地球早期滯殼構造及其向板塊構造體制演變

楊昊坤 ，李江海 *

1. 造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京 100871；2. 北京大學 地球與空間科學學院，北京 100871

1 地球早期構造體制的兩種模式

板塊構造是目前地球上最重要的構造特征，塑造了如今的大陸、海洋和大氣層。但對于地球早期構造體制是怎樣的？板塊構造何時在地球上產生，地球構造體制是如何隨著時間的推移而發展？學界仍然缺乏一致的認識。從行星對比的角度，地球作為太陽系中唯一具有板塊構造的星體，為何會與其它星球如此不同，現在也眾說紛紜。在2020年5月19日發布的《美國國家科學基金會地球科學十年愿景（2020~2030）：時域地球》中，“板塊構造開始的時間、原因和方式”這一科學問題名列第二，凸顯了其在地球科學研究中的重要性。

目前學界對板塊構造的開始時間爭議很大。有觀點認為，冥古宙晚期或始太古代地球就啟動了早期的板塊構造（Maruyama and Ebisuzaki, 2017;Windley et al., 2021），部分學者認為，板塊構造始于距今約3.2~3.0 Ga（Condie, 2018; Hawkesworth and Brown, 2018; Palin et al., 2020; Palin, 2021），部分學者認為，板塊構造始于2.5~2.0 Ga（Dewey,2021），亦有學者，認為板塊構造始于0.8 Ga左右（Stern, 2018）。確定板塊構造起源時間的關鍵是明確板塊構造出現的標志，而產生上述爭論的一個關鍵因素是目前學界對早期地球構造體制仍有很大爭議。對板塊構造起源時間的爭論涉及早期地球構造體制的兩種解釋：太古宙板塊構造模型與滯殼構造（Stagnant lid; Solomatov and Moresi, 1996）模型。

1.1 板塊構造模式

隨著板塊構造理論的蓬勃發展與不斷成熟，不少學者傾向于均變論觀點，應用板塊構造學說來解釋地球前寒武紀的構造體制（Windley et al., 2021;Nutman et al., 2021; Kusky et al., 2021）。持此意見者一般認為早期地球（冥古宙或始太古代）構造體制以板塊構造體制為主，地球上的構造模式自始至終并未發生實質性變化，與現代的板塊構造方式相似。他們大多從地球上現存的太古宙巖石記錄著手，分析古克拉通的地層、構造以及地球化學特征，并與現今板塊構造體制下的地殼巖石進行類比。

目前普遍認為最古老的礦物記錄出現在澳大利亞中部Jack Hill（Wilde et al, 2001），而最古老的巖石位于加拿大西北部Slave克拉通（Bowring and Williams, 1999）。此外，研究程度較深的太古宙克拉通還有格陵蘭Isua帶、澳大利亞Pilbara克拉通、南非Barberton克拉通及加拿大Nuvvuagittuq表殼巖帶等（Nutman et al., 2013; Kitajima et al., 2008; de Wit et al., 2018; O’Neil et al., 2008）。很多學者通過論述Jack Hill鋯石具有俯沖帶地球化學特征，以及上述太古宙地區存在類似的海洋板塊地層、具有俯沖帶微量元素模式及發育類似板塊構造的逆沖推覆構造等，認為這些特征是由于板塊構造產生的（Turner et al., 2014; Ernst, 2017; Grosch and Slama,2017; Turner et al., 2020; Windley et al., 2021）。

