任江波 邓希光 杨 永
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
本文由南极地区油气地质综合研究与区域优选项目（GT-YQ-QQ-2011-8-25）资助。
作者简介：任江波（1985—），男，硕士，助理工程师，从事大洋地质矿产调查和研究，E-mail：dourjb222＠163.com。
摘要 大量的研究发现，南极陆块的地质演化伴随着间断性增生和裂解作用，并且与邻近陆块澳洲、印度、非洲以及南美大陆具有密切的地质演化关系。其中，澳洲与东南极，包括阿黛利大部分地区具有相似的地质演化历程。1.73 Ga的宁录-基德曼造山带从澳洲延伸到南极，并到达沙克尔顿地区，显示两者在古元古代就有联系。印度东高芷山地区与东南极恩德比地、伊丽莎白公主地的相关历史甚至可以追溯到太古宙。本文综述了东南极与澳洲、印度前寒武纪的相关地质演化。冈瓦纳之前，东南极是分裂的，泛非期的东非造山作用和Kuunga造山作用将南极及其相邻陆块拼合在一起，冈瓦纳联合古陆雏形也基本形成。中生代中-晚期冈瓦纳的裂解，非洲-南美、印度、澳洲先后与南极分离，以及最后新西兰的离开，形成目前的南极大陆。
关键词 南极 澳洲 印度 构造演化 冈瓦纳
1 前言
南极洲位于地球的最南端，绝大部分陆地被冰雪覆盖，四周被太平洋、大西洋和印度洋组成的南大洋所环绕［1］。然而，南极的地质演化与其邻近的陆块密切相关，它至少在最近的两次超级联合古陆（罗迪尼亚、冈瓦纳）的演化过程中扮演着重要角色［2～3］。按照大地构造可将南极划分为东南极地盾和西南极中新生代褶皱带，其中东南极地盾是地球上最大、最古老的克拉通之一［4］。按照传统的认识，东南极地盾是由太古宙陆核和围绕陆核发育的元古宙活动带组成，大多数岩石经历了麻粒岩相至角闪岩相变质作用［4］。冈瓦纳之前的东南极并不统一，其地质演化历史伴随着间断性的增生、碰撞以及周期性的伸展和裂解作用［5］。大量的研究发现从新太古代至今，南极与澳洲板块［5-7］、印度板块［8-10］、非洲板块［11-13］甚至可能与华南板块［14］具有耦合关系。目前通过板块形态、地质特征、地磁异常、海底扩张等研究，能够很好确定冈瓦纳时期的南极及其相邻陆块的相对位置［5，9］。本文试图就南极与相邻板块的相互演化历史研究进展进行整理，介绍南极与澳洲、南极与印度的相关地质演化，并简单讨论冈瓦纳的形成及裂解中的南极陆块。
2 南极地质概况
南极洲是地球上第五大陆块，面积约为14×106 km2，绝大部分被冰雪覆盖。大地构造上可将南极分为两个大的单元，东南极地盾和西南极中新生代褶皱带［15］，这两个构造单元被横贯南极山脉所分割（图1）。横贯南极山脉主体属于古生代缝合带（罗斯造山带）［1，16］，是多期隆升作用的结果。
图1 南极地形图和构造划分图
东南极地区地势高而平缓，属典型的克拉通系统，该区基底主要由太古宇麻粒岩相花岗片麻岩、片麻岩构成，其上不整合覆盖元古宙角闪～绿片岩相副变质岩，后期有花岗岩和碱性基性岩侵入［16］。太古宙陆核主要出露在内皮尔山（Napier）、南查尔斯王子山（Prince Charles）的鲁克山（Ruker）岩体、赖于尔群岛（Rauer Islands）、西福尔丘陵（Vestfold Hills）、格吕讷霍格纳群峰（Grunehogna Peaks）、米勒岭（Miller）的宁录群（Nimrod）和阿黛利地联邦湾（Commonweath）等地（图1），其中部分陆核已被古元古代或新元古代—早古生代造山作用所改造［4］，这些古老岩石记录着南极陆核演化过程。
