中国东南极地质考察20年进展与展望

刘晓春 赵越



中国东南极地质考察20年进展与展望

刘晓春 赵越

(中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081)

在1998—2017年期间, 我国组织了14次东南极地质考察, 将考察的范围从中山站所在的拉斯曼丘陵向外扩展了约400 km, 主要包括格罗夫山、埃默里冰架东缘-西南普里兹湾、北查尔斯王子山、布朗山、赖于尔群岛和西福尔丘陵等露岩区。通过大、中比例尺的地质编图和多学科综合研究, 取得如下重要进展: (1)确定格罗夫山冰下高地为泛非期(~570—500 Ma)单相变质地体, 发现镁铁质和泥质高压麻粒岩并刻画了泛非期造山的精细过程, 为普里兹造山带的碰撞造山成因以及冈瓦纳超大陆的多陆块汇聚模型提供了岩石学支撑; (2)论证在印度克拉通与东南极陆块之间存在一个延长 > 2 000 km的中元古代长寿命大陆岛弧, 岛弧岩浆作用从~1 500 Ma一直持续到~1 000 Ma, 提出雷纳造山带格林维尔期(~1 000—900 Ma)的构造演化可能经历了从弧陆碰撞到陆陆碰撞的过程; (3)在赖于尔群岛超高温变泥质岩中识别出早期蓝晶石的残留, 确定了超高温变质作用顺时针演化的精细-轨迹; (4)在西福尔丘陵西南部基性岩墙群中发现了格林维尔期(~960—940 Ma)不均匀麻粒岩化, 变质条件达820—870℃、0.84—0.97 GPa, 认为西福尔陆块也卷入到印度克拉通与东南极陆块的碰撞造山过程; (5)在西福尔丘陵东南部浅变质冰川漂砾和松散砂中获得~3.5—3.3 Ga的古老锆石U-Pb年龄, 推测在西福尔丘陵东南方向存在一个从前未知的古太古代冰下陆块。建议今后在东南极面向印度洋构造域的地质考察要进一步扩展到南查尔斯王子山、内皮尔杂岩和登曼冰川, 研究工作的重点仍聚焦在南极大陆如何响应地质历史时期里超级大陆的聚散过程这一关键科学问题上, 并可在以下几个方面展开: (1)太古宙古老地壳及陆核的识别与全球对比; (2)格林维尔期造山记录与罗迪尼亚超大陆汇聚; (3)泛非期造山记录与冈瓦纳超大陆汇聚; (4)显生宙冈瓦纳超大陆裂解及陆块分离。通过这些考察和研究工作, 可以促使我国对南极地质科学的研究达到国际先进水平。

东南极 泛非期 普里兹造山带 格林维尔期 雷纳造山带 超大陆演化

0 引言

中国对东南极的地质考察始于1989年中山站建立之时。在此之后的近10年时间里, 由于后勤保障能力的限制, 我们的地质考察工作主要集中在中山站的所在地拉斯曼丘陵(Larsemann Hills), 并借助于澳大利亚的直升飞机短暂考察过距中山站不远的姐妹岛(Søstrene Island)、赖于尔群岛(Rauer Group)和西福尔丘陵(Vestfold Hills)。尽管如此, 我国地质学家通过对拉斯曼丘陵高级变质地体的构造地质学、岩石学、矿物学和同位素年代学研究, 取得了重要的研究进展和成果, 主要包括: 提出了拉斯曼丘陵及邻区500 Ma泛非事件的重要性及其地质意义[1-5]; 首次报道了硅硼镁铝矿, 并确定了硅硼镁铝矿-柱晶石-电气石硼硅酸盐矿物组合[6]; 识别出特殊的变质矿物如假蓝宝石及早期中压麻粒岩相残余[7-8]; 鉴别出早期1 000 Ma中压麻粒岩相构造变质事件, 并认为其与罗迪尼亚超大陆聚合有关[9]。这些发现和新认识奠定了我国科学家在东南极地质调查和研究中的基础和国际地位。

从1998年中国第15次南极科学考察开始, 在雪地车和雪地摩托的支援下, 我国首次实施了远距中山站科考基地约400 km的南极内陆格罗夫山(Grove Mountains)地质考察, 并在此后又连续组织了6次格罗夫山多学科综合考察, 使格罗夫山地区成为我国科学家独自考察与研究的地区, 获得一批地质与古环境重要研究成果[5,10-11]。自从2004年中国第21次南极科学考察开始使用国内直升飞机以来, 地质学家们对埃默里冰架东缘(Eastern Amery Ice Shelf)至普里兹湾(Prydz Bay)沿岸的广大地区开展了全面而系统的地质调查和大、中比例尺编图, 在中、新元古代造山作用方面取得了重要进展[5,12]。2014年, 通过与澳大利亚南极局的合作, 借助于澳大利亚固定翼和直升飞机的支援, 我国学者又考察了更遥远的北查尔斯王子山(Northern Prince Charles Mountains)和布朗山(Mount Brown), 并获得了初步研究成果[13-14], 扩大了中国南极科学考察与研究的国际影响。此外, 在澳大利亚凯西站停留期间, 我国地质学家在温德米尔群岛(Windmill Islands)也进行了考察、取样和初步研究[15]。

虽然随着国内后勤保障能力的增强以及国际合作的开展, 我国在东南极的地质考察范围不断扩大, 但总体上未离开面向印度洋区域的麦克罗伯逊地(MacRobertson Land)和伊丽莎白公主地(Princess Elizabeth Land), 围绕中山站的半径距离基本上未超过400 km。然而, 这一地区是东南极地盾基岩出露面积最大且连续性最好的地区之一, 不同时代的地质体也非常复杂, 保存了从古太古代到中生代的地质演化信息, 从而为我们探索南极大陆, 乃至整个冈瓦纳古陆的形成与演化过程提供了契机。该区存在的关键科学问题聚焦在几个离散的古老陆块的性质及其所反映的地球早期演化历史, 以及格林维尔期(~1000—900 Ma)和泛非期(~570—500 Ma)构造热事件的识别及其对罗迪尼亚和冈瓦纳超大陆聚散事件的响应。所以, 我们的研究工作也主要针对这些关键科学问题展开。本文系统总结了20年来我国在格罗夫山、北查尔斯王子山-普里兹湾-布朗山、赖于尔群岛、西福尔丘陵以及冰下地质领域取得的重要研究进展, 并对未来的研究工作进行了展望。有关特殊矿物如氟磷镁石的研究成果[16-17]以及地球物理学方面的内容[18-19]未列入其中。