1.2 滯殼構造模式（stagnant lid tectonics）

隨著地質資料的積累，許多學者發現板塊構造理論難以解決地球太古宙地質記錄的所有問題。地球歷史上發生的許多地質和地球化學變化，例如富集和虧損幔源玄武巖成分的增加、埃達克巖與贊岐巖Sr、Y同位素變化、榴輝巖包裹體在金剛石中出現、碰撞造山帶出現頻率迅速增加、陸殼生成速率迅速增加、蛇綠巖以及大火成巖省的出現、藍片巖與超高壓變質巖的出現等，使用板塊構造都無法解釋（Condie, 2018; 張旗和焦守濤， 2021）。此外，由于太古宙地球內部溫度較高，板塊構造所要求的剛性巖石圈可能并不存在，也不會有較冷的、致密的大洋巖石圈下沉驅動俯沖作用。近年隨著計算機技術的成熟以及航空、遙感等技術的進步，使得數值模擬、比較行星學在地球早期構造體制研究中的應用成為可能（Sizova et al., 2010; Gerya et al., 2014;Rozel et al., 2017; Stern et al., 2018; Capitanio et al.,2022），地球早期的滯殼構造理論逐漸引起學界高度重視并得到多數學者的認可。

滯殼構造（Stangnant lid）最早由Solomatov和Moresi（1996）提出，以描述現今金星上的構造體制。所謂的滯殼，是當類地行星早期巖漿洋冷卻之后，在表面形成環繞行星一圈的單一板塊。需要注意的是，本文中的“滯殼構造”是廣義的概念，泛指與板塊構造不同的以垂向巖石圈運動為主的構造模式，包括熱管、深成粘蓋等小類。也有學者將滯殼構造稱為“非板塊構造”（Windley et al., 2021）或“單蓋構造（Single lid）”（Stern, 2018）。

在缺乏地球早期地質資料的情況下，對其他行星進行研究有助于理解板塊構造是如何開始的。地球是太陽系中唯一具有板塊構造的星體，而滯殼構造則是太陽系星體更為普適的構造模式。Stern等（2018）以類地行星為案例參照，提出硅酸鹽行星由巖漿洋到熱管構造到活動殼到終極滯殼的構造演變序列（圖1）。其中木衛一、金星等非板塊構造的行星擁有比較活躍的滯殼構造機制，可與地球早期構造相類比：木衛一表現為熱巖漿從地殼之下上升，伴隨冷地殼下降的“熱管模式”，構造整體上是垂向發育的；金星存在眾多活動地幔柱和周期性火山噴發，內部地幔對流主要由與地球相似的上升羽流以及下沉到軟流圈的冷“滴流”所控制（Stern, 2018）。值得注意的是，金星巖石圈條件與太古宙地球非常相似，金星的光圈（Coronae）構造和鑲嵌塊（Tesserae）可能類似于早期俯沖的地點和早期花崗巖大陸，可作為地球板塊構造的類似物，或許可以為地球板塊構造的起始提供線索（Hawkesworth and Brown, 2018；Lap?tre et al.,2020）。金星表面仍有大量構造變形特征，可能是地幔運動控制地表發生變形，這種巖石圈分塊運動可能代表了板塊構造與滯殼構造的中間形式（Byrne et al., 2021）。另外，火星上雖然發現了近期巖漿活動的跡象（Hauber et al., 2011），但整體上其構造活動強度相對金星要小，可能以僅有一個或幾個地幔柱為特征（Stern et al., 2018），表現為更為緩慢的滯殼構造，可能處于行星構造演化的晚期；月球與水星內部活動近乎完全停止，一般歸為滯殼構造的最終階段，隨著行星的冷卻和巖石圈逐漸加厚，火星、水星與月球可能代表了硅酸鹽行星構造活動的消亡與終結（Stern et al., 2018）。

圖1 類地大型硅酸鹽星體構造樣式可能的演化模式（據Stern et al., 2018）Fig. 1 Possible evolution of tectonic styles for large silicate bodies like the Earth (From Stern et al., 2018)