西南极由一系列岛屿、高原和盆地组成。主要包括南极半岛（含南设得兰群岛）、埃尔斯沃思地、玛丽·伯德地和西南极裂谷系统（罗斯盆地、伯德冰下盆地和威德尔盆地），冰盖以下的西南极地貌绝大部分低于海平面（图1）。研究认为西南极主要是冈瓦纳时期陆块边缘的增生产物［5］，为非克拉通系统。其中南极半岛表现为中、新生代太平洋边缘岛弧，西南极裂谷系统是白垩纪东、西南极之间的伸展作用形成的，它与横贯南极山脉之间的空间关系很明显。
3 南极与相邻板块的相关性
东南极普遍存在前寒武系岩石，它们记录着与相邻的陆块之间的共同演化历史。基于与邻近块体的年龄和造山带历史的对比，Boger［5］将东南极分为多个构造域，分别代表着与澳洲、印度、非洲等相邻陆块的演化关系（图1）。下面分别介绍南极与澳洲、南极与印度前寒武纪的相关地质演化历史。
3.1 南极-澳洲陆块
澳洲与东南极大部分地区具有相关的地质演化历程，Boger［5］认为它们的联合演化历史长达24亿年之久。目前认为南极的威尔克斯地、阿黛利到沙克尔顿的大部分地区与南澳高勒（Gawler）地区具有共轭关系，它们组成莫森（Mawson）克拉通（图1，图2），这些区域为相当大的太古宙到古元古代连续体［5］。莫森克拉通最古老的岩石出露于高勒克拉通的斯利福德杂岩体和马伽杂岩体，主要为角闪岩相到麻粒岩相的新太古代副片麻岩和古元古代的沉积岩。阿黛利地138°E到145°E的地区保存有新太古代岩组和变质岩，包括Cape Denison正片麻岩［17］，与南澳高勒克拉通保存在类似的新太古代岩组和变质时代。位于米勒山脉的宁录群岩组包括沉积岩、火成岩和中太古代（2.98 Ga）正片麻岩［18］，沙克尔顿地区保存着古元古代的长英质正片麻岩。尽管高勒克拉通、阿黛利地、米勒和沙克尔顿记录不同的太古宙—古元古代的地质历史，然而它们一起经历古元古代宁录-基德曼（Nimrod-Kimban）造山变形（1.73～1.69 Ga），说明它们在1.73 Ga之前相连在一起［19］。
宁录-基德曼造山带代表着南极最古老的连续造山带，主要表现为中、高压和顺时针P-T-t的变质作用［20］。其中造山带末的沙克尔顿古太古代岩基达到角闪岩～麻粒岩相，变质峰值温压分别为800℃和8kbar；米勒地区达到榴辉岩变质作用，峰值温压分别为700℃和12kbar；阿黛利的Cape Hunter太古代基岩变质温压为500～600℃和6～7kbar［17］，Dumont Dúrville千枚岩变质温压为700～750℃和4～6kbar。造山作用晚期在阿黛利和高勒普遍存在左旋和右旋剪切应力，如图2中的Mertz剪切带和Kalinjala剪切带［21］。宁录-基德曼造山作用终止于大陆碰撞，碰撞的一方为莫森克拉通，另一方可能为卡莫娜-比尔德莫克拉通。卡莫娜-比尔德莫克拉通的大小和形状目前还不清楚，但大量的研究认为这些岩石与澳洲的元古代及劳伦古陆可能具有相关性［5］。
