二叠纪时期的盘吉亚超大陆（Pangea Supercontinent），见证了地质历史上最严重的生物大灭绝事件，即二叠末生物大灭绝。该期生物大灭绝事件导致~96%的海洋生物以及~70%的陆地生物灭绝。伴随盘吉亚超大陆主要大陆块体的拼合，全球范围内形成了一个占据海洋面积>80%的超大洋（泛大洋，Panthalassic Ocean）和一个相对较小的大洋（古特提斯洋，Paleo-Tethys）。相关研究显示古特提斯洋在二叠末是一个极度缺氧的大洋，而泛大洋则保持相对富氧状态，并可能为部分生物提供了庇护所。两个大洋的差异性表明它们在二叠末保持相对隔绝状态，而华南和华北的碰撞拼贴是造成两个大洋物理分割的主要因素。然而基于大别-苏鲁造山带高压-超高压变质岩研究结果提出的古地理重建模式，普遍认为两个大陆的碰撞拼贴发生于三叠纪时期，晚于二叠末生物大灭绝事件。
为了更好地约束华南和华北大陆块体的初始碰撞时代，中国科学院地质与地球物理研究所赵磊副研究员，联合唐虎博士、Ross Mitchell研究员、李秋立研究员、翟明国研究员以及中国地质科学院地质研究所周喜文研究员，对中国东部不同造山带的变质岩开展系统研究。华南和华北大陆碰撞拼贴不仅在中国中部形成了大别-苏鲁超高压造山带，还引起华南印支期陆内造山以及华北南缘的印支期叠加改造。识别出的与华南印支期造山带相关的变质作用主要分布于华夏地块东北部，总体呈现北东南西走向，平行于苏鲁造山带（图1）。
图1 华南、华北和朝鲜半岛构造单元划分以及区域地质简图
分布于大别-苏鲁造山带的榴辉岩和超高压榴辉岩，由于经历了大陆俯冲-折返的完整地质过程，其变质作用时代无法准确限定大陆初始碰撞。因此在探究上述问题的过程中，选取的研究对象，包括没有经历大陆俯冲折返过程的大别造山带北部北淮阳带低变质岩，以及出露于华北南缘的胶北地体早前寒武纪岩石和华南印支期变质岩。
在华南印支期造山带从北到南的不同地区，包括舟山大衢岛、浙江遂昌和广西云开等地，出露有记录榴辉岩相-高压麻粒岩相的变质岩，详细的变质作用研究揭示其变质作用时代在270-230 Ma，其变质演化P-T轨迹均呈顺时针样式（图2）。印支期变质岩的变质年龄以北部大衢岛最为古老，为~270-260 Ma的二叠纪时期，向南西逐渐年轻化（图1）。这些年龄结果表明，华南华北初始碰撞在二叠纪时期就已经启动，并且初始碰撞最先发生于东部地区。
图2 华南印支期变质岩锆石定年结果以及变质演化P-T轨迹样式
出露于北淮阳带的岩石单元主要包括佛子岭群和卢镇关群，这两个岩石单元通常被认为是形成于华南大陆北部的被动大陆边缘，在华南和华北大陆初始碰撞期间增生到华北南缘。其主要岩石类型是一套遭受绿片岩相-低角闪岩相变质的陆缘碎屑沉积岩，主要变质矿物包括绿泥石、黑云母、白云母、石榴石、绿帘石等（图3）。在综合利用金红石、榍石等进行变质作用时代研究的基础上，研究者还对未经抛光的锆石开展了定年工作，准确获取了厚度~2 μm的变质锆石增生边的年代学结果。北淮阳带变质岩的年代学结果显示其变质作用时代发生于~270 – 260 Ma的二叠纪时期。
图3 北淮阳带变质岩的岩相特征和金红石(D和E)、榍石(F)以及未抛光锆石(G)的SIMS U-Pb定年结果
位于华北东南缘的胶北地体，除了记录古元古代变质作用之外，还显示一期印支期的变质叠加。地体南缘荆山群变质泥质岩的云母Ar-Ar定年给出~252 Ma的坪年龄，表明华北南缘在二叠末期经历了一期与华南和华北大陆碰撞相关的陆壳增厚事件。
中国东部不同地区变质岩的研究结果，表明华南华北的初始陆陆碰撞时代发生于二叠纪时期，并且该碰撞拼贴过程呈现“剪刀口闭合”样式，从东部到西部渐进式穿时碰撞拼贴（图4）。华南和华北大陆二叠纪初始碰撞，标志着盘吉亚超大陆主要大陆块体的拼贴在二叠纪时期就已经完成。此外，这两个大陆的对接很大程度上造成了泛大洋和古特提斯洋的物理分割，古特提斯洋才一定程度上变成了盘吉亚超大陆的“内陆洋”（图4）。盘吉亚超大陆的碰撞拼贴过程形成了一系列造山带（古陆剥蚀区），以及围绕超大陆形成的环形俯冲带。这一方面能够为古特提斯洋提供大量营养物质造成生命繁盛，另一方面这种缺乏全球洋流循环的、单调的构造格局也会造成脆弱的地球生态环境，为地球最严重的生物大灭绝事件埋下伏笔。
图4 二叠纪盘吉亚超大陆重建方案，以及华南和华北大陆碰撞拼贴构造演化示意图
研究成果近日发表于国际学术期刊Tectonics（赵磊，唐虎，Ross N. Mitchell，李秋立，周喜文，翟明国. The joining of North and South China during the Permian: Coherent metamorphic evidence from East Asia orogenesis [J]. Tectonics, 2023, 42 (8): e2023TC007916. DOI: 10.1029/2023tc007916）。该研究得到了国家自然科学基金项目（41890834和42220104008）的资助。