地球滯殼構造理論認為，地球形成于46億年前，最初是一個熾熱的熔巖球。由于新生地球非常高溫，在地球形成后的至少10億年里，可能沒有任何板塊構造。在第一塊大陸形成之前，地球上只有一個所謂的球殼或“蓋”，并沒有陸地板塊（O’Neill et al., 2016）。區別于板塊構造的大規模橫向塊體移動，滯殼模式下巖石圈垂向沉降或水滴狀下沉是更普遍的將淺層物質輸送到地幔的機制（Dewey et al., 2021）。對于冥古宙或始太古代出現的一些俯沖帶特征，可以解釋為滯殼體系中幕式、短暫的俯沖作用（Cawood et al., 2018; O’Neill et al., 2018; Liu et al., 2019; Cawood, 2020），或是由于深部上升流的邊緣擠壓（Morre and Webb, 2013;Dewey et al., 2021），亦或是滯殼構造與早期俯沖構造在時間上出現多次交替（Stern, 2018）或在空間上并存（Capitanio et al., 2019），而且無法證明冥古宙或始太古代俯沖作用的普遍性（Korenaga,2018），因此不能將其等同于板塊構造。

2 滯殼構造的作用模式

圍繞地球早期的滯殼構造，提出了多種構造演化模式，主要有熱管構造模式、地幔反轉模式、深成粘蓋模式、蓋—板構造模式等（Morre and Webb,2013；Bédard, 2018；Rozel et al., 2017；Louren?o et al., 2020; Capitanio et al., 2019；圖2）。對于每種模式，重點在于如何解釋在早期地球未出現板塊構造的情況下，地球如何釋放熱量、如何形成早期大陸以及如何形成類似俯沖造山帶的擠壓構造。

圖2 可能的地球早期滯殼構造體制Fig. 2 Possible stagnant lid tectonics regimes in early Earth

2.1 熱管構造模式（Heat-pipe tectonics）

熱管構造（圖2a）是一種以垂向巖漿作用為主導的構造體制，認為早期地球表面可能存在大量巖漿通道，地球內部熔體通過巖漿通道到達地表，并冷卻固結形成早期地殼。頻繁的火山運動使地表物質下移，產生較冷而厚的巖石圈。這是一種類地天體較為常見的物質和熱量循環方式，具有較高的熱量釋放效率。隨著地球內部熱能減少，熱管構造模式向板塊構造模式轉化。

目前太陽系中木衛一（Io）發育最典型的熱管構造。Morre 和 Webb（2013）通過數值模擬方法證實了地球早期存在熱管構造的可能性，指出太古宙地層擠壓變形可以用巖漿底辟侵位解釋，并且通過模擬實現了約3.2 Ga熱管構造向板塊構造的轉化。但熱管構造存在一些無法解釋的問題，例如太古宙早期大陸如何在熱管構造劇烈的巖漿活動條件下保存，以及在較冷的巖石圈條件下如何形成太古宙TTG等。因此熱管構造模型還需要進行進一步修正，有學者認為熱管構造可能僅存在于地球最早期的一段時間，隨后即被另一種滯殼構造模式所替換（Stern et al., 2018; 章清文和劉耘， 2021）。

2.2 地幔反轉模式（Mantle overturns）

Fischer 和 Gerya（2016）通過高精度巖漿動力學數值模擬，提出地球早期存在幕式地殼增長和破壞模式，太古宙存在長而穩定的地殼增長階段和短而劇烈的地殼破壞階段。Bédard（2018）對這種觀點進行了擴展，提出地球早期處于不穩定的周期滯殼體系之內，停滯蓋之間的間隔可能對應地幔反轉（圖2b）。地球早期的滯殼之下發生不穩定的地幔分層對流，只會使上層地幔冷卻。由于地球內部大量熱量一直留存在下層地幔中而得不到有效釋放，因此地球熱量平衡逐漸被擾亂。最終當下層地幔熱量積累到一定程度時，將觸發地幔翻轉。

太古宙地殼在地幔反轉期間爆發式產生，這些新生地殼在反轉間歇期運動停滯，構造模式類似于熱管構造。在太古宙地幔翻轉期間，長期存在的地幔上升流具有生成TTG所需的大量熱巖漿環境，因此太古宙大陸可能在這些上升流的位置形成；而上升流頂部的先存大陸將被強烈改造，離上升流較遠的大陸則會隨著地幔流而漂移。漂移太古宙大陸的前緣可能出現地體增生、疊瓦構造、巖石圈重熔等會聚邊緣構造特征，解釋了太古宙類似會聚板塊構造的成因。因此大陸漂移早在發生板塊主動俯沖之前就已存在，屬于“自下而上的構造”。隨著地球冷卻，巖石圈變得更加致密堅硬，可能在2.5 Ga左右，會聚邊緣逐漸演化為現代主動俯沖系統。

