综述：坦桑尼亚Usagaran造山带中的成对变质带：古元古代单向大洋俯冲的证据

这篇综述深入解析了坦桑尼亚克拉通东南缘Usagaran造山带中古元古代（约20亿年前）成对变质带（PMB）的特征，通过岩石学、地球化学和年代学数据，揭示了该区域存在典型的威尔逊旋回（Wilson cycle）和单向大洋俯冲（one-sided oceanic subduction）过程。研究重点包括高压榴辉岩（eclogite）与低压麻粒岩（granulite）的空间-时间耦合关系，以及被动大陆边缘沉积（Konse Group）和增生楔（Lower Isimani Group）的变质演化，为古元古代板块构造模式提供了关键证据。

　　

坦桑尼亚Usagaran造山带的古元古代板块构造证据

成对变质带的构造背景

坦桑尼亚克拉通东南缘的Usagaran造山带保存了约20亿年前的成对变质带（Paired Metamorphic Belts, PMB），包括高压低温（HP-LT）的榴辉岩带和低压高温（LP-HT）的麻粒岩带。这种组合被解释为单向大洋俯冲的产物，是地球早期板块构造活动的直接证据。研究通过详细的岩石学分析和年代学数据，重建了从被动大陆边缘裂解到俯冲-碰撞的完整威尔逊旋回。

关键岩石单元与变质演化

1. 1.

   被动边缘序列（Konse Group）：

   该组沉积于2.22–2.06 Ga的Lomagundi碳同位素正漂移事件期间，以高δ¹³C_carb值（+12.6‰）为特征。2028 Ma的变质年龄表明其经历了与造山作用相关的低级变质改造。

2. 2.

   榴辉岩带：

   榴辉岩分为三类：

   • •

     MORB型榴辉岩：地球化学显示N-MORB和E-MORB特征，代表洋壳俯冲产物。

   • •

     玻安岩型Opx榴辉岩：低Si、高Mg，与俯冲起始环境相关。

     峰值变质条件达850–880°C/18–19 kbar（约60–70 km深度），随后经历近等温折返（750–800°C/6–10 kbar），形成Opx-Pl冠状反应边。

3. 3.

   增生楔变质沉积岩（Lower Isimani Group）：

   含Grt-Ky-Bt组合，峰值条件770°C/13.2 kbar，与榴辉岩共享短寿命变质事件（约2000 Ma）。

4. 4.

   高压麻粒岩推覆体（Upper Isimani Group）：

   以Grt-Crd-Sil组合为特征，变质年龄2055 Ma（比榴辉岩早50–60 Myr），反映弧环境下的逆时针P-T路径。

地球动力学模型

研究提出东向俯冲模型：古元古代大洋板块向东俯冲于隐伏的太古宙地块（“莫桑比克带变质克拉通”）之下。俯冲起始阶段形成的玻安岩和洋壳榴辉岩被部分折返，与增生楔共同构成高压单元，而弧相关的麻粒岩推覆体在碰撞期间就位。

全球意义与争议

Usagaran造山带与刚果克拉通周缘其他古元古代PMB（如Ubendian、Eburnian-Transamazonian带）共同表明，2.1–1.8 Ga时期已存在冷（<11°C/km）和暖（12–14°C/km）两种俯冲带。这一发现挑战了“现代板块构造始于新元古代”的传统观点，支持古元古代即存在多样化的板块构造机制。

未解问题与展望

尽管研究揭示了早期板块构造的可行性，但太古宙缺乏确凿的俯冲相关榴辉岩记录，暗示地球构造体制可能在2.2 Ga前后发生重要转变。未来需结合全球古元古代造山带的对比研究，进一步约束早期板块构造的启动条件和动力学背景。