陆的基础,冈瓦纳大陆的汇聚大致在古生代初最终完成。在罗迪尼亚破裂至冈瓦纳的汇聚过程中,当劳伦大陆依然和西伯利亚、波罗的陆块与亚马孙和Rio de la Plata陆块结合在一起时,冈瓦纳大陆其他部分在新元古代末期形成了一个短寿的超大陆,称为Pannotia(Powell,1995)。

从1999年开始执行的IGCP-440“罗迪尼亚超大陆汇聚与裂解”研究项目,在全球300多位科学家的参与下已取得许多重要进展。除罗迪尼亚超大陆复原图尚在编制中外,其主要进展简述如下。

1.从SWEAT假设到AUSWES和AUSMEX假设

SWEAT系指北美西南部与东南极连接的一种假设,是20世纪90年代初重建罗迪尼亚超大陆的重要基础。到90年代后半期,有些学者提出,澳大利亚东部与美国西部中—新元古代地质特点具有更大的相似性。因此,对罗迪尼亚超大陆的结构进行了调整,认为AUSWES比SWEAT假设更合理。到21世纪初,Pisarevsky等(2003)根据古地磁资料认为,在超大陆中与东澳位置最接近的应是北美更南端的墨西哥,而不是美国。因此,提出AUSMEX假设代替了前两种假设。

值得注意的是,上述三种假设并不存在谁是谁非,或者最新提出的假设可以完全替代早期假设。在Pisarevsky等(2003)提出一幅全新的罗迪尼亚重建图时,Rogers等(2003)同时也提出了一幅简化的罗迪尼亚复原图,依然坚持了SWEAT假设,将东南极置于与劳伦西南相邻的位置(图8-4)。图8-5列出了其他几幅有代表性的罗迪尼亚复原图。

2.关于东冈瓦纳聚合时代的争论

在罗迪尼亚研究中,目前争论最大的是关于东冈瓦纳聚合的年代。东冈瓦纳是由印度、澳大利亚和东南极组成的大陆块体群。一部分学者坚持东冈瓦纳是通过与格林威尔同期造山作用“焊接”而成的,是罗迪尼亚的组成部分,其中Rogers等甚至认为东冈瓦纳是一个长寿大陆,是Ur古大陆块群演化的结果,直到联合大陆解体,组成东冈瓦纳的印度、澳大利亚和东南极才各自分离。然而另一部分学者则持有完全相反的观点,其依据有三方面:第一,精度较高的古地磁资料表明,在罗迪尼亚形成时,印度位于北半球高纬度区,不属超大陆的成员;第二,没有证据表明东南极分散的古老地质体在1000 Ma时已聚合,它们应是泛非运动的产物;第三,1000 Ma的地质事件属于热事件,虽然有大量深成侵入体的形成,但没有同期遭受变质作用的地质学和年代学证据,因此该时期的事件不具造山作用的性质,在东冈瓦纳陆块群内不存在与格林威尔相当的造山作用。东冈瓦纳直至600~550 Ma泛非期才聚合而成。

图8-4 Rogers于2003年发表的罗迪尼亚复原图

3.西伯利亚的位置

近年来至少有7种有关劳伦与西伯利亚连接的重建模式,其中比较重要的两种模式,分别是西伯利亚南部与劳伦北部相连及西伯利亚北部与劳伦北部相连的模式。

沿西伯利亚边缘发育的里菲层序及年代和古地磁资料表明,在罗迪尼亚时期西伯利亚边缘被大洋所包围。根据最近获得的地质和古地磁资料,西伯利亚可能是古元古代超大陆裂解后形成的几个克拉通聚合的产物,这次聚合包括西伯利亚和劳伦大陆,并成为罗迪尼亚的核心。西伯利亚缺少大规模格林威尔期碰撞的地质记录,支持西伯利亚南部与劳伦北部相连的模式。西伯利亚南部幔源超铁镁质杂岩可能与地幔柱有关,后来引起罗迪尼亚的破裂。新元古代早期大量的岩墙和岩床在西伯利亚克拉通东部(约1000Ma)和南部(740~780Ma)十分发育,后者可能与劳伦北部Franklinian岩浆事件有关。在此阶段沿南缘(Sayan—Baikal)发育的被动大陆边缘指示了新洋盆的打开。西伯利利约在700Ma完全脱离了罗迪尼亚超大陆。