2.3 深成粘蓋模式（Plutonic-squishy lid）

深成粘蓋模式是一種主要由侵入巖漿控制的構造作用體制（Rozel et al., 2017; Louren?o et al.,2020，圖2c）。由于早期地球的熱流較高，從而導致地幔黏度較低和局部密度差。來自地幔的巖漿侵入地殼，導致地殼加熱、增厚，發生拆沉并進入地幔。在此種構造體制下，原始TTG熔體可以通過鎂鐵質下地殼分層并滴入地幔、地殼局部增厚、小規模地殼翻轉等方式在地殼或地幔形成（Sizova et al., 2015）。

Rozel 等（2017）通過數值模擬方法將本模型與熱管模型進行對比，認為以火山作用為主的熱管構造體制下形成的巖石圈較冷，而由侵入巖漿作用主導的深成粘蓋模型可以形成較熱的巖石圈，與地球原始地殼較為相似。Louren?o 等（2020）指出巖漿侵入會在巖石圈中形成熱而弱的邊界，沿這種邊界形成一系列小型、暫時性的“板塊”，這些“板塊”邊界頻繁由于巖漿上涌或巖石圈拆沉而更新，因此其與板塊構造理論所提出的板塊構造完全不同。在不存在板塊俯沖的條件下，地殼分層與向下滴落能夠導致早期地殼向拆沉位置的較快橫向運動，從而將太古宙垂向構造與橫向構造聯系起來，解釋了太古宙克拉通較高的橫向運動速率（Brenner et al.,2020）以及類似的俯沖帶特征。同時在這種機制下巖石圈保持較薄的厚度，具有有效的熱損失機制。最近研究發現金星上存在分塊運動的巖石圈（Byrne et al., 2021），與這種構造模型較為吻合。

2.4 蓋—板構造模式（Lid-and-plate tectonics）

Capitanio等（2019）利用太古宙地幔條件下地幔對流和熔融數值模擬，表明在單一的全球熱體制下，巖石圈垂向運動（即滯殼構造）與橫向運動兩種構造模式可以共存，提出了蓋—板構造（圖2d）。地球早期基性地幔柱到達巖石圈底部后發生分異，抽提出的熔體侵位到巖石圈頂部形成新生地殼，殘余熔體在巖石圈底部固化。在離散地幔流環境下，巖石圈底部的殘余固化巖石可能橫向增生為很大的塊體，形成所謂“原板塊”。在地球早期的很長一段時間內，滯殼構造與“原板塊”的橫向運動共存。

在原板塊增生以及橫向遷移過程中，地幔流離散位置巖石圈減薄，遷移前緣形成類似會聚板塊邊緣的環境，發生巖石圈增厚、邊界應變以及不對稱拆沉等。下層巖石圈及其中的殘余固化巖石沿不對稱拆沉返回地幔，拆沉部位與大陸TTG形成環境非常相似。模擬速度顯示地表橫向遷移速度遠小于地幔對流速度，深部巖石圈返回地幔帶動地表發生擠壓變形，因此從地球動力學角度來看上述過程沒有發生板塊俯沖。這種構造體制與Louren?o 等（2020）闡述的深成粘蓋模式都提出了存在“原始板塊”，但這種模式更強調地幔流對原板塊橫向遷移的作用，可能代表了地球從滯殼構造到板塊構造的過渡形態（李忠海等，2021）。在Capitanio 等（2019）的數值模擬中，這種構造模型建立十分迅速，因此早期地球上純停滯蓋模式可能持續時間很短，在冥古宙就為這種蓋—板構造所取代。

