地质历史中，大陆周期性的聚散离合，形成超大陆旋回。古元古代，全球广泛发生碰撞造山作用，被认为形成了哥伦比亚（或称努那）超大陆（Zhao et al., 2002）。这次造山时间多集中于20–18亿年，碰撞造山带多而短，牵涉到的克拉通小而多（Condie et al., 2015）。那么，这一复杂的过程（集中性的碰撞造山作用）是如何结束的，超大陆是如何最终形成的？此外，基于造山时间和部分古地磁数据，传统认为超大陆形成于18亿年（Zhao et al., 2002; Zhang et al., 2012），但来自北澳的地质和古地磁资料显示其与北美的拼贴晚至16亿年（Kirscher et al., 2019; Nordsvan et al, 2018; Pourteau et al., 2018），那么超大陆究竟形成于18亿年还是16亿年（Li et al., 2023），最后的阶段究竟发生了什么？精确地恢复18–16亿年（固结纪）古大陆的构造演化过程是回答上述问题的关键。

为探究相关科学问题，岩石圈演化与环境演变全国重点实验室王冲特聘副研究员，联合彭澎研究员、邓成龙研究员、Ross Mitchell研究员，以及芬兰赫尔辛基大学的Johanna Salminen教授，澳大利亚科廷大学的刘也博博士、Uwe Kirscher博士，对华北克拉通鲁西地区17–16.8亿年的基性岩墙群开展了详细的岩石磁学和古地磁学分析，获得了具有精确年龄约束的高质量古地磁极（图1）。

图1 代表性样品的古地磁退磁图

通过对比华北与澳大利亚18–12亿年的古地磁极与视极移曲线，发现二者在18–13亿年可维持大体相当的相近位置关系，但~17亿年的古地磁数据与此构型略微不协调（图2）。同时，关联盆地的地层对比显示，华北的燕辽裂谷缺乏18–17亿年的记录，但北澳的麦克阿瑟盆地却有此期间的连续记录（Wang et al., 2019），暗示~17亿年大陆间构型的不稳定。据此，研究认为华北与澳大利亚在~18亿年位置接近，但在~17亿年相对位置经历了微调整，并至~16亿年构型达到稳定。

图2 元古宙中期华北相对澳大利亚的位置（粉红与绿色分别代表华北和澳大利亚）。（a）17.8亿年相连框架下的古地磁极信息（数字代表古地磁极的时代，单位为Ga）；（b）17.8亿年相连框架下的视极移曲线；（c）~17亿年古地磁极重合框架下的古大陆构型的微调整

有研究认为固结纪期间北美与澳大利亚之间的构造演化也经历了类似由接近到微调整到稳定的过程（Betts et al., 2016; Kirscher et al., 2019），这一认识与上述分析共同暗示了哥伦比亚超大陆的形成存在稳定化过程。因此，该研究认为集中性的多克拉通碰撞造山作用最终会通过构型的调整达到稳定，这种调整可能与地幔柱作用以及岩石圈强度有关（图3）。这项研究揭示了早期多克拉通碰撞过程的部分细节，在一定程度上丰富了板块构造理论。

图3 固结纪主要克拉通的相对位置关系（相对于当前的北美），同时展示了~17.9–17.6亿年大火成岩省的分布

研究成果发表于国际学术期刊GRL（王冲, 彭澎, Mitchell R N, 邓成龙, Salminen J, 刘也博, Kirscher U. Toward a More Stable Supercontinent Columbia in the Statherian[J]. Geophysical Research Letters, 2025, 52: e2025GL116097. DOI: 10.1029/2025GL116097.）。研究受中科院先导B专项、国家自然科学基金项目、澳大利亚和芬兰研究理事会联合资助。