4.华南陆块

在IGCP-440项目执行过程中,数十位中国地质学家参与了中国古大陆与全球构造的研究,并取得丰硕成果。根据地层学和事件地质学的资料,特别是新获得的大量U-Pb法同位素年龄资料表明,扬子克拉通和塔里木克拉通的新元古代地质历史具有极大的相似性,突出表现在热-构造事件的特征、序列和年代格架、克拉通化终结时间、南华系—震旦系地层层序、冰成岩层位及时代等诸多方面。根据这些相似性,作者等已撰文(陆松年等,2003c)提出中—新元古代扬子克拉通与塔里木克拉通相连或相邻的可能性。关于中国主要克拉通与罗迪尼亚超大陆的关系在第九章还要进一步讨论,这里着重介绍李正祥等在华南的研究成果。

华南陆块上保存着许多了解罗迪尼亚汇聚与裂解的关键性证据。最近的研究工作表明,在华夏陆块西南端的海南岛上存在约1430 Ma的花岗岩及1300~1000 Ma期间的角闪岩相变质作用。在扬子克拉通北缘和南缘同样也存在约1000 Ma的花岗质岩体和具有相似年龄的可能来源于华夏古陆的碎屑岩。这表明,在四堡造山带西部华夏古陆与扬子克拉通的碰撞可能集中在1000 Ma左右。然而,沿着扬子克拉通东南边缘约970 Ma的埃达克质花岗岩的存在表明在这一时期俯冲作用仍然继续进行。在大陆的增生/碰撞过程中,在扬子克拉通北缘和东南缘900 Ma的弧火山作用可能使得更为年轻的火山岩生成。进一步的研究还表明,华南新元古代裂解历史与澳大利亚东部几乎一致,在罗迪尼亚超大陆中,华南置于劳伦南部与东澳大利亚之间是可能的。如果确是这样,那么则表明罗迪尼亚超大陆的主要块体直到1000 Ma以后,甚至是900 Ma才会聚到一起。这在地质上可以解释关于各种东澳大利亚-南极-劳伦连接假设的某些误差。当然,其他的一些重建模式,比如华南邻近印度和西澳大利亚也是可以接受的。当前古地磁数据对这些重建模式都是支持的。罗迪尼亚裂解时期,在罗迪尼亚中部和西部,有大量相同时代的非造山岩浆作用。这种岩浆作用持续了约100Ma,但主要集中在两个时期:第一期约在830~795 Ma;另一期约在780~745 Ma。在这两个时期都有地幔柱成因的镁铁质岩石产生(如在西劳伦、华南、澳大利亚和南非等地),前裂谷时期开始阶段的裂解可能与岩石圈伸展和减薄所造成的减压熔融作用无关。有理由推断,约在830Ma时期,罗迪尼亚超大陆之下存在一个超级地幔柱,并引发相应的深源岩浆作用;到820Ma左右,在罗迪尼亚超大陆内部出现裂解,并最终导致在斯图尔特(Sturtian)冰川作用期间罗迪尼亚超大陆的完全破裂。

图8-5 罗迪尼亚超大陆复原图

哥伦比亚大陆,罗迪尼亚大陆,盘古大陆是怎么个过程...

哥伦比亚大陆存在于约18亿年至15亿年前

 

 

罗迪尼亚大陆存在于约11亿年至7.5亿年前

 

 