3 地球構造體制轉化時間

雖然地球早期處于滯殼構造模式之中已獲得主流學界的認可，但除了地球早期的滯殼構造的運行模式存在爭議以外，滯殼構造何時轉變為板塊構造也是目前研究的熱點。

許多學者認為板塊構造的起源與大陸克拉通化可能存在因果關系，希望通過太古宙長英質陸殼的形成與演化來制約板塊構造的啟動時間。通過不同的方法研究太古宙克拉通，得到的板塊構造啟動時間最早可達4 Ga，但多在古太古代至中太古代早期。Deng 等（2019）發現太古宙TTG巖漿源中存在沉積硅質巖的證據，認為早在約4 Ga前，巖石圈的橫向運動和沉積物的向下搬運就已經開始（至少是局部的），并且海洋俯沖很可能是太古宙長英質大陸的成因。有的學者使用地球化學方法，根據太古宙早期陸殼Rb/Sr、Ni/Co、Cr/Zn的變化以及Nd、Hf、W同位素地球化學數據，推測在3.8~3.0 Ga時出現上地殼由鎂鐵質轉變為長英質的證據，可能代表了板塊構造的開始（Dhuime et al., 2015; Tang et al., 2016; Carlson et al., 2019; Bauer et al., 2020）。同時Dhuime等（2018）模擬數據表明3 Ga時地殼破壞率急劇上升，這可能與俯沖帶的廣泛發展有關。Greber 等（2017）通過測定太古宙沉積巖的Ti同位素組成，認為地殼轉化為長英質的時間早于3Ga，板塊構造應該開始于3.5 Ga甚至更早。Zhai和 Peng（2020）通過對華北克拉通的研究，提出板塊構造是分幾個階段發展的，可分為原始板塊構造（3.0/2.7~2.5 Ga）、早期板塊構造（2.2~1.8 Ga）以及現代板塊構造（<0.7 Ga）。但也有學者提出反對意見，認為陸殼形成和板塊構造啟動不應混為一談，因為陸殼可以在沒有板塊構造的情況下形成（Stern, 2018），如TTG可能形成于地幔柱洋底高原下部玄武巖部分熔融（Zhu et al., 2021）。

變質作用是研究板塊構造啟動時間的熱點，對變質巖的最新研究使板塊構造啟動時間從新元古代向新太古代末期推進。識別現今地球俯沖帶的重要指標是高壓低溫變質巖（如藍片巖）與超高壓變質巖（如柯石英榴輝巖），地球上最早的藍片巖、超高壓榴輝巖出現在新元古代（Maruyama et al., 1996;Jahn et al., 2001）。Stern（2018）根據地球上最早的俯沖帶變質組合，認為現代板塊構造直到新元古代才開始啟動，并提出新元古代之前滯殼構造和早期板塊構造交替進行的猜想。Brown 和 Johnson（2018）發現新太古代普遍存在高T/P與中T/P變質巖，而新元古代末期之后轉變為低T/P變質巖普遍存在，符合最古老的俯沖帶變質巖出現時間。Zheng 和 Zhao（2020）則認為板塊俯沖在新太古代已經存在，將Brown 和 Johnson（2018）提出的變質巖變化解釋為新太古代的俯沖是韌性板塊邊緣的“熱俯沖”，而之后隨著地幔冷卻，在新元古代俯沖轉變為剛性板塊邊緣的“冷俯沖”，出現大量低T/P變質巖。近期還有研究發現，低T/P變質巖是在2.5 Ga新太古代末期開始逐漸增多的，進而形成雙變質帶，可視為板塊運動重特征，早于藍片巖與超高壓變質作用最早出現時間（Holder et al.,2019；Brown et al., 2020b）。低T/P變質巖與雙變質帶的發展、藍片巖和超高壓變質巖的出現，與地幔的長期冷卻以及海洋巖石圈厚度、浮力和流變性的變化，進而導致俯沖和碰撞造山構造方式的演化有關。