1 区域大地构造背景

在区域大地构造上, 一般将东南极地盾划分为面向非洲、印度洋和澳大利亚等三个构造域(图1a), 它们分别具有非洲、印度和澳大利亚陆块的构造属性[20-23]。面向印度洋构造域的分布范围从西部恩德比地(Enderby Land)的阿拉舍耶夫湾(Alasheyev Bight)向东一直延伸到玛丽王后地(Queen Mary Land)的登曼冰川(Denman Glacier), 其基岩露头主要集中出露于这个构造域的西部, 即内皮尔山(Napier Mountains)、查尔斯王子山和普里兹湾, 向东除内陆布朗山和沿威廉二世地(Wilhelm II Land)海岸出露的几个小露头外, 几乎全部被冰雪覆盖。内皮尔山-查尔斯王子山-普里兹湾地区主要由五个太古宙/古元古代克拉通陆块、一个中元古代费舍尔地体(Fisher Terrane)和一个中-新元古代雷纳杂岩(Rayner Complex)组成(图1b)。五个太古宙/古元古代克拉通陆块包括内皮尔山的内皮尔杂岩(Napier Complex)、南查尔斯王子山的鲁克地体(Ruker Terrane)、莫森陡崖(Mawson Escarpment)北部的兰伯特地体(Lambert Terrane)以及普里兹湾的赖于尔群岛和西福尔陆块, 每一个克拉通陆块都具有不同的地壳演化历史, 因而不太可能代表一个单一古老克拉通的不同残片[22-23]。费舍尔地体出露于北查尔斯王子山的南部, 其镁铁质-长英质火山和侵入作用发生在中元古代晚期, 而角闪岩相变质作用发生在格林维尔期[24-27]。从恩德比地向东一直延伸到伊丽莎白公主地的雷纳杂岩主要由中元古代镁铁质-长英质火成岩及同时代或稍微年轻的沉积岩组成, 其在格林维尔期经历了区域麻粒岩相变质作用和紫苏花岗质-花岗质岩浆的大规模侵入[25, 28-29]。在兰伯特冰川和埃默里冰架的东部, 雷纳杂岩被泛非期高级构造热事件强烈改造[2,30-31]。不仅如此, 这一事件也影响到兰伯特地体和鲁克地体, 但那里的变质级别仅达到绿片岩-角闪岩相[32-33]。实际上, 在面向印度洋构造域中出露的绝大部分地质体都曾不同程度地遭受到泛非期构造热事件的叠加, 而多期变质事件的叠加使得每期变质事件的时代和-演化都难以确定。所以, 在这一区域, 甄别格林维尔期和泛非期变质事件的性质并揭示其构造意义一直是地质学家们研究的焦点问题。

图1 南极大陆面向印度洋区域在~500 Ma冈瓦纳超大陆重建中的位置a)及其地质简图b)(据Mikhalsky等[26], Fitzsimons[21], Liu等[14]和Hokada等[34]修改)

Fig. 1. a) Location of the region in the reconstruction of Gondwana at ~500 Ma; b) Geological sketch map of the Indian Ocean sector of Antarctica (modified after Mikhalsky et al[26], Fitzsimons[21], Liu et al[14]and Hokada et al[34])

2 重要研究进展

2.1 格罗夫山冰下高地泛非期高压麻粒岩的发现及单相变质地体的确定

格罗夫山位于我国中山站以南约400 km, 是我国地质学家独自系统考察和研究的地区。该区主要由64座大小不等的冰原岛峰组成, 露岩区面积约3 200 km2。基岩露头主要组成岩石为高级变质岩、紫苏花岗岩和花岗岩, 其中高级变质岩主要为含斜方辉石的长英质正片麻岩和镁铁质麻粒岩, 还有少量的含石榴子石副片麻岩和钙硅酸盐岩[35-36]。同位素年代学研究表明, 长英质正片麻岩和镁铁质麻粒岩的原岩形成于920—910 Ma, 而副片麻岩中碎屑锆石的U-Pb上交点年龄为2 050 Ma, 因此推测其沉积时代可能在中元古代之前[37]。这些岩石只经历了泛非期麻粒岩相变质作用, 变质时代为550—530 Ma[37-38], 峰期变质条件达850℃、0.61—0.67 GPa[39]。紫苏花岗岩和花岗岩的侵位时间介于550—500 Ma[38,40], 它们均具有A型花岗岩的地球化学特点, 是在同造山-后造山演化阶段由岩石圈拆沉和软流圈上涌引发的长期富集地幔底侵物质的部分熔融而形成的, 这些花岗质岩石的侵位也造成了麻粒岩地体近等压降温的-演化轨迹[40]。有关格罗夫山基岩地质部分已有更详细的介绍[10], 这里不再赘述。

格罗夫山地区存在多条冰碛碎石带, 其内冰碛石也多种多样, 包括变质岩类、侵入岩类和稀少的火山岩、沉积岩, 其中绝大部分与基岩露头的岩性相似, 属于近原地堆积[41]。野外工作的主要目的是收集不同于基岩的样品, 发现了一定数量的镁铁质和泥质高压麻粒岩、石榴二辉麻粒岩以及各种含石榴子石副片麻岩等特征岩石, 这为格罗夫山冰下高地的地质演化提供了重要信息。镁铁质高压麻粒岩冰川漂砾首先发现于盖尔陡崖(Gale Escarpment)冰碛碎石带的南部[42], 而后在中部、北部以及梅森群峰(Mason Peaks)冰碛碎石带中都有发现[43], 并且也识别出泥质高压麻粒岩样品[44], 说明高压麻粒岩的分布具有普遍性。在镁铁质高压麻粒岩的变质锆石中获得的主期变质年龄约为555—545 Ma, 个别样品还产生一组较老的~570 Ma的变质年龄, 锆石微量元素分析均显示为重稀土亏损特征, 所以推测这两组年龄可能分别代表了变质作用过程中的进变质和峰期变质阶段[43,45]。变质相平衡计算获得峰期变质条件为770—840℃、1.18—1.40 GPa, 随后经历了约0.6 GPa的近等温减压过程[45], 与泥质高压麻粒岩中获得的峰期变质条件(820—830℃、1.16—1.36 GPa)及顺时针-演化轨迹[44]基本吻合(图2)。

