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哥倫比亞超大陸

哥倫比亞超大陸是1800~1500Ma形成的超級大陸,其存在的關鍵性證據來自印度東部和北美的哥倫比亞地區。因此,Rogers等(2002)將該超大陸命名為哥倫比亞超大陸。由於從1900Ma開始的造山運動使早先存在的Ur、Nena和Atlantica(大西洋)等三大陸塊群逐步匯聚而形成壹個超大陸,這壹過程壹直延續到1500Ma,所以圖8-2中展示的哥倫比亞超大陸是1500Ma時的復原圖。

哥倫比亞超大陸包含的三大陸塊群,分別稱為Ur、Nena和Atlantica。Ur壹詞是德語的前輟,是“原始”的意思;同時,該詞也是世界上最古老城市的名稱。Ur 最初包括印度的西Dharwar和Singhbhum、南非的Kapavaal及西澳的Pilbara等4個克拉通,它們約在3000Ma時即已聚合。印度的Bhandara、南非的津巴布韋、西澳的Yilgarn和東南極沿岸等克拉通於2500Ma時又匯聚到已存在的Ur陸塊群中,成為“expanded Ur大陸塊體群”。第二個大陸塊群稱為Nena,它是在2500Ma時由北美、西伯利亞和格陵蘭所組成的北大陸,加上在2000Ma時由於波羅的(Baltica)的拼貼和北美大陸邊緣的生長而形成的大陸塊群(圖8-3)。第三個稱為大西洋陸塊群,它是在約2000Ma時由南美和西非所組成。上述三個大的陸塊群,在1900~1500Ma期間,通過造山帶的形成而使它們逐步靠攏,形成哥倫比亞超大陸。

圖8-2 哥倫比亞超大陸復原圖

圖8-3 Nena大陸塊體群

與晚古生代聯合大陸和中—新元古代羅迪尼亞(Rodinia)超大陸重建的原則不同的是,在哥倫比亞超大陸重建中,基本沒有古地磁和古生物的資料,而更多地強調了裂谷作用(rifting)和造山作用(orogeny)的重要性。Rogers等(2002)從以下4個方面闡述了重建哥倫比亞超大陸的證據,它們分別是:北美西部和印度之間的裂谷作用、哥倫比亞超大陸裂谷作用和破裂的證據、北美西部和印度-澳大利亞-東南極之間的造山作用以及沿北美東部/波羅的、北美西南部和南美亞馬孫西緣的大陸邊緣的向外生長(outgrowth)。

早在20世紀80年代後期,Hoffman(1988)就強調了古元古代2000~1800Ma造山作用是壹次超大陸地質事件。他認為,北美6個太古宙克拉通是通過古元古代造山作用最終聯合的。波羅的地盾上的太古宙克拉通也是由於2000~1900Ma的Kola-Karelian 造山作用形成褶皺帶和推覆帶,導致Kola 和Karelian克拉通的聯合(Balling,1995)。澳大利亞Yilgarn(伊爾崗)和Pilbara 克拉通的碰撞和縫合發生於古元古代晚期的Capricorn造山期,它們的聯合形成了西澳克拉通,而北澳的Barramundi造山作用則發生於1880~1850Ma之間(Myers,1993)。盡管古元古代造山帶在各個大陸上的分布是如此廣泛,但大陸間造山帶存在的證據卻非常有限。可能的證據來自北美西緣、印度東部、西澳南部和東南極的相鄰地區,沿著Ur和Nena大陸塊群邊緣縫合,該事件早於1500~1400Ma期間發生的裂解事件。此外,沿著北美/波羅的東部、北美西南部和亞馬孫西緣有明顯的大陸邊緣外側的生長,表現為侵入到變質表殼巖中的深成巖基。例如,格陵蘭的Ketilidian 火成巖省和Labrador(拉布拉多)Makkovik 火成巖省中大量的巖基主要形成於1800~1600Ma。美國西南部Yavapai和Mazatzal 造山帶包含壹系列增生弧和大陸邊緣表殼巖,侵入其中的巖基形成於1800~1700Ma;亞馬孫西部也經歷了同壹時期的大陸邊緣的生長,暗示晚古元古代北美南部和南美北部碰撞造山作用的發生。

證明東印度和北美西部曾經聯合的證據還來自兩個大陸上的裂谷系。東印度的中元古代裂谷作用形成廣闊的盆地和線性的裂谷,它們形成的時間大約在1300Ma或1500Ma以前。這些裂谷穿越印度東部大陸邊緣,其中Mahanadi裂谷可能通過Lambert裂谷與南極相連(Mishra等,1999)。北美西緣至少有3個中元古代裂谷(Link等,1993),其中Belt-Purcell盆地的裂開始於1470Ma前(Sears等,1998)。印度和北美裂谷系可對比的證據來自裂谷啟動的時間均為1500Ma左右,以及印度-東南極上的Mahanadi-Lambert 裂谷與印度Godavari 裂谷之間的距離及北美西緣Belt與Uinta 裂谷之間的距離相等,均為500km左右。因此,Mahanadi-Lambert 裂谷與Belt裂谷可以對比,而Godavari 裂谷則與Uinta 裂谷相當。

哥倫比亞超大陸的裂開始於1600~1400Ma;在津巴布韋和中非之間的Chewore 蛇綠巖的形成時間約為1400Ma(Johnson等,2000),該蛇綠巖證明了津巴布韋北緣Chewore 洋的存在(見圖8-2)。此外,在超大陸眾多塊體上1600~1300Ma的後造山(post-orogenic)和非造山(anorogenic)巖漿活動也是很強烈的。例如北美花崗巖-流紋巖地體(1400Ma)(Anderson等,1999)、東印裂谷和邊緣盆地中的不連續的花崗巖-流紋巖地體(1500Ma)、北美北部和南波羅的大陸上的斜長巖(anorthosites)-紋長二長巖(mangerites)-紫蘇花崗巖(charnockites)-奧長環斑花崗巖(rapakivi granites)深成侵入體(AMCG)(1600~1400Ma)(Puura等,1999)、亞馬孫的Rodonian 含“錫”花崗巖(1600~1300Ma)(Bettencourt 等,1999)、北美Mackenzie巖墻群(1300Ma)(Lecheminant 等,1989)、西澳Gnowangerup 巖墻群(1300Ma)、格陵蘭南部Gardar 堿性巖套(1300~1200Ma)(MacDonald等,1993)和印度東北部的Dalma巖漿巖(1600Ma)(Roy等,2002)等。

綜上所述,哥倫比亞超大陸至少有兩個重要的碰撞帶,壹個界於北美西部(Nena的壹部分)和東印度、西澳與東南極之間(Ur的壹部分);另壹個碰撞帶位於北美南部(Nena的壹部分)和南美北部(Atlantica的壹部分)。哥倫比亞超大陸的裂解在Ur發生於1600~1400Ma,而Atlantica與Nena 裂解的時間尚不能確定,可能在1500Ma左右。由於碰撞造山和裂解作用的穿時性,使哥倫比亞超大陸的歷史顯得十分復雜,研究的難度更大。

Hoffman(1988)曾總結全球2000~1800Ma造山帶的分布及時限(表8-2),這壹時限的造山運動是壹次重要的超大陸地質事件,其中也應包括在華北克拉通上發生的呂梁(中條)造山運動。值得重視的是,塔裏木克拉通和歐龍布魯克微陸塊上也出現了這壹時限範圍內的變質作用、深熔作用和巖漿活動。

表8-2 全球晚古元古代造山事件