古元古代晚期，莫森克拉通北、西边缘广泛分布岛弧类型岩石［22］，显示为构造作用向俯冲模型转变。随后中元古代早期，整个莫森地区发生中-酸性岩浆侵入和喷发，表现为一套钙碱性的非造山带岩浆活动［23］。中元古代中期，北澳克拉通南缘与莫森西缘之间的洋盆开始闭合，北澳克拉通沿着莫森克拉通西缘旋转并碰撞。碰撞形成Albany-Fraser造山带（1.34～1.14 Ga），该造山带从澳洲中部的Musgrave地区延伸到东南极的威尔克斯陆块［24］。
中、新元古代时期澳洲-南极西缘发生Pinjarra碰撞造山运动（1.08～1.06 Ga）［25］，该造山作用发生在北安普敦和Mullingarra杂岩体中的中元古代中期副片麻岩，变质作用达到麻粒岩相条件，构造运动晚期及之后有岩浆侵入并持续到0.99 Ga。该碰撞作用认为西澳-南极与克罗恩（Crohn）克拉通发生碰撞拼合［5］，克罗恩克拉通（图1）的绝大部分地区位于南极冰川之下，露头主要包括伊丽莎白公主地斯科特冰川西海岸和查尔斯王子山脉最南边的岩石，具有太古宙的基底岩石和年轻的盖层。克罗恩克拉通造山作用之前的岩石特征和地质历史与莫森克拉通并不相同，南极奥布鲁切夫山的太古代正片麻岩和西澳西南地区的岩石具有Pinjarr造山带相应的年龄，该造山带的露头有限，不过得到了两侧的中、新元古代的沉积盆地的支持［5］。
图2 南极-澳洲陆块地质简图（据引文 ［5］修改）
莫森克拉通西边缘长期的构造活动伴随着与克罗恩的碰撞缝合而停止，然后在之后300 Ma都保持稳定的环境，这个时期南极是罗迪尼亚联合古陆的一部分［2］。构造活动重新开始于成冰纪（Cryogenian），与之前的挤压环境不同，现在主要表现为伸展作用。罗迪尼亚时期南极地区的伸展作用开始的证据主要保存在澳洲和劳伦古陆。澳洲的伸展作用标志为0.83 Ga加德纳岩墙和同时代的阿德莱德褶皱带大陆溢流玄武岩。该伸展作用导致南极-澳洲与一古陆进行分裂，并形成太平洋，分裂的另一块体多数认为是劳伦古陆，也有人认为是卡莫娜-比尔德莫克拉通［5］。
3.2 南极-印度陆块
东南极与印度陆块共同经历地质演化的证据在板块形态、地质特征、地磁异常等做了大量研究［9］，目前认为相关的地质体位于南极的恩德比地、伊丽莎白公主地和印度东高止山地区［5，9］（图3）。地质特征上，东南印度与东南极发育的二叠纪-侏罗纪裂谷系统具有非常好的对应性，如罗伯特裂谷与Pranhita-godavari裂谷以及兰伯特地堑与Mahanadi地堑（图3）。同时这两条裂谷链与东非裂谷系统具有非常好的镜像关系，并且具有大小、形状上的相似性。这些裂谷伴随着白垩纪的冈瓦纳裂解而分离［9］。
图3 南极-印度陆块地质简图（据引文 ［9-10］修改）
东南极最古老的岩石是位于雷纳地区的内皮尔杂岩体，其花岗闪长岩基底岩石的时代为3.8～4.0 Ga［26］，与Dharwar克拉通的基岩时代接近（3.5 Ga）。同时，内皮尔杂岩体与Dharwar克拉通都具有2.5～2.6 Ga的花岗岩类岩石及3.2～3.6 Ga的TDM模式年龄，并共同经历2.5 Ga左右的高级变质作用［9］，代表着印度-南极板块的原始陆核。
古太古代晚期至中元古代早期该区发育大量的超高压变质带，东高止山（南部）的沉积岩在1.76 Ga和1.63～1.6 Ga发生变质作用，1.72～1.7 Ga有紫苏英闪岩的侵入，东高芷山（北部）同时也发现有1.78～1.7 Ga的碎屑年龄［10］。南极地区相关的地质事件发生在雷纳杂岩体与内皮尔杂岩体交界处，该期造山作用可能意味着原始南印度克拉通陆核与部分南极陆块发生缝合［10］。同时在1.7～1.5 Ga，印度北边的Bundelkhand克拉通与南边的Dharwar和Bastar克拉通发生碰撞形成印度中央构造带，即南印度块体与北印度块体拼合在一起（图3）。
中-新元古代（1.1～0.9 Ga）的活动主要发生在雷纳-东高芷山（北部）带，包括有东南极雷纳杂岩体和麦克·罗伯逊地发育的1.1～0.9 Ga的正片麻岩、1.0～0.9 Ga的高级变质岩、0.98～0.91 Ga的酸性火成岩，以及印度东高止山（北部）的超高压变质作用（1.1～1.0 Ga）［9-10］。然而缺少古地磁数据的证据，Li等［2］和Bose等［10］认为雷纳-东高芷山（北部）带此前并不一定相连在一起，直到0.9 Ga的罗迪尼亚拼合事件确定雷纳杂岩体与东高芷山发生大陆碰撞。新元古代中晚期（0.65～0.50 Ga）冈瓦纳拼合过程中局部发生伸展作用，印度与东南极地区普遍发育有碱性岩石，包括南印度泛非期变质带，斯里兰卡及东南极Lutzow-holm地体和雷纳杂岩体［9］。
4 南极各陆块之间的拼合及冈瓦纳的形成和裂解
冈瓦纳联合古陆形成之前，南极还参与了哥伦比亚超大陆（2.1～1.8 Ga）［3］以及罗迪尼亚超大陆（0.9～1.3 Ga）［2］拼合和分离。南极的地质演化伴随着间断性的增生和裂解作用，冈瓦纳之前的南极可分为4个构造域［5］，东南极最大一块与澳洲相连在一起，其余分别与印度、非洲相连，西南极主要为冈瓦纳时期陆块边缘的增生产物。罗迪尼亚的裂解、澳洲和南极东缘太平洋的形成等一系列事件最终导致克罗恩大陆边缘的汇聚和碰撞，南极-印度、南极-非洲陆块最终在埃迪卡拉纪到早寒武世拼贴到东南极块体上。东南极各陆块之间的拼合基本完成，它们组成冈瓦纳形成 “泛非运动” 事件的一部分。东南极的拼合最重要的两次碰撞事件位于南极海岸线15°W ～40°E和60°E～80°E，这两个带分别为东非造山带［27］和Kuunga造山带［5］。其中东非-南极造山带为非洲板块和科茨地板块界线，Kuunga造山带为印度-南极板块和澳洲-南极板块界线（图4）。
西冈瓦纳和澳洲-南极板块沿着Kuunga带的缝合结束冈瓦纳各个板块之间的汇聚作用，并标志着前冈瓦纳之间的俯冲消减作用转向冈瓦纳联合古陆的太平洋边缘。早古生代还存在另一条造山带-罗斯造山带，南极地区主要发生在横贯南极山脉，其内保存有大陆裂解、洋壳俯冲和地体增生的地质纪录，代表冈瓦纳超大陆的活动大陆边缘［4］。该造山带大多数记录了冈瓦纳形成后的地质事件，包括南美北部到北澳地区，时间从早-中寒武世开始到晚石炭世。罗斯造山带代表冈瓦纳太平洋被动大陆边缘沉积作用结束，并标志着岛弧侵入岩的形成及同时代的变形作用开始，同样标志着东澳洲、西南极和西南美的长期地壳增生开始［5］。
南极构造演化的最后一个阶段为地壳伸展和冈瓦纳的裂解。冈瓦纳初始裂解只涉及到非洲和南美向北漂移并离开南极-印度-马达加斯加-澳洲，中