同时, 对10件变质沉积岩冰碛石开展了碎屑锆石的U-Pb定年和Hf同位素分析。结果表明, 岩浆成因锆石核部的U-Pb年龄谱峰主要有6组, 分别为3.4—3.2 Ga、2.8 Ga、2.6—2.3 Ga、2.2—1.8 Ga、1.8—1.5 Ga和1.5—0.95 Ga, 其初始Hf分别为–4.1—+5.5、–12.5—+4.9、–12.6—+3.3、–13.0—+4.7、–14.2—+11.0和–20.5—+10.0, 对应的Hf模式年龄分别为3.7—3.2 Ga、3.4—3.1 Ga、3.2—2.6 Ga、2.9—2.1 Ga、2.7—1.7 Ga和2.4—1.2 Ga, 其中8件样品的最大沉积年龄介于1 090—940 Ma,另2件样品的最大沉积年龄为新太古代, 分别小于2 830 Ma和2 580 Ma[46]。所有这些碎屑锆石的年龄谱峰和Hf同位素成分均可以在其以西和以北的查尔斯王子山-普里兹湾-东高止(Eastern Ghats)区域找到其源区, 表明两者具有密切的成因联系, 但其物源来自于东南极地盾内部, 即甘布尔采夫冰下山脉(Gamburtsev Subglacial Mountains)和东方冰下高地(Vostok Subglacial Highlands)的可能性也并不能排除。这些变质沉积岩中的碎屑锆石, 以及一个形成于1 060 Ma的长英质正片麻岩中的岩浆锆石都没有记录格林维尔期变质事件, 其变质边部的年龄集中在~560—530 Ma[43,46], 与地表出露的基岩的变质时代基本一致。

图2 格罗夫山地区基岩及镁铁质和泥质高压麻粒岩的P-T演化轨迹. a)基岩的P-T轨迹(据Liu等[40]); b)镁铁质高压麻粒岩的P-T轨迹(据Liu等[45]); c)泥质高压麻粒岩的P-T轨迹(据Chen等[44]). And–红柱石, Ky–蓝晶石, Sil–夕线石

Fig.2.-paths of bedrocks and glacial moraines of mafic and pelitic high-pressure granulites from the Grove Mountains. a)-path of bedrocks (after Liu et al[40]); b)-path of mafic high-pressure granulites (after Liu et al[45]); c)-path of pelitic high-pressure granulites (after Chen et al[44]). And–andalusite, Ky–kyanite, Sil–sillimanite

根据格罗夫山地区冰下地形地貌、冰流方向以及冰碛碎石带的成分分析, 冰碛石应主要来自于一个面积约200×300 km2的格罗夫山冰下高地[45]。这说明, 整个格罗夫山冰下高地可能与基岩露头一样, 它们没有受到格林维尔期构造热事件的影响, 而是只经历了泛非期的单相变质构造旋回。虽然格罗夫山地区长英质正片麻岩和镁铁质麻粒岩的原岩年龄(~920—910 Ma)年轻于在北查尔斯王子山-普里兹湾地区出露的雷纳杂岩(见下节), 但变质沉积岩的物源分析表明二者具有密切的成因联系, 所以格罗夫山冰下高地可能是普里兹造山带中一个特殊的年轻地质体, 也是一个最典型的泛非期变质地体。在该地体中, 至少有部分岩石在泛非期造山作用过程中被埋藏约达40—50 km的下地壳深度, 而后又经历了约20 km地壳厚度的伸展垮塌和剥蚀。所以, 格罗夫山冰下高地泛非期变质旋回的高压-条件及其近等温减压继之以等压降温的演化轨迹以及强烈的同造山-后造山岩浆作用均指示普里兹造山带具有碰撞造山成因的特征, 这些特征无法用板内改造的模型来解释。因此, 新的研究资料支持将普里兹造山带厘定为东冈瓦纳陆块内部的一条板块缝合线, 其位置可能在格罗夫山东南侧冰盖之下。这一认识支持了冈瓦纳超大陆重建的多陆块汇聚模型(图3)。

图3 冈瓦纳超大陆重建模型示意图(据Fitzsimons[47], Zhao等[48]和Liu et al等[49]修改)

Fig.3. Simplified map showing reconstruction model of Gondwana (modified after Fitzsimons[47], Zhao et al[48]and Liu et al[49])

2.2 雷纳杂岩格林维尔和泛非两期变质事件的甄别及印度-南极陆块的增生-碰撞过程

基于对北查尔斯王子山格林维尔期雷纳杂岩的变质岩石学和同位素年代学研究, 多数学者认为雷纳造山带代表印度与东南极陆块之间的一个碰撞造山带[50-51]。然而, 人们对大陆碰撞之前的构造环境以及大洋俯冲-增生的时代和过程还知之甚少。为此, 我国学者对取自于埃默里冰架东缘-西南普里兹湾、布朗山和北查尔斯王子山地区的镁铁质麻粒岩和长英质正片麻岩开展了系统的同位素年代学和地球化学研究。对取自埃默里冰架东缘-西南普里兹湾地区14件镁铁质麻粒岩和长英质正片麻岩中的锆石SHRIMP U-Pb定年结果表明, 其原岩年龄范围在1 380—1 020 Ma(图4a), 表明该区岩浆作用的周期长达360 Ma[12,52-53]。区域上, 1 210—1 120 Ma的主体岩浆幕主要发育在普里兹湾沿岸、麦卡斯克尔丘陵(McKaskle Hills)及其相邻区域, 1 380—1 330 Ma 的较老岩浆幕只见于蒙罗克尔山(Munro Kerr Mountains)和曼宁冰原岛峰群(Manning Nunataks), 而1 080—1 020 Ma的年轻岩浆幕虽然覆盖了整个雷纳杂岩, 但集中出现在赖因博尔特丘陵(Reinbolt Hills)和曼宁冰原岛峰群。布朗山地区基底岩石的形成年龄较老, 4件样品给出的年龄范围为1 490—1 400 Ma[13]。北查尔斯王子山比弗湖地区(Beaver Lake)长英质正片麻岩的原岩年龄则比较年轻, 为1 170—1 070 Ma[14]。然而, 前人也曾提到在北查尔斯王子山南部和莫森海岸(Mawson Coast)可能存在与埃默里冰架东缘-普里兹湾地区类似的较老岩石(非正式报道数据, 分别为1 324±13 Ma[54]和1 254±31 Ma[55])。由此推测, 雷纳杂岩在中元古代时期的镁铁质-长英质岩浆作用可能从~1 500 Ma一直持续到~1 000 Ma, 这一推断与北查尔斯王子山地区副片麻岩中碎屑成因的岩浆锆石的年龄记录[14]相吻合。