此外，近年來對早期板塊構造地質記錄的研究還涉及沉積、成礦帶、巖漿作用、地震等方面，提出的板塊構造啟動時間多在3~2 Ga之間。Sobolev和Brown（2019）認為地表侵蝕與沉積控制地球板塊構造的演化，3 Ga以來積累的沉積物為穩定俯沖起到了潤滑作用，并且對地球板塊構造的發展至關重要；3~2 Ga之間由于超大陸聚合和地表侵蝕加劇，滯殼構造逐漸演變為全球板塊構造體制。Dewey等（2021）通過對太古宙和元古宙成礦作用的詳細研究，指出2.5 Ga（新太古代末期）成礦作用突然變得非?；钴S，可能與全球規模的克拉通運動相關，代表了板塊構造的啟動；0.8 Ga羅迪尼亞超大陸解體，代表了現代板塊構造開始。Spencer等（2018）對2.3~2.2 Ga全球地質記錄的研究表明，古元古代存在構造巖漿活動停滯期，2.2 Ga新生巖漿大量活動可能代表了早期板塊構造向現代板塊構造或超大陸旋回轉變。Liu 等（2019）研究發現約2.1 Ga開始出現堿性玄武巖巖漿活動，可能代表地球上持續俯沖作用的開始。Wan 等（2020）通過地震研究認為在距今2 Ga時最終形成全球板塊邊界網，并加速地幔冷卻。

從上述研究可以看出，前人所提出的板塊構造出現的標志大都在古太古代至古元古代之間，因此可以認為這一時間段內發生了地球構造體制的重大轉換。地球構造體制的轉變根本上是由于地球的不斷冷卻，從滯殼構造演變為板塊構造是長時間的過渡過程（O’Neill et al., 2018; Cawood, 2018, 2020;Brown et al., 2020a; 圖3）。筆者認為目前研究者對從滯殼構造到板塊構造的演變已形成了大體一致的框架：地球早期為滯殼構造（可能間有幕式俯沖作用）；約3.2 Ga（或更早的古太古代）開始出現早期板塊構造，可能以太古宙克拉通大量形成為證據；中新太古代到古元古代可視為滯殼構造到板塊構造的過渡期，可能在古元古代形成了全球連續的板塊邊界網，以低T/P變質巖開始出現與雙變質帶開始發展、巖漿活動劇烈、造山與熱液成礦帶廣泛發育為證據；最后在新元古代形成現今樣式的板塊構造，以地幔不斷冷卻造成從“熱俯沖”到“冷俯沖”的轉化、藍片巖與超高壓變質巖的出現為標志。從滯殼構造到板塊構造的分階段演變與地球動力學數值模擬揭示的地球構造體制演變一致（Sizova et al., 2010; Gerya, 2014）。對于板塊構造開始時間的爭論，很多是觀念上的。例如有的學者認為板塊構造開始相當于第一個俯沖帶開始活動（Lu et al.,2021），也有學者認為板塊構造開始時間可定義為板塊構造成為地球主導構造機制的時間（Gerya,2014; Hawkesworth and Brown, 2018），有的學者認為是全球形成連續板塊邊界網的時間（Cawood et al., 2018; Brown et al., 2020a; Wan et al., 2020），而他們對地球構造演化的大致認識相差不大。

圖3 地球構造模式演化示意圖（據Cawood, 2020）Fig. 3 Evolution of tectonic regimes in Earth (From Cawood, 2020)

在地球早期構造體制過渡期之內，滯殼構造與早期板塊構造是共存的，不同階段不同的構造體制可能發揮著不同程度的作用。二者可能同一時間在地球上共存（Capitanio et al., 2019），也可能在不同時間發生交替（Stern, 2018）。熱管構造作為一種釋熱效率較高的構造模式，可能在巖漿洋階段之后是早期地球主導的構造體制，期間可能通過地幔反轉平衡地球內部熱量并形成太古宙早期TTG。而深成粘蓋構造模式與蓋—板構造模式作為巖石圈垂向運動與橫向運動并存的構造體制，可能代表了滯殼構造晚期和板塊構造早期的過渡，并且其作用可能延伸到早期板塊構造出現后的某個時間。不管是滯殼構造還是板塊構造，其本質上都是地球內部散熱的機制，地球從早期熱管構造、地幔反轉，到深成粘蓋構造與蓋—板構造，再到板塊構造的過程，是由地球逐漸冷卻的過程控制的。

