地球表面超过70%的陆壳汇聚在一起就形成了超大陆，与此伴生的是相当比例的陆壳沿着漫长的陆-陆碰撞造山带被抬升并随之被剥蚀。造山带遭受了强烈的风化和侵蚀作用从而产生巨量的碎屑沉积物，它们会随着广阔的河流系统被搬运到沉积盆地中，形成巨厚且面积巨大的沉积物，其中有相当一部分能够被保存至今。现今全球范围内河流系统沉积物中锆石结晶年龄的统计表明它们的峰值从老到新为27亿年、18亿年、11亿年、5亿年以及3亿年，基本对应于地质历史中主要的超大陆（或超级克拉通）的汇聚时期。Grenvillian造山带可能是地球历史中最大造山事件的记录，形成于中元古代末期Rodinia超大陆汇聚时期。现今的Grenvillian造山带根部主要保存于从墨西哥南部、北美东部、不列颠群岛、斯堪的纳维亚半岛一直到俄罗斯东部的带状区域内，其沿北东方向延伸近12000公里。同时期的造山带几乎在全球范围内所有主要的克拉通都有所保存，与此伴生的强烈的剥蚀事件及辽阔的河流系统对Grenvillian造山带物质的长距离搬运也已经在很多克拉通沉积物中得到了证实，特别是随着离子探针和激光剥蚀法碎屑锆石U-Pb定年的广泛应用，对不同克拉通同时代地层碎屑物源区的对比也成为了继古地磁和造山带记录之外的另一个重要的超大陆古地理重建的方法。
中国境内存在三个主要克拉通，分别为华南克拉通、塔里木克拉通和华北克拉通。其中，前两个克拉通Rodinia
超大陆复原图中位置的研究相对深入，但华北克拉通由于缺乏与Rodinia超大陆汇聚、俯冲相关的外部生长、裂解相关地质事件的记录，因此被认为与处于中心位置的其它大陆相距较远。现有的Rodinia超大陆重建图主要是基于与Grenvillian同时期造山带的恢复以及有限的古地磁数据，但是对于华北这样缺乏同时期造山记录的古老克拉通在重建图中的位置依然争议很大。现存的Grenvillian造山带基本是以高级变质岩形式出露于地表，在过去约10亿年间有数十公里的陆壳被抬升和剥蚀。这样长时间的剥蚀必将产生巨量的碎屑物质并通过泛大陆规模的河流系统被搬运到超大陆内部沉积盆地中，而其中一些能够保存并为超大陆重建提供重要证据。
针对华北在Rodinia超大陆位置重建问题，中国地质科学院地质研究所刘超辉研究员、刘福来研究员与香港大学赵国春教授等，对其北缘狼山-渣尔泰-白云鄂博-化德裂谷带地层物源区转变与超大陆离散和汇聚之间的关系进行了研究。研究者们首先综合分析带内不同地区地层单位的的地层层序学和沉积岩岩相学特征，并结合碎屑沉积岩和火山（碎屑）岩的锆石U-Pb定年以及切穿不同地层单位的基性和酸性岩墙（脉）的时代，将带内地层单位进一步划分为长城系、蓟县系和青白口系（图1），这比前人笼统地认为带内地层全部为中元古代的认识更进一步。
在此基础上，统计了裂谷带内已发表和新获得的大量碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素数据，按照所处地层时间和空间的顺序进行了统计和对比。结果表明，蓟县系下部和上部之间存在碎屑沉积物物源区的显著变化，反映了物源区存在从阴山陆块和孔兹岩带的古老基底向东部燕-辽裂谷带内长城系裂谷岩浆产物的转变。这种转变说明华北在Columbia超大陆裂解持续拉张过程中，已经在南北向的古元古代晚期造山带中形成了东西向的河流系统。青白口系地层和蓟县系之间为不整合接触，并且沉积相向上明显变浅，物源中出现了具有亏损Hf同位素特征的中元古代碎屑锆石，而且地层向上以及地理位置向北这部分碎屑锆石的比例都是增加的（图2）。
研究者们将它们的源区解释为Rodinia超大陆汇聚期间东欧克拉通的Fennoscandian地盾，并且华北北缘的青白口系地层构成了一个从Laurentia北部到Baltica西北部再到华北北部（现今方向）的、在Rodinia超大陆汇聚时期形成的泛大陆规模沉积盆地中。以上发现和认识为华北在Rodinia超大陆中的位置重建提供了新的思路。
图1 狼山-渣尔泰-白云鄂博-化德裂谷带不同地层单位碎屑锆石U-Pb年龄的变化
图2 华北北缘长城系、蓟县系和青白口系古地理恢复图（修改自Hu et al., 2016）
本研究受国家自然科学基金项目（41622203和41890833) 以及中国地质调查项目（ DD20190003）等项目的支持，成果近期发表在国际SCI期刊《GSA Bulletin》上：Liu, C.H., Liu, F.L., Zhao, G.C., Shi, J.R., Ji, L., 2020. Detrital zircon records of late Paleoproterozoic to early Neoproterozoic northern North China Craton drainage reorganization: implications for supercontinent cycles, GSA Bulletin, DOI:10.1130/b35506.1
原文链接：https://doi.org/10.1130/b35506.1