对取自于埃默里冰架东缘-西南普里兹湾地区60件镁铁质麻粒岩和长英质片麻岩进行了地球化学研究[12]。结果表明, 北部的姐妹岛和蒙罗克尔山镁铁质麻粒岩的原岩成分类似于富Nb的岛弧玄武岩, 而南部的麦卡斯克尔-米斯蒂凯利丘陵(Mistichelli Hills)、赖因博尔特丘陵和曼宁冰原岛峰群的镁铁质麻粒岩则显示典型的岛弧玄武岩的特征。Nd同位素地球化学给出前者的初始Nd比值(eNd(T))范围为+4.1至-0.4, 后者多数为-3.2至-4.7。所有地区的长英质正片麻岩均具有火山弧花岗岩的特点, 其中五分之一的样品属于高Sr/Y花岗岩类型。长英质正片麻岩的eNd(T)值为-2.4至-7.6, Nd亏损地幔模式年龄(TDM)为2.2—1.9 Ga, 说明古元古代是地壳形成的重要一幕。高Sr/Y正片麻岩具有较高的K2O/Na2O比值(均>1)、正的Eu异常、明显的重稀土(HREE)亏损以及负的eNd(T)值, 表明其起源于大陆岛弧下地壳含石榴子石富K镁铁质源区的部分熔融。同样, 对取自于布朗山地区14件和北查尔斯王子山地区10件镁铁质麻粒岩和长英质片麻岩的地球化学分析也得出了其形成于大陆岛弧环境的结果[13-14], 其初始eNd值分别介于+2.8至–6.6和+1.2至–3.7之间, 对应的Nd模式年龄分别为2.4—1.7 Ga和2.0—1.7 Ga。如果沿东南极恩德比地、麦克罗伯逊地、伊丽莎白公主地和威廉二世地出露的雷纳杂岩全部形成于大陆岛弧环境, 那么存在于印度克拉通和东南极陆块之间的雷纳大陆岛弧的长度将超过2 000 km。同位素年代学研究已表明雷纳大陆岛弧的长期岩浆增生持续了约500 Ma, 所以它应该是地球上一条最大的长寿命大陆岛弧之一。

早期对雷纳杂岩变质时代的限定多来自于北查尔斯王子山地区同构造侵位的紫苏花岗岩、花岗岩、深熔淡色岩和伟晶岩的锆石U-Pb定年, 其时代主要介于1 000—900 Ma[25,28-29,56-57]。所以, 一般认为格林维尔期变质事件形成于一个长期的(protracted)变质幕。然而, 如果仔细分析这些年龄数据, 发现在1 000—980 Ma和945—900 Ma存在一个明显的间断。我国学者通过对埃默里冰架东缘-普里兹湾地区大量长英质正片麻岩和镁铁质麻粒岩中的锆石SHRIMP U-Pb定年, 不仅获得了约1 060—970 Ma的早期变质年龄数据, 同时也识别出晚期930—900 Ma的变质锆石生长(图4b)[12,53,58]。与此相比, 在北查尔斯王子山和布朗山地区则只存在一期变质锆石生长, 时代分别为945—915 Ma和920—900 Ma[13-14]。结合卷入到造山带中的太古宙基底陆块(内皮尔杂岩)的变质时代也仅为940—900 Ma[59], 所以推测雷纳造山带中的格林维尔期变质作用有可能是幕式的。实际上, 最近对北查尔斯王子山地区变泥质岩的原位独居石U-Pb定年也发现其有两幕生长, 时代分别为~1 020 Ma和~940—900 Ma[60]。前人研究表明, 北查尔斯王子山地区的雷纳杂岩普遍经历了中低压麻粒岩相变质作用和近等压冷却过程[61-69], 我国学者在经历泛非期变质强烈叠加的拉斯曼丘陵以及遥远的东部布朗山地区也同样获得了这种反时针的-演化轨迹[13,70], 这与被改造的内皮尔基底杂岩的顺时针-演化[59,71-72]明显不同。结合印度东高止构造带(Eastern Ghats Belt)1.33 Ga蛇绿混杂岩的发现[73]以及在雷纳大陆岛弧南侧费舍尔大洋岛弧和年轻(<1 080 Ma)的克莱门斯(Clemence)岛弧的存在, 我们提出了印度克拉通与东南极陆块的两阶段碰撞模型, 即先期几个岛弧与东南极陆块(兰伯特地体或包含兰伯特地体的鲁克克拉通)发生碰撞, 而后随着大洋的关闭, 印度克拉通与东南极新增生大陆边缘最终发生碰撞(图5)[12,49]。

如前所述, 在普里兹湾地区出露的雷纳杂岩被泛非期高级构造热事件强烈地改造, 所以, 普里兹造山带也被认为是一个典型的多期变质叠加造山带。石榴子石-全岩Sm-Nd同位素定年以及深熔淡色岩和同构造花岗岩的锆石U-Pb定年限定泛非期变质作用的发生时代在~530—500 Ma[2,30,31,74], 变质条件仅达中低压麻粒岩相(760—860℃、0.6—0.7 GPa), 并具有顺时针演化的-轨迹[75-77]。我们使用SHRIMP锆石U-Pb定年方法对埃默里冰架东缘-西南普里兹湾地区不同类型的变质岩石进行了检验, 证明除蒙罗克尔山和莱茵博尔特丘陵外, 其他地区绝大部分岩石都遭受到~535—510 Ma的高级变质重结晶(图4c)[12,52-53]。而且, 通过出溶矿物成分复原和Fe-Mg交换反演等新技术手段论证泛非期的峰期变质条件曾高达880—950℃、0.90—0.95 GPa, 并在后期经历了0.2—0.4 GPa的减压过程[52], 从而为普里兹造山带可能的碰撞造山成因提供了进一步的岩石学支撑。过去认为,泛非期变质事件在北查尔斯王子山地区并不重要, 除少数花岗岩和伟晶岩侵入外, 多数变质岩样品没有泛非期锆石生长[25,78]。然而, 最新的研究在几处变泥质岩中发现了矿物反应结构(石榴子石+夕线石=堇青石+尖晶石), 其内独居石生长于泛非期, 变质条件达800—870℃、0.55—0.65 GPa[79]。我们仅在取自于北查尔斯王子山埃尔瑟平台(Else Platform)的变泥质岩中识别出2个泛非期锆石生长边[14], 而布朗山则完全没有泛非期锆石生长[13]。如此看来, 尽管雷纳杂岩的泛非期变质叠加有可能是区域性的, 但叠加改造的记录仅保留在局部岩石中, 其机制值得进一步深入研究。此外, 出露于詹宁斯岬的紫苏花岗岩和普里兹湾沿岸的花岗岩的侵位年龄集中在~ 500 Ma[53,80], 反映了泛非期造山事件晚-后造山岩浆作用。