盘古大陆存在于约3亿年至2亿年前

罗迪尼亚超大陆的古地理

二十世纪七十年代开始有人提出在新元古代早期地球存在一个超大陆。当时地质学家提出在当年造山带分布于全世界的克拉通 。例如北美洲的格林维尔造山带、西伯利亚的乌拉尔造山带和欧洲的达斯兰亭造山带。
在这之后,有许多罗迪尼亚大陆可能的型态被提出。这些重构都是基于造山带和克拉通的分布。 虽然罗迪尼亚大陆的克拉通型态已经有充分了解,但在细节上仍有许多差异,仍有赖未来古地磁学研究。
罗迪尼亚大陆的分布可能以赤道以南为中心。而罗迪尼亚大陆的中心一般认为是北美克拉通(劳伦大陆),在东南侧则是东欧克拉通(之后形成波罗地大陆)、亚马逊克拉通和西非克拉通环绕。在南边则是拉普拉塔克拉通和圣法兰西斯科克拉通;在西南则是刚果克拉通和喀拉哈里克拉通;在东北则是澳洲大陆、印度次大陆和东南极克拉通。北美克拉通北方的西伯利亚大陆、华北陆块、华南陆块的位置则因为以下不同的假设而有明显差异:
SWEAT(美国西南-东南极克拉通,Southwest US-East Antarctica craton):南极洲位于劳伦大陆西南,澳洲大陆位于南极洲北方。
AUSWUS(澳洲-美国西部,Australia-western US):澳洲大陆位于劳伦大陆西方。
AUSMEX(澳洲大陆-墨西哥,Australia-Mexico):澳洲位于劳伦大陆以南相对于当今墨西哥的位置。
Bogdanova 等人于2009年基于 Li 等人于2008年提出的华南陆块位于劳伦大陆西岸。
Sears 和 Price 于2000年提出西伯利亚大陆和美国西岸经由贝尔特超群(Belt Supergroup)接壤。
克里斯多福·史考提斯(Christopher Scotese)的假设。
罗迪尼亚大陆形成前的古地理所知甚少,古地磁和地质资料仅能让我们完整重构罗迪尼亚大陆分裂之后的状态 。当今能确定的是罗迪尼亚大陆大约在11到10亿年前形成,7亿5千万年前分裂。罗迪尼亚大陆则是由超级海洋米洛维亚洋(来自俄语 мировой,全球的)环绕。 相对于罗迪尼亚大陆的形成,对于罗迪尼亚大陆的分裂已经很明确了解。地壳的断裂带并非同时在各处发生。新元古代大量岩浆流与火山爆发的证据在每个大陆都被发现,这些是罗迪尼亚大陆在7.5亿年前分裂的证据。早在8亿到8.5亿年前,一道断裂带在今日的澳洲大陆、南极洲东部、印度、刚果克拉通、喀拉哈里克拉通之间形成,之后在劳伦大陆、波罗地大陆、亚马逊克拉通、西非克拉通、圣法兰西斯科克拉通也形成断裂带,断裂后形成埃迪卡拉纪的阿达马斯托洋。
大约在5.5亿年前埃迪卡拉纪和寒武纪的分界,亚马逊克拉通、西非克拉通、圣法兰西斯科克拉通首先合并。这个构造阶段叫做泛非造山运动,形成了在几亿年后都相当稳定的冈瓦那大陆。
大约6.1亿年前,埃迪卡拉纪中期形成巨神海。巨神海东部在劳伦大陆和波罗地大陆之间形成,西部则是在劳伦大陆和亚马逊克拉通之间。分裂时间和泛非造山运动的时间难以关联。一般认为在6亿到6.5亿年前地球上所有大陆重新聚集形成理论上的潘诺西亚大陆。

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罗迪尼亚超大陆汇聚及裂解有关的重大事件群

与罗迪尼亚超大陆汇聚及裂解有关的重大事件群在研究区内,特别是塔里木克拉通和柴达木地块表现得十分醒目,无疑表明它们处于罗迪尼亚构造域之中。根据现有资料分析,在罗迪尼亚超大陆中,塔里木克拉通与扬子克拉通相连或相邻。按现代地理方位,塔里木南缘与扬子北缘相接的可能性较大,且柴达木地块可能夹于其间。其有利的证据有以下几方面:第一,扬子克拉通北缘存在一条新元古代早期花岗片麻岩带,这条岩浆岩带与柴达木地块北缘新元古代花岗片麻岩带基本可以对比,二者可能原为一条岩浆岩带;第二,扬子克拉通北缘秦岭岩群的原岩组合及地层时代与柴达木地块北缘沙柳河-鱼卡河岩群原岩组合及地层时代相似,两套地层可能是同一时代、相似沉积环境和构造背景中的产物;第三,柴达木地块南缘(东昆北)金水口岩群形成于一种被动大陆边缘的构造背景,有可能原为中元古代塔里木克拉通南部大陆边缘,南华纪大裂解使柴达木脱离塔里木,逐步成为游离于塔里木与扬子之间的独立块体,后来卷入了早古生代造山作用。因此,作者在塔里木克拉通与扬子克拉通连接的基础上,进一步提出塔里木-柴达木(北秦岭)-扬子连接的可能性,即在中元古代晚期至新元古代早期,塔里木南缘与扬子北缘之间,夹持着柴达木地块和北秦岭地块,而且柴达木地块在两个克拉通之间的位置与现代方位相比大致旋转了180°。关于塔里木-柴达木(北秦岭)-扬子连接目前仅仅是一种假设,需要更多的地质资料及古地磁资料的验证。

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