《Earth-Science Reviews》：Archean microplates: Reconstruction methods and their resource-environmental effects
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太古宙微板块构造主导早期大陆克拉通形成，通过同位素 mapping、区域地质对比和地球物理探测排除后期构造干扰，揭示其与金属矿床形成、古环境演化的耦合机制。
孙国正|周建平|李三忠|刘书文|王曦|匡健|王亮亮|王林涛|杨宇|高磊|胡亚璐|于胜尧|戴黎明|曹华华
中国海洋大学海洋地球科学学院，教育部深海多圈层与地球系统科学前沿中心，海底地球科学与勘探技术重点实验室，青岛266100，中国
摘要
太古代是地球早期演化的一个关键阶段，其地质过程和地球动力学模型与显生代有显著差异。来自构造地质学、岩石学、地球化学和数值模拟的多种证据表明，微板块构造在太古代普遍存在，并且微板块的俯冲、增生和碰撞聚合可能主导了早期大陆地壳的形成和演化。本文深入探讨了用于太古代微板块重建的理论框架、方法论和模型。通过结合同位素映射、区域地质对比和各种地球物理探测方法，我们可以有效排除后期构造-热事件的强烈干扰，准确识别出前寒武纪结晶基底中的太古代微板块。太古代微板块构造本质上是一种强烈而复杂的地壳-地幔相互作用，它控制着元素的迁移和富集，从而影响金属矿产资源的形成和分布。此外，太古代微板块构造的启动彻底重塑了地球早期的海陆分布，使地球从以水为主的世界转变为一个更加富含大陆的世界，并通过风化和生物过程的耦合推动了环境转变。因此，太古代微板块构造具有重要的资源和环境效应，为理解宜居地球的形成提供了新的见解。
引言
大陆是我们自然环境的一部分，因此了解大陆何时以及如何从最初的贫瘠状态发展到当前的宜居状态非常重要。这类知识对于预测地球的未来也具有重要意义（Zhu等人，2021；Xu等人，2024）。因此，早期大陆地壳的形成和演化的地球动力学一直是固体地球科学中的一个关键问题（Tang等人，2016；Kusky等人，2018；Palin等人，2020；Sun等人，2021；Cawood等人，2022；Ge等人，2023）。到目前为止，研究人员提出了几种流行的动力学机制，其中最具代表性的是板块构造和前板块构造（包括地幔柱、俯冲、热管、滴落和停滞盖层）（Capitanio等人，2019；Liu等人，2022；Zhao等人，2023）。每种模型都有其自身的特点和应用范围，但没有一种模型能够成功解释所有太古代克拉通的岩石学、构造和变质特征（Long等人，2024）。
尽管早期大陆核的起源存在争议，但从小型到大型大陆地壳的多阶段增长过程是明确的（图1A；Cawood等人，2022）。在新太古代（约27亿年前），较高的地幔热流通过更长的中洋脊分布，导致形成了大量较小的板块，这些板块以近乎等大小的五边形和六边形稳定地分布在截断的二十面体中（图1B；de Wit和Hart，1993；Van Kranendonk和Kirkland，2016）。据此，Palin和Santosh（2021）提出，一个完整的克拉通通常是由不同微板块的俯冲-碰撞-伸展造山循环形成的（图1C–D）。在此基础上，微板块构造理论为早期地球的动力学研究提供了新的范式（Li等人，2018；Li等人，2022）。微板块是岩石圈中相对较小且刚性的碎片，它们独立于周围的主要板块和其他微板块移动。根据其流变结构和岩石组成，微板块可以分为大陆微板块、海洋微板块和地幔微板块（图2）。它们必须满足以下四个标准：（1）面积应在10^5到10^6平方公里之间，长度约为300至1000公里，以便将其定义为可绘制的单元；（2）它应该代表一个相对统一且刚性的移动块体，在方向和速度上表现出均匀的运动，这可以通过当前的GPS速度或板块重建速度来指示；（3）微板块可以由多种动态过程形成：每个微板块可能有一个主要的起源，如俯冲、碰撞、剥离、下插、地幔柱活动、旋转、转换断层或其他可能相互关联的构造过程；（4）它们必须具有相对独立的演化历史（Li等人，2018；Li等人，2022）。太古代微板块在高温和增厚的海洋地壳环境中形成，并通过“碰撞-聚合”过程形成了稳定的克拉通，例如华北克拉通和皮尔巴拉克拉通。由于热能较高，太古代微板块的动力学与显生代板块构造有显著不同。太古代“微板块构造”与传统“板块构造”的关键区别在于太古代没有全球性的、相互连接的板块边界网络。此外，地幔柱能够生成海洋高原和大型火成岩省（LIPs）。当这些特征足够稳定和独立时，它们可以演化成海洋微板块。因此，“地幔柱”和“微板块构造”应被视为互补的过程，而不是互斥的现象。由于微板块可能出现在任何存在瑞利-泰勒不稳定的地方，它们可以在地球的整个演化历史中，在板块构造和前板块构造机制下发展。重建太古代微板块不仅有助于我们解开大陆岩石圈的初始形成和稳定过程，还为理解太古代矿产资源的起源和早期生命演化的环境条件提供了必要的背景。
太古代微板块构造的证据
板块构造的启动标志着地球地质历史上的一个关键时刻，塑造了地球的表面动态并影响了其宜居性。在早期地球，板块构造的演化和启动时间尚未得到解决，这成为我们理解地球早期演化过程的巨大障碍（Cawood等人，2018；Zheng，2023）。目前对板块构造起始时间的看法涵盖了从冥古宙到
太古代微板块识别和重建的方法论
重建太古代微板块需要一种综合的方法，结合各种地质、地球化学和地球物理技术来解码早期地球高度变形和变质的岩石记录。
太古代微板块构造的资源效应
太古代地体蕴藏着世界上大量的矿产资源。微板块相互作用所创造的构造环境为各种类型矿床的形成提供了有利条件。在微板块构造机制下，较小且寿命较短的裂谷和俯冲事件的发生频率相对较高，从而形成了更多数量更多、分布更广的岩浆-热液系统，从而形成了独特的成矿特征。
环境影响和地球系统演化
太古代微板块构造的影响远远超出了固体地球的范围，从根本上改变了地球的表面环境。形成矿床的相同构造过程也调节了海洋和大气的化学成分，调控了全球气候，并最终为宜居地球的演化奠定了基础。
结论
- （1）一系列证据支持太古代存在微板块活动的可能性。例如，全球TTGs中Ba含量的长期变化、富Mg-K的sanukitoids的零星分布、早期造山带的相对较短长度以及热力学数值模拟结果都表明，当时发生了小规模、短周期的热俯冲，即“微板块构造”。
- （2）尽管
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
本研究得到了深地探测和矿产资源勘探-国家科技重大专项（编号：2025ZD1004904）、国家自然科学基金（42572241、42202220、42202223、42202219）、山东省自然科学基金（ZR202111290393）、中国博士后科学基金（BX20220280、2022M712988）、山东省创新人才博士后计划（SDBX2021003）和泰山学者（tstp20231214）的资助。