图4 埃默里冰架东缘-西南普里兹湾地区地质简图及使用SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法获得的年龄数据. a)原岩年龄; b)格林维尔期变质和紫苏花岗岩侵位年龄; c)泛非期变质和紫苏花岗岩-花岗岩侵位年龄. 数据来自李淼等[80], Liu等[12,52-53]和Wang等[58]

Fig. 4. Geological sketch map of the eastern Amery Ice Shelf and southwestern Prydz Bay. Ages obtained with SHRIMP U-Pb zircon dating are indicated. a) Protolith ages; b) ages of Grenvillian metamorphism and charnockite intrusion; c) ages of Pan-African metamorphism and charnockite and granite intrusion. Isotopic data are from Li et al[80], Liu et al[12,52-53]and Wang et al[58]

图5 印度克拉通与东南极(兰伯特地体或鲁克克拉通)之间构造演化卡通图(据自Liu等[12]修改)

Fig. 5. Schematic cartoon showing the tectonic evolution between the Indian craton and East Antarctica (the Lambert Terrane or the Ruker craton) (modified after Liu et al[12])

2.3 赖于尔群岛超高温变质作用P-T-t轨迹的精确刻画

位于普里兹湾的赖于尔群岛是一个被泛非期构造热事件强烈改造的复合高级变质地体, 因靠近澳大利亚戴维斯站而被详细的调查和研究。复合高级变质地体主要包含太古宙英云闪长质正片麻岩和中元古代镁铁质-长英质侵入体, 间夹少量表壳副片麻岩。前人在赖于尔群岛识别出了超高温(~1 050℃)变质岩石[81-83], 但对其--历史和构造热演化的解释存在很大的争议, 这一超高温变质事件到底发生在太古宙、格林维尔期还是泛非期？不同的学者提出了不同的看法。另外, 从峰期的超高温变质作用到峰后变质演化的时间关系也有争议, 已提出近等温减压和减压冷却两种不同的-轨迹。超高温变质岩石--历史的不确定性已影响到赖于尔群岛乃至普里兹湾地区构造模式的建立。我国地质学家仝来喜于1999—2000年南极夏季随澳大利亚南极考察队对赖于尔群岛中超高温变质岩的产地马瑟半岛(Mather Peninsula)进行了详细的调查, 并通过对富Mg-Al副片麻岩的变质岩石学研究进一步证明至少马瑟半岛中的部分岩石经历了超高温变质作用[84]。

根据石榴子石中早期蓝晶石包裹体的发现、变质反应结构和多种方法的-计算, 确定赖于尔群岛马瑟半岛的富Mg-Al副片麻岩经历了三个阶段的变质演化(图6): (1)起始的峰期前变质条件为850℃、1.0—1.1 GPa, 而后的前进加热使蓝晶石转变为夕线石, 并发生部分熔融形成粗粒的含石榴子石-斜方辉石的淡色体, 峰期变质条件达960—970℃、1.2 GPa; (2)峰期后岩石近等温减压至1 000℃、1.0 GPa, 在石榴子石颗粒的边缘生成斜方辉石+假蓝宝石冠状体, 并形成以假蓝宝石/斜方辉石-钾长石为主或含假蓝宝石+斜方辉石+堇青石的淡色体; (3)随后岩石减压冷却至800℃、0.7 GPa, 形成假蓝宝石+堇青石、斜方辉石+堇青石和黑云母+堇青石后成合晶。这一-轨迹表明马瑟半岛和菲拉岛(Filla Island)经历了相似的变质演化历史, 其早期-演化穿过了蓝晶石的稳定区域。推测峰期超高温变质事件可能与格林维尔期的碰撞和岛弧增生作用有关, 而减压冷却退变质作用是泛非期构造热事件叠加的结果[84]。但如前所述, 关于超高温变质时代尚存争论, 格林维尔期的推断主要基于在这一地区的变泥质岩中存在~1 030—820 Ma的锆石或独居石U(+Th)-Pb年龄[85-87], 但由结构控制的原位独居石化学定年结果似乎支持超高温变质事件发生在泛非期(> 590—580 Ma)[34,86,88]。

图6 赖于尔群岛马瑟半岛超高温变质作用的P-T轨迹. a)据Harley和Fitzsimons[81]; b)据Harley[82]; c)据Kelsey等[83]; d)据Tong和Wilson[84]. Ky–蓝晶石, Sil–夕线石

Fig. 6. The-paths of ultrahigh-temperature metamor­phism in the Mather Peninsula, Rauer Group. a) After Harley and Fitzsimons[81]; b) after Harley[82]; c) after Kelsey et al[83]; d) after Tong and Wilson[84].Ky– kyanite, Sil–sillimanite

2.4 西福尔丘陵基性岩墙群麻粒岩化的发现及对雷纳造山带构造演化的制约

西福尔丘陵是澳大利亚戴维斯站所在地, 因而澳大利亚地质学家在此开展了大量地质调查和研究工作, 并出版了西福尔丘陵北部1∶3万地质图。已有研究表明, 西福尔丘陵副片麻岩原始沉积物的沉积时代介于2 575—2 520 Ma, 在2 520— 2 450 Ma经历了两期岩浆侵位和两幕(或延时的一幕)高级变质变形作用[89]。而后在古-中元古代(2 470—1 240 Ma)有大量的基性岩墙群侵入[90-92], 其中位于西福尔丘陵西南部的岩脉边缘发生了变形, 并局部含有石榴子石, 一般认为这是晚期角闪岩相变质叠加的结果[93]。在中国第6次南极考察过程中我国学者首次对西福尔丘陵西南端穆勒半岛(Mule Peninsula)的变质基性岩脉进行了考察, 随后的研究工作获得一条矿物-全岩Sm-Nd等时线, 时代约为650 Ma(赵越,未刊资料)。在中国第21次南极考察过程中, 我们又对这一地区两条代表性变质岩脉进行了调查和取样。室内研究发现这些岩脉并非象前人所认为的那样只经历了角闪岩相变质作用, 而是普遍达到了麻粒岩相。为了解其与普里兹造山带中麻粒岩相变质作用的关系, 我们在中国第24次南极考察时, 对该半岛又进行了详细的调查, 填制了基性岩墙群的分布图, 而后开展了同位素年代学和变质岩石学研究[13]。

