太古宙克拉通根部的通道化交代作用：岩石圈再富集机制的地球物理证据

本研究通过大地电磁三维各向异性反演技术，揭示了加拿大西部Superior克拉通岩石圈地幔100-200 km深度存在南北向导电通道，证实了元古代地幔柱活动导致的含金云母通道化交代作用。该发现为理解克拉通长期稳定性与改造机制提供了新的地球物理约束，发表于《Nature Communications》。

　　

地球大陆的核心——太古宙克拉通以其厚达200公里以上的岩石圈根著称，这些古老稳定的构造单元如同大陆的"锚"，历经数十亿年地质变迁仍巍然不动。然而近年来科学家们发现，这些看似坚不可摧的克拉通根部其实暗藏玄机，存在着神秘的"通道化改造"现象。加拿大西部Superior克拉通作为全球最大的太古宙克拉通，其岩石圈地幔中隐藏着怎样的结构密码？又是哪些地质过程在维系或威胁着它的长期稳定？这些问题的答案对于理解大陆演化机制至关重要。

传统观点认为克拉通稳定性源于其贫瘠、难熔的岩石圈组成，但越来越多的证据表明后期交代作用可能通过引入流体或熔体改变其原始性质。由Eric A. Roots领衔的国际研究团队在《Nature Communications》发表创新成果，首次通过大地电磁(MT)三维各向异性成像技术，揭示了Superior克拉通西南部岩石圈地幔中规模达500×300 km²的导电异常带，为破解克拉通演化之谜提供了关键证据。

研究团队整合了1997-2022年间Lithoprobe、USArray和Metal Earth项目的374个MT测站数据，采用MT3DANI三维各向异性反演算法，重点解析了8-15385 s周期的阻抗数据。通过对比各向同性与各向异性模型，结合区域地震波速、热流值和地幔包体数据，构建了多参数约束的岩石圈结构模型。

【Phase tensor analysis】

相位张量分析显示160-1280 s周期（对应岩石圈地幔深度）存在显著相位分裂（φ_max-φ_min>30°），在Nipigon Embayment以南区域形成高度极化的EW向椭圆阵列。这种特征与微弱感应箭头共同表明存在深部电性各向异性，而非简单三维结构所致。

【3D anisotropic modeling】

三维反演揭示100-250 km深度存在电阻率强烈各向异性层：东西向电阻率(ρ_y)保持>1000 Ω·m的克拉通典型值，而南北向电阻率(ρ_x)在C1异常区骤降至10-100 Ω·m，各向异性比达10-100。该层顶部约100 km，向Nipigon Embayment附近（C2区）电阻率升高至100-300 Ω·m，对应各向异性比降至约10。

【Discussion】

通过排除晶格择优取向等微观机制，研究确认宏观尺度上南北向导电通道的存在。热力学模拟表明，在37 mW/m²地表热流（岩石圈厚度~265 km）条件下，仅含0.5-1%体积分数的金云母(phlogopite)通道即可解释观测电阻率。这些通道形成于2200-1800 Ma期间的Trans-Hudson造山作用与地幔柱活动：EW向挤压形成垂向薄弱带，地幔柱熔体沿LAB（岩石圈-软流圈边界）侧向运移并选择性地渗入南北向通道（图4a）。随后的1.1 Ga中大陆裂谷(MCR)事件使C2区金云母部分分解，导致电阻率升高与地震波速降低的叠加异常。

这项研究开创性地揭示了克拉通根部"通道化交代作用"的物理证据，提出元古代构造-岩浆事件通过选择性改造而非整体置换的方式影响克拉通稳定性。南北向导电通道如同岩石圈中的"隐秘血管"，既记录了古地幔柱与造山作用的相互作用，又为理解克拉通长期存活机制提供了新视角——有限的流体通道可能通过局部弱化反而增强整体应变耐受性。该成果为全球克拉通电性结构研究树立了新范式，对深部资源勘探和大陆演化模型构建具有重要启示。