印度上温迪亚盆地闭合时代的新约束：来自古地磁与年代学的证据

本刊推荐：为解决印度元古代温迪亚盆地闭合年龄的长期争议，研究人员综合古地磁与地质年代学方法，通过对上温迪亚群碎屑锆石最大沉积年龄（MDA）的统计分析和褶皱带古地磁采样，确立了945±7 Ma的盆地闭合时间，否定了埃迪卡拉纪或托尼阶晚期闭合的观点，为印度克拉通在罗迪尼亚超大陆中的构造演化提供了关键时空约束。

　　

在地球演化的漫长历史中，元古代是一个极其重要的时期，它不仅见证了哥伦比亚、罗迪尼亚和冈瓦纳三个超大陆的聚合与裂解，还经历了极端的气候波动和真核生物的出现。印度次大陆的克拉通块体在此期间逐渐稳定，并形成了被称为"普拉纳"（Purana，意为古老）的一系列沉积盆地。其中，温迪亚盆地作为印度半岛最大的沉积盆地，覆盖面积达10.4万平方公里，沉积厚度约5000米，其闭合年龄却成为困扰地质学家长达150年的科学难题。

为什么温迪亚盆地的年龄如此难以确定？问题在于不同研究方法得出的结论相互矛盾：古生物学家在盆地上部发现了暗示埃迪卡拉纪（Ediacaran）闭合年龄的化石证据；碳酸盐单元的Pb-Pb测年给出的年龄范围在750-910 Ma之间；而碎屑锆石数据则普遍支持克莱西斯期（Kleisian，800-1000 Ma）闭合的观点。这种"公说公有理，婆说婆有理"的局面，使得科学家们难以勾画出印度克拉通在元古代超大陆中的准确位置和演化历史。

为了解决这一争议，来自佛罗里达大学的研究团队开展了这项综合研究。他们采用统计稳健的方法重新评估了已发表的碎屑锆石数据，以估算上温迪亚群Kaimur、Bhander和Rewa组的最大沉积年龄（MDA）。同时，他们在Great Boundary断层附近采集了新的古地磁样品，旨在验证Bhander-Rewa古地磁极的原生性。这项研究最近发表在国际知名地学期刊《Geoscience Frontiers》上，为这一长期争议提供了新的解决方案。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先采用碎屑锆石U-Pb定年技术，收集了Kaimur组（657个数据点）、Rewa组（238个数据点）和Bhander组（1336个数据点）的已有数据，使用核密度估计（KDE）和径向图（radial plot）进行统计分析；应用Vermeesch（2021）提出的最大似然估计（MLE）法计算最大沉积年龄（MDA）；在Great Boundary断层附近的褶皱带开展古地磁采样，通过逐步热退磁（stepwise thermal demagnetization）和褶皱检验（fold test）分析，确定特征剩磁（ChRM）的获得时代；通过柯尔莫戈罗夫-斯米尔诺夫检验（Kolmogorov-Smirnov test）比较不同组别碎屑锆石年龄分布的相似性；使用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo simulation）计算表观极移（APW）速率和纬度漂移速率。

碎屑锆石最大沉积年龄分析

研究人员对温迪亚盆地上部三个组的碎屑锆石数据进行了全面分析。结果显示，Kaimur组的中心年龄为1792±66 Ma，最大沉积年龄为1168±2 Ma；Rewa组的中心年龄为1562±53 Ma，最大沉积年龄为975±13 Ma；Bhander组的中心年龄为1555±19 Ma，最大沉积年龄为940.3±7.5 Ma。特别值得注意的是，Bhander组中曾经报道过的548±9 Ma和770±12 Ma的年轻锆石颗粒被确定为统计异常值，这些颗粒与主群（900-2500 Ma）在误差范围内没有重叠。当将Rewa和Bhander组的数据合并分析时，得到的最大沉积年龄为945±7 Ma，这一结果与锆石谱系中最年轻的种群密切对应。

古地磁学证据

古地磁学研究为盆地年龄提供了独立的时间约束。研究人员在Great Boundary断层附近的Bundi Hills砂岩中采集了新的样品，这些样品经历了褶皱变形。通过逐步热退磁分析，他们在Site I225站点获得了磁偏角（D）=84°、磁倾角（I）=-35°的磁化方向，在Site I226站点获得了相反极性（D=313°，I=+66.5°）的磁化方向。褶皱检验在95%置信水平上呈阳性，表明特征剩磁（ChRM）获得时间早于褶皱变形事件。结合Malone等人（2008）的数据，研究人员计算出Bhander-Rewa的古地磁极位于42.2°N，212.9°E（A₉₅=4.5°），可靠性评分达到R=6（满分7）。

与其它地质事件的关联性

945±7 Ma的最大沉积年龄与区域地质事件有着令人瞩目的吻合：这一时间点正好对应温迪亚盆地以西德里造山运动（Delhi Orogeny）的开始；与盆地以南中央印度构造带（CITZ）的碰撞造山作用（1.03-0.93 Ga）时间一致；也与更远端的东高止山脉北部（Eastern Ghats Belt）的高级别变质作用和碰撞构造事件（0.99-0.97 Ga）相呼应。这种多方面的吻合为盆地闭合提供了一个地质学上有意义的环境背景。

与年轻年龄观点的矛盾

研究结果与认为温迪亚盆地在托尼阶晚期（Tonian，850-770 Ma）闭合的观点存在明显矛盾。古地磁数据显示，820-740 Ma期间印度处于中高纬度地区（45-80°），而Bhander-Rewa序列记录的是低热带纬度（约17-20°）的环境。如果按照George等人（2025）提出的770 Ma或830 Ma的年龄解释，将导致地球动力学上不可能实现的极移速率和纬度漂移速率。同样，基于δ¹³C和锶同位素剖面提出的Bitter Springs异常（811-788 Ma）对比也缺乏精确年代学支持。

研究结论和讨论部分强调，温迪亚盆地的闭合时间应在930-1000 Ma之间，最可能介于945-980 Ma。这一结论得到了多方面的支持：碎屑锆石统计分析显示最年轻的显著种群年龄约为950 Ma；古地磁褶皱检验表明磁化获得早于880-840 Ma的变形事件；Bhander-Rewa古地磁极与Majhgawan金伯利岩（1073 Ma）和Mahoba岩墙群（1100 Ma）的极位置吻合良好。

这项研究的重要意义在于解决了长期存在的地质争议，为印度克拉通在罗迪尼亚超大陆中的构造演化提供了关键时间约束。研究结果表明温迪亚盆地闭合与周缘造山事件同时发生，包括北德里造山带（0.96 Ga）、中央印度构造带（1.03-0.93 Ga）和东高止带北部（0.99-0.97 Ga）的构造活动，形成了一个连贯的地质构造框架。

研究还指出，尽管Pb-Pb定年和稳定同位素剖面分析曾支持较年轻的沉积年龄（约850 Ma至>720 Ma），但这些解释与古地磁数据存在不可调和的矛盾。整个上温迪亚序列中磁偏角和磁倾角缺乏显著变化，不支持Bhander组内存在多个沉积间断的观点。未来研究应当继续寻找和测定层间凝灰岩单元，以最终解决这些不一致之处。

总之，这项研究通过综合古地磁学和地质年代学方法，为温迪亚盆地的闭合时代提供了令人信服的证据，确立了945±7 Ma的闭合时间，否定了埃迪卡拉纪或托尼阶晚期闭合的观点，对理解印度克拉通在元古代超大陆演化中的位置和历史具有重要意义。