西福尔丘陵西南部主要存在两组辉绿岩脉: 一组稀疏, 呈NW-SE向; 另一组密集, 近于N-S向(图7a), 少数呈NNE-SSW向, 它们切割NW- SE向岩脉及所有围岩的片麻理。多数岩脉具有块状构造, 少数显示有弱变形。麻粒岩化以斑点状或裂隙状含石榴子石矿物组合(含石榴子石域)产于无石榴子石基质(无石榴子石域)中为特征(图7b)。无石榴子石域一般保存原始的辉绿结构, 主要由板状斜长石、粒间单斜辉石和Fe-Ti氧化物构成(图7c), 而含石榴子石域的矿物共生组合为石榴子石+单斜辉石+斜方辉石+角闪石+黑云母+斜长石+钾长石+石英+Fe-Ti氧化物(图7d)。化学成分和结构关系表明, 在含石榴子石域的中心部位, 这些变质矿物已达到局部平衡。通过相平衡模拟计算, 估算出麻粒岩相变质作用的峰期-条件为820—870℃、0.84—0.97 GPa, 与肯普地内皮尔杂岩东南边缘的变质条件基本相当[59]。锆石SHRIMP U-Pb定年揭示NW-SE向和近N-S向基性岩脉的侵位时代分别为1 764±25 Ma和1 232±12 Ma, 而变质作用时代集中在 957±7 Ma至938±9 Ma之间, 变质锆石域麻粒岩相矿物包裹体的产出支持麻粒岩化发生在格林维尔期。因此, 我们推测, 与太古宙内皮尔杂岩的东南边缘相似, 西福尔丘陵的西南边缘在印度克拉通与东南极(兰伯特地体或包含兰伯特地体的鲁克克拉通)碰撞的晚期阶段也被埋藏到雷纳造山带之下约30—35 km的深度。

图7 西福尔丘陵东南部麻粒岩化基性岩脉的野外产状及显微结构特征. a)近N-S向基性岩脉远景; b)麻粒岩化基性岩脉显示的斑点状构造; c)无石榴子石域显示的原始辉绿结构; d)含石榴子石域的矿物共生结构. Bt-黑云母, Cpx-单斜辉石, Grt-石榴子石, Hbl-普通角闪石, Ilm-钛铁矿, Mag-磁铁矿, Opx-斜方辉石, Pl-斜长石, Qtz-石英

Fig. 7. Field occurrences and microtextures of granulitized mafic dykes from the southeastern Vestfold Hills. a) Occurrence of N-S-trending mafic dykes; b) granulitized mafic dykes showing a spotted texture; c) ophitic texture in garnet-absent domains; d) paragenesis of garnet-bearing domains. Bt–biotite, Cpx–clinopyroxene, Grt–garnet, Hbl–hornblende, Ilm–ilmenite, Mag–magnetite, Opx–orthopyroxene, Pl–plagioclase, Qtz–quartz

另外, 我们对2条变质基性岩脉和2个镁铁质麻粒岩(围岩)样品进行了40Ar/39Ar和Sm-Nd同位素定年。结果表明, 所有岩石的40Ar/39Ar年龄没有明显的区别, 其中4个黑云母年龄比较集中, 介于520±3 Ma和509±3 Ma, 而2个角闪石年龄并不一致, 分别为526±4 Ma和578±6 Ma, 其中较老的40Ar/39Ar年龄可能是Ar同位素的重设不彻底所致。在上述4种岩石中获得的矿物-全岩Sm-Nd等时线年龄结果也比较集中, 介于670±7 Ma和589±22 Ma之间。这组数据显然年轻于锆石U-Pb年龄, 而老于角闪石和黑云母的40Ar/39Ar年龄。一般认为, 角闪石和黑云母的40Ar/39Ar年龄代表岩石被抬升到中上地壳时的冷却时代。实际上, 在西福尔丘陵变质基性岩脉中获得的526—509 Ma的40Ar/39Ar年龄与普里兹造山带中其它地质体如赖于尔群岛[94]、南查尔斯王子山[33]和格罗夫山[42]的冷却时代基本一致, 表明西福尔丘陵也遭受到泛非期构造热事件的影响。而矿物-全岩Sm-Nd等时线年龄可能是格林维尔期或新太古代末-古元古代初形成的矿物在泛非期同位素体系部分重设的结果, 因而这种等时线年龄可能不具有地质意义。

东南极西福尔丘陵是一个独特的太古宙/古元古代克拉通陆块, 其位于赖于尔群东北仅15 km, 但两者的早期地壳演化历史却完全不同。该陆块的最重要特征之一是在元古宙发育一系列基性岩墙群, 并在西南部这些基性岩脉遭受到变质作用的影响。然而, 对这套基性岩墙群系统的同位素年代学测定工作以前并未开展, 相应的变质岩石学和地球化学研究资料也比较缺乏。我们这项研究一方面表明, 西福尔丘陵在格林维尔期也经历了麻粒岩相变质作用, 说明其也卷入到了格林维尔期雷纳造山作用过程。进而推测, 普里兹湾-北查尔斯王子山地区的主要太古宙基底陆块(包括兰伯特地体、内皮尔杂岩、赖于尔群和西福尔陆块)可能是在格林维尔期造山作用过程中汇聚在一起的。另一方面, 与其他古老陆块一样, 西福尔丘陵也遭受到泛非期构造热事件的改造, 说明西福尔丘陵也是普里兹造山带中的一个地质体, 其在泛非期造山作用过程中并不能“独善其身”。这一结论对揭示普里兹造山带的延展方向具有重要意义。

2.5 西福尔丘陵东南部冰碛物初步研究及古太古代冰下陆块的推断

南极大陆面积1 400万km2, 目前对南极地质演化的认识仅来自于不足2%(一说0.3%)的裸露基岩的地质研究, 这远不足以了解南极大陆构造格架和地质演化的历史。南极大陆冰盖大规模的冰川运动, 导致了一种特殊的地质作用过程, 即冰川对南极大陆基岩所实施的强烈的刨蚀, 以及随之进行的冰碛物的长距离搬运作用。这一过程造成大量的冰下基岩以冰碛物的形式搬运并堆积到冰川的前缘, 从而形成壮观的冰碛物堆积堤。分析这些冰碛物中的砾石成分和可能的来源, 可以帮助我们对冰碛物的源区成分及其成因进行有效地示踪, 这是一个直接获取南极大陆冰下地质信息的有效途径。基于这一思路, 我国学者对东南极西福尔丘陵东南侧堆积的大量冰碛物开展了研究。东南极西福尔丘陵东南侧分布着长约20 km的带状冰碛物, 这些冰碛物成分复杂, 其中含有少量与该地区高级片麻岩的基岩显著不同的沉积岩和变质沉积岩砾石。根据冰川流动方向可以推测它们来自西福尔丘陵东南侧冰盖之下的古老岩层。考察队员在野外对砾石的成分进行了统计, 按照其所占总数的百分比编制出不同观测点砾石成分含量的变化图[95]。