在這個大體一致的框架下，對滯殼構造到板塊構造演變的細節還存在一些爭議。例如對于地球歷史上1.8~0.8 Ga的構造沉寂期（Boring billion），Stern（2018）認為屬于緩慢的“單蓋”構造，支持了他所提出的新元古代之前板塊構造與滯殼構造交替作用的理論；Sobolev 和 Brown（2019）認為是沉積物減少導致俯沖作用變弱；Dewey 等（2021）則認為造山帶、蛇綠巖等地質記錄顯示這一時期仍然具有明顯板塊構造特征。對一些判斷板塊構造開始的依據，如3 Ga后金伯利巖中出現榴輝巖成分包裹體（Shirey and Richardson, 2011），也可以解釋為早期熱俯沖角度較小，沒有達到榴輝巖相深部（Windley et al., 2021）；此外金伯利巖中被認為屬于俯沖帶成因的碳同位素組成，通過許多非俯沖的地幔過程也能得到（Dewey et al., 2021）。因此還需進一步評估這些地質依據對于判斷板塊構造開始的可靠程度。此外，對太古宙陸殼形成是否標志著板塊構造起源，板塊構造與滯殼構造的交替過程和機理，地球表面如何從單板塊破裂成眾多板塊，熱流活動、溫度冷卻、巖石圈強度變化以及水的存在對地球構造體制演化的控制作用等問題，目前也存在較大爭議。這可能是未來地球早期構造體制的熱點研究方向。

4 主要認識

（1）在地球早期構造體制研究方面，目前學術界主流的觀點正在進行從最初的均變論（即地球從形成以來一直存在板塊構造）到地球早期為滯殼構造（非板塊構造）觀點的轉變。一般認為在始、古太古代或者冥古宙晚期巖漿洋冷卻后，地球構造模式以垂向滯殼構造為主，可能間或有一些幕式橫向構造作用。

（2）對于地球早期滯殼構造的作用機制，提出的主要模式有熱管構造模式、地幔反轉模式、深成粘蓋模式、蓋—板構造模式。這些模式的關鍵在于如何解釋太古宙大陸的形成、早期地球熱量釋放以及太古宙地質記錄中的類似俯沖帶與造山帶的特征。其中深成粘蓋模型中巖漿侵入所形成的早期“板塊”與蓋—板構造模式所提出的“原板塊”可能代表了地球從滯殼構造向早期板塊構造的轉變。

（3）隨著地球冷卻，巖石圈強度不斷增強，可能于3.2 Ga開始發生滯殼構造向板塊構造演變。從滯殼構造轉化為板塊構造是漸變的，可能發生從熱管構造到深成粘蓋或蓋—板構造再到早期板塊構造的轉變，一直持續到古元古代。由于早期地球溫度比現在高很多，巖石圈強度較弱，俯沖角也較小，因此早期板塊構造特征可能與現在的板塊構造非常不同，俯沖作用可以稱之為“熱俯沖”。隨著地球進一步冷卻，現代“冷俯沖”構造樣式在新元古代最終形成。

從國際研究趨勢來看，目前的熱門研究方法已從地質證據的考察向高精度數值模擬轉變，因此大力開展與地質制約相結合的數值模擬研究將是未來追趕國際學術前緣的重要手段。另外，隨著深地探測與行星觀測技術的進步，可能會為板塊構造起源這一問題提供更多來自深部和宇宙的證據。

致謝：兩名匿名審稿人對本文提出了許多寶貴意見，在此致以誠摯的謝意。