地球为何能演化出今天这样的板块构造？板块构造又是从何时开始、以何种方式逐步走向“现代式俯冲”的？这是固体地球科学长期关注、但仍争议巨大的核心问题之一。已有观点认为，可以通过不同地质时代变质岩记录的压力—温度（P–T）条件，去寻找俯冲作用的“指纹”：例如低温压比（T/P）的蓝片岩相/榴辉岩相变质作用往往与冷俯冲密切相关。然而，太古宙（4.0–2.5 Ga）地质记录中几乎没有公认的低 T/P 蓝片岩或榴辉岩，这使得“太古宙是否存在稳定俯冲”长期缺乏直接岩石学证据。
近期，中国科学院地质与地球物理研究所（IGGCAS）的博士生黄媚韵，与焦淑娟研究员，郭敬辉研究员，黄广宇副研究员，以及澳大利亚科廷大学 Tim E. Johnson教授、Chris Clark教授等合作者，在苏格兰西北部 Lewisian 片麻岩杂岩（Lewisian Gneiss Complex, LGC，图1）的变泥质岩中，发现了被石榴子石“封存”的高压矿物组合：多硅白云母（phengite）+ 蓝晶石（kyanite）+ 金红石（rutile），并与石英共同作为包裹体存在于石榴子石变斑晶的核部（stage 1，图2B–图2D）。由于石榴子石在后期变质改造中具有较强的“封闭性”，这类包裹体往往像时间胶囊一样，能保存早期高压阶段的信息，为识别古老俯冲环境提供关键窗口。
图1 Lewisian 片麻岩杂岩（LGC）区域地质背景、研究样品位置及野外露头（Scourie 地区，样品 SC18-02）
图2 石榴子石中包裹体的矿物学证据：TIMA 图像及BSE照片显示多硅白云母+蓝晶石+金红石（±石英）等组合被封存在石榴子石核部，而其边部则发育黑云母+蓝晶石+刚玉+钛铁矿以及矽线石包体等
更关键的是，研究团队对含高压包裹体（stage 1）的石榴子石开展了原位 Lu–Hf 定年：限定榴辉岩相变质作用发生在2.81 ± 0.04 Ga（MSWD = 1.3，n = 109，图3D）。这将高压事件精确锁定在中太古代—新太古代过渡期，为“太古宙是否存在稳定俯冲”这一争议提供了罕见而直接的时间约束。
在温压条件约束上，研究综合采用了显微岩相学与自动矿物分析（TIMA）、电子探针矿物化学、相平衡模拟（构建 NCKFMASHTO 体系视剖面图）、金红石 Zr 温度计与多硅白云母压力计等多种方法交叉验证。结果表明：早期高压阶段（stage 1）温度约 580–660°C、压力约1.5–2.5 GPa，对应T/P = 230–440°C/GPa (图3A–图3C)，与现代俯冲带的变质热结构更为接近，却显著区别于多数太古宙地体常见的中-高 T/P (> 500°C/GPa) 变质记录。
与此同时，石榴子石中包裹体的矿物组合从核部多硅白云母+蓝晶石+金红石（stage 1）到黑云母+蓝晶石+刚玉+钛铁矿（stage 2，图2E–图2H），再到边部矽线石+金红石（stage 3，图2G）等的分带性，显示该岩石经历了顺时针型 P–T–t 演化：峰期压力之后，发生约 0.7 GPa 的减压，超过 200 °C 的升温（图4A），反映了从高压埋藏到造山带热弛豫/抬升过程中复杂的热力学演化。这类顺时针型路径与典型太古宙常见的高 T/P、逆时针型变质演化轨迹形成对比。
综合来看，这项工作发现并证实约 2.8 Ga 的低 T/P 榴辉岩相记录，可能是全球太古宙岩石中最低的 T/P变质岩石实例（图4B）。它很可能记录了地球构造体制从某种“前板块构造/非现代构造体制”向“稳定俯冲作用逐渐增强”、并最终演化为板块构造的早期转变；其根本驱动与岩石圈增厚、增强有关，而这又是地幔长期冷却的必然结果。
图3 变质阶段温压条件的多方法联合约束（相平衡模拟、Zr-in-rutile 温度计、多硅白云母压力计）及石榴子石原位 Lu–Hf 年龄
图4 研究样品的 P–T–t 路径与全球不同时代变质温压比（T/P）的对比：本研究结果位于太古宙区间并呈现异常低 T/P值
该研究为“板块构造何时启动、何时出现稳定俯冲”提供了一个来自太古宙深时地质记录的关键观测约束，也提示我们：一些最重要的早期俯冲信息，可能并不以“整块榴辉岩露头”的形式出现，而是被封存在石榴子石等耐改造矿物的显微包裹体之中。对这类“微观证据链”的系统发掘与定量化，将有助于在更古老的地体中追踪板块构造逐步成形的足迹。
研究成果发表于国际学术期刊Geology（Huang M, Jiao S, Johnson T E, et al. Eclogite-facies metamorphism of continental crust at the Mesoarchean-to-Neoarchean transition[J]. Geology, 2026. DOI: 10.1130/G53819.1.）。研究受国家自然科学基金（42330304）、深地专项（2024ZD1001601、2025ZD1005300）、中科院青年创新促进会（2018089）、国家重点研发计划（2023YFF0803802）以及澳大利亚 ARC Discovery Project（DP200101104）等项目资助。
黄媚韵（博士生）