在室内初步工作中, 对冰碛物中具有代表性的沉积岩和浅变质片岩砾石进行了锆石LA-ICP- MS U-Pb年龄测试, 其中浅变质片岩砾石中锆石的U-Pb上交点年龄主要集中在~3.5—3.3 Ga, 下交点年龄或为~950 Ma, 或为~500 Ma, 而沉积岩砾石中碎屑锆石U-Pb年龄主要集中在~2.5 Ga[95-96]。为了获得西福尔丘陵附近是否存在最古老或最年轻的地质体, 研究者也对冰碛物中松散砂进行了取样和碎屑锆石U-Pb年龄分析, 其锆石Pb-Pb/ U-Pb表面年龄峰值主要集中在~3.5—3.3 Ga、~2.5—2.4 Ga、~1 000—800 Ma和~600—500 Ma, 说明来自西福尔丘陵东南侧冰盖之下的松散砂代表更广泛的物源区信息。沉积岩砾石中的碎屑锆石年龄非常单一, 且与西福尔丘陵的主体时代完全一致, 说明后者为其提供了主要物源, 而且沉积区可能与物源区很近, 另外也说明西福尔陆块的范围可能远比目前所出露的广阔。松散沙中~1 000—800 Ma和~600—500 Ma两组碎屑锆石的出现说明类似于北查尔斯王子山-普里兹湾地区出露的雷纳杂岩可能在冰下延伸到了西福尔丘陵的东南部, 这可能支持西福尔陆块来自于印度克拉通的假设。从冰碛物浅变质片岩和松散砂样品中获得了大量的~3.5—3.3 Ga的原生锆石年龄, 推测在西福尔丘陵东南侧冰盖之下可能存在一个独特的古太古代陆块(图8), 这对南极大陆早期演化历史的追溯具有重要的意义。

3 研究展望

中国开展极地科学考察已30多年, 近20年来的地质考察范围虽然已从我国站区附近向外扩展了约400 km, 但相对于1 400万km2的南极大陆来讲, 考察地域仍非常狭窄, 严重地制约了我们对南极大陆地质演化的整体认识。所以, 扩大考察区域, 特别是将考察范围扩展到面向非洲、澳大利亚和太平洋等构造域, 并开展南极大陆与相邻冈瓦纳陆块(澳大利亚、印度、非洲和南美洲)的地质对比研究, 应是我国地质学家的未来任务。就南极大陆面向印度洋构造域而言, 我们迫切需要开展南查尔斯王子山、内皮尔杂岩和登曼冰川(Denman Glacier)以及具有紧密成因联系的印度东高止构造带和澳大利亚西澳构造带的地质考察, 并将研究工作的重点聚焦在南极大陆如何响应地质历史时期里超级大陆的聚散过程这一关键科学问题上。近期工作可在以下几个方面展开。

图8 东南极西福尔丘陵东南侧推测的古太古代陆块位置图

Fig. 8. A conjectural Paleoarchean continental block under the ice sheet to the southeast of the Vestfold Hills

1. 太古宙古老地壳及陆核的识别与全球对比

早期大陆地壳的形成与演化是地球科学研究中最重要的科学问题之一。南极大陆是地球上最古老的陆块之一, 已发现的最老岩石年龄达3.93 Ga, 出露于靠近非洲的毛德王后地(Dronning Maud Land)。其他太古宙陆块主要集中出露于面向印度洋区域的内皮尔山(内皮尔杂岩)、南查尔斯王子山(鲁克地体和兰伯特地体)、赖于尔群岛、西福尔丘陵及其东南侧的冰下陆块。初步研究表明, 这些古老陆块具有不同的地质演化历史, 不能构成一个原始的统一克拉通, 其构造属性尚不清晰或存在争议。进一步的研究工作主要包括: (1)西福尔丘陵东南侧古太古代冰下陆块的物质组成、时代和地球化学特征; (2)赖于尔群岛古-中太古代TTG片麻岩的时代、地球化学特征和岩石成因; (3)南查尔斯王子山中太古代鲁克地体片麻岩的形成时代、地球化学属性以及BIF铁矿的成因; (4)西福尔丘陵新太古-古元古代正片麻岩的时代、地球化学特征及其与华北克拉通的可能联系。通过这些研究, 探索南极大陆早期陆壳物质的形成和演化以及不同古老基底的构造属性及全球对比。

2. 格林维尔期造山记录与罗迪尼亚超大陆汇聚

东南极地盾曾遭受到格林维尔和泛非两期高级变质事件的广泛影响, 而且, 几乎所有的格林维尔期构造带都至少局部受到了泛非期构造作用的改造, 而几乎所有的泛非期构造带也都具有格林维尔期构造作用的残留[97]。这种多期高级变质事件的叠加严重影响了每期变质事件性质和时代的确定, 从而造成了对罗迪尼亚和冈瓦纳超大陆的重建模式的争论。所以, 在遭受到泛非期高级变质事件广泛影响的地区甄别格林维尔期变质先驱是一个重要的研究课题。进一步研究工作包括: (1)哪些太古宙古陆块遭受到了格林维尔期变质事件的叠加？是否所有古陆块均卷入到了格林维尔期雷纳造山旋回？(2)作为雷纳造山带主体的雷纳杂岩的原岩时代及不同时代岩石的空间分布特征及其形成的构造环境; (3)印度东高止构造带和澳大利亚西澳构造带中格林维尔期构造事件的时代、性质及其与雷纳造山带的构造关系。据此探索印度与东南极陆块之间的增生与碰撞是否与罗迪尼亚超大陆的汇聚有关？印度-南极陆块是罗迪尼亚超大陆的一个组成部分还是游离于罗迪尼亚超大陆之外？

