科研动态 | 我院研究生韩香巧在Nature旗下期刊CEE上发表最新成果：华北克拉通新太古代-古元古代变质热演化与板块构造的发展

发布人：黄荣 发布日期：2026-01-09

       地球是目前已知的太阳系唯一具有长英质大陆地壳和板块构造的行星。大陆地壳的形成和板块构造的出现是地球经历长期热演化的结果（Gunawardana et al., 2024），因此阐明地球早期的热状态和热结构随时间的变化对于理解板块构造的启动和发展具有重要意义（van Hunen and van den Berg, 2008; Zhai and Peng, 2020）。

       变质岩中的矿物组合对温度（T）和压力（P）条件非常敏感，可以反映特定构造环境下的瞬时地热状态（T/P比值），并记录温度和压力随时间（t）的动态变化过程（P–T–t轨迹）（England and Thompson, 1984）。开展变质岩的T、P、T/P比值、P–T–t轨迹形态与地质年代学数据的综合建模分析，可以有效反演地壳的热演化历史和地球动力学过程（Brown and Johnson, 2019），为揭示地球的早期演化提供新的视角。

       新太古代–古元古代是地球历史上最具变革性的时期之一，学界普遍认为全球动力学体制可能在这一时期发生了重大变化。我院尹常青教授团队的硕士研究生韩香巧（2025年7月毕业，现就职于山东省地质科学研究院）在其导师钱加慧副教授的指导下，与尹常青教授、香港大学张健教授和中国科学技术大学高彭研究员合作，通过整合华北克拉通新太古代–古元古代变质作用峰期阶段的温度（T）、压力（P）和T/P比值，以及P–T–t轨迹和变质年龄（t）等资料，建立了华北克拉通首个前寒武纪变质作用数据库，用以探讨华北克拉通新太古代–古元古代期间的变质热演化特征和构造体制演变（图1）。建模结果与全球数据（Brown et al., 2024）的对比表明：

       （1）华北克拉通新太古代–古元古代的变质作用呈现双峰式分布，以高、中T/P为特征；随着地幔潜温的逐渐降低，在古元古代晚期出现少量低T/P变质记录（图1，2）。

       （2）华北克拉通新太古代–古元古代的变质热演化总体上与全球变质热演化的趋势一致（图3），但华北的变质T/P曲线在2.00–1.95 Ga（~1.97 Ga）和~1.80 Ga时呈现更低的数值（图4a），可能分别对应于华北克拉通内部块体的碰撞拼合及其最终并入哥伦比亚超大陆的两次造山事件。

       （3）华北克拉通在新太古代可能就已经存在以暖俯冲为特征的古板块构造，同时伴随sagduction、mantle plumes等垂向构造体制的共同作用；而到了古元古代晚期则主要为横向板块构造体制，以冷俯冲为特征的现代板块构造开始在局部区域运行。新太古代–古元古代发生了板块构造样式的重要转变。

       此外，该研究将板块构造的发展与地球内部–表生系统的演化联系起来（图4），为物质循环过程提供了新的见解。

       以上研究成果以韩香巧为第一作者，钱加慧副教授为通讯作者，我院为第一单位，发表在Nature旗下期刊《Communications Earth & Environment》（中科院一区TOP，IF 8.9）。

图1 华北克拉通变质作用峰期P–T条件（a）与变质年龄（b），b中的插图为数据点在华北克拉通的地理位置示意（华北克拉通构造轮廓引自Zhao et al., 2012）

图2 华北克拉通变质作用峰期P–T条件

图3 华北克拉通新太古代–古元古代变质作用的双峰式发展

图4 新太古代–古元古代地球内部与表生环境的协同演化（改自Huang et al., 2023)

论文信息：

Han, X., Qian, J.*, Yin, C., Zhang, J. & Gao, P. Development of thermal state and plate tectonics in the North China Craton during Neoarchean–Paleoproterozoic. Communications Earth & Environment (2025). 

(https://doi.org/10.1038/s43247-025-03131-1)

 

参考文献

  • Brown, M. & Johnson, T. Time’s arrow, time’s cycle: Granulite metamorphism and geodynamics. Min. Mag. 83, 323–338 (2019).

  • Brown, M., Pearce, J. A. & Johnson, T. E. Is plate tectonics a post-Archean phenomenon? A petrological perspective. J. Geol. Soc. 181, jgs2024-091 (2024).

  • Gunawardana, P. M., Chowdhury, P., Morra, G. & Cawood, P. A. Correlating mantle cooling with tectonic transitions on early Earth. Geology 52, 230–234 (2024).

  • England, P. C. & Thompson, A. B. Pressure—Temperature—Time Paths of Regional Metamorphism I. Heat Transfer during the Evolution of Regions of Thickened Continental Crust. J. Petrol. 25, 894–928 (1984).

  • Huang, B. et al. Changes in orogenic style and surface environment recorded in Paleoproterozoic foreland successions. Nat. Commun. 14, 7997 (2023).

  • van Hunen, J. & van den Berg, A. P. Plate tectonics on the early Earth: Limitations imposed by strength and buoyancy of subducted lithosphere. Lithos 103, 217–235 (2008).

  • Zhai, M. & Peng, P. Origin of early continents and beginning of plate tectonics. Sci. Bull. 65, 970–973 (2020).

  • Zhao, G. et al. Amalgamation of the North China Craton: Key issues and discussion. Precambrian Res. 222–223, 55–76 (2012).

 

图文：韩香巧 钱加慧

排版：熊黎

初审：黄荣 董晓涵

审核：徐永怡 郑义

审核发布：孔晓慧