3. 泛非期造山记录与冈瓦纳超大陆汇聚

泛非期构造热事件不仅叠加在格林维尔期造山带之上, 而且还影响到了东南极地盾中绝大多数的地质体。并且, 叠加在不同地体之上的变质级别可能是不同的, 既有正常的中低压变质相系—绿片岩相、低角闪岩相、高角闪岩相和麻粒岩相, 也有高压麻粒岩相和超高温(>1 000°C)变质相。这些不同级别的变质相能否连接成变质相带？其产生的构造背景是什么？对普里兹造山带的性质提供了怎样的制约？这显然是一个重要的研究课题。进一步研究工作包括: (1)赖于尔群岛以及可能的拉斯曼丘陵超高温变质岩的分布范围、变质时代、变质演化及其产生的地球动力学背景; (2)雷纳杂岩及不同太古宙古陆块泛非期变质叠加的影响范围、变质相展布样式、变质演化及变质叠加机理; (3)格罗夫山冰下高地的性质、高压麻粒岩相变质作用的广泛或局限性以及泛非期单相或多期变质的进一步查证; (4)印度东高止构造带和澳大利亚西澳构造带中泛非期构造事件的时代、性质及其与普里兹造山带的构造关系。据此进一步探索争议颇大的普里兹造山带的性质、延展方向及其在冈瓦纳超大陆重建中的意义。

4. 显生宙冈瓦纳超大陆裂解及陆块分离

东南极兰伯特裂谷是地球上最大的陆内裂谷之一, 其形成与冈瓦纳超大陆的裂解密切相关, 因而具有重要的研究价值。已有研究表明, 冈瓦纳(潘基亚)超大陆的裂解始于晚古生代, 至中生代中期开始各陆块陆续分离, 但裂解是否与超级地幔柱事件有关？裂解的过程是否具有阶段性？这些问题都值得进一步探索。研究内容包括: (1)北查尔斯王子山二叠-三叠纪埃默里群含煤沉积岩系(包括在埃默里冰架以东获得的碎屑岩冰碛漂砾样品)的分布范围、沉积层序及岩相古地理、物源与环境分析以及与兰伯特裂谷发育的关系, 估算煤炭资源的总量; (2)查尔斯王子山地区基性、碱性和金伯利岩岩脉、岩株的分布、侵位时代、地球化学特征、形成的构造环境及其反映的兰伯特裂谷的发育过程和机制; (3)与兰伯特裂谷形成和演化有关的伸展变形的构造地质学研究; (4)在格罗夫山和查尔斯王子山之间布设低温宽频地震台站并进行天然地震观测, 获取横跨兰伯特冰川高精度的地壳和岩石圈三维结构, 为兰伯特裂谷的成因提供地球物理制约。最后, 结合与印度的地质对比, 探索兰伯特裂谷的成因及陆块离散过程。

通过这些考察和研究工作, 一方面可以提高我国南极地质科学研究的水平, 在国际上产生重要的影响; 另一方面增强我国在国际极地事务中的话语权和影响力, 为我国在未来和平利用南极创造有利的条件, 造福于子孙后代。

致谢 野外调查工作得到国家海洋局极地考察办公室、中国极地研究中心以及中国第15、21、22、24、30、31次南极考察队的大力支持, 在此表示感谢！

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GEOLOGICAL SURVEYS IN EAST ANTARCTICA BY CHINESE EXPEDITIONS OVER THE LAST 20 YEARS: PROGRESS AND PROSPECTS

Liu Xiaochun, Zhao Yue

(Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China)

Fourteen geological surveys in East Antarctica from 1998 to 2017 were organized by the Chinese National Antarctic Research Expedition. The semicircular survey region has a radius of about 400 km from the Chinese Zhongshan Station in the Larsemann Hills. Main bedrock exposures in this area include the Grove Mountains, eastern Amery Ice Shelf-southwestern Prydz Bay, northern Prince Charles Mountains, Mount Brown, Rauer Group, and Vestfold Hills. Based on large- and medium-scale geological mapping and comprehensive multidisciplinary studies, the following has been achieved. (1) The Grove Subglacial Highlands has proven to be metamorphic terrain that experienced only a single Pan-African (~570–500 Ma) tectonometamorphic cycle. High-pressure mafic and pelitic granulites have been discovered from glacial moraines, and the Pan-African orogenic process has been accurately depicted. New data suggest that the Prydz Belt is a collisional zone, supporting a tectonic model that the Gondwana supercontinent was assembled from several continental blocks during Pan-African times. (2) A long-lived Mesoproterozoic continental arc exceeding >2 000 km occurs between the Indian and East Antarctic cratons. Arc magmatism lasted from ~1 500 Ma to ~ 1 000 Ma. It is proposed that the tectonic evolution of the Rayner orogen may involve an arc-continent collision followed by continent-continent collision during the Grenvillian (~1 000– 900 Ma) time. (3) Early kyanite relics have been identified from ultrahigh-temperature metapelites in the Rauer Group, and a precise clockwise-path of the ultrahigh-temperature metamorphism has been deduced. (4) Grenvillian (~960–940 Ma) heterogeneous granulitization with-conditions of 820–870°C and 0.84–0.97 GPa has been recognized in mafic dyke swarms from the southwestern Vestfold Block, suggesting that this block may have involved the Rayner orogeny during collision between the Indian and East Antarctic cratons. (5) U-Pb zircon ages of ~3.5–3.3 Ga have been obtained from weakly metamorphosed glacial boulders and loose sands from moraines around the southeastern margin of Vestfold Hills, on which basis it has been inferred that a possible Paleoarchean continental block exists beneath the ice sheet to the southeast of Vestfold Hills. It is suggested that future geological field investigations in the Indian Ocean sector of Antarctica should extend to the southern Prince Charles Mountains, the Napier Complex, and the Denman Glacier. Research should focus on the response of the Antarctic continent to the assembly and breakup of supercontinents in the geological history of the Earth. It can be carried out in the following aspects: (1) recognition of the Archean continental nuclei and their global correlations, (2) record of the Grenvillian orogeny and assembly of the Rodinia supercontinent, (3) record of the Pan-African orogeny and assembly of the Gondwana Supercontinent, and (4) breakup and dispersion of the supercontinent during the Phanerozoic. Such research will advance China’s research on Antarctic geology to appropriate international standards.

East Antarctica, Pan-African, Prydz Belt, Grenvillian, Rayner orogen, supercontinent evolution

2017年11月收到来稿, 2018年1月收到修改稿

国家自然科学基金项目(41530209)、国家财政专项(CHINARE2016-02-05)、中国地质调查局中国地质科学院基本科研业务费项目(JYYWF201819)和国土资源大调查项目(12120113019000)资助

刘晓春, 男, 1962年生。研究员, 主要从事岩石学研究。E-mail: liuxchqw@cags.ac.cn

10. 13679/j. jdyj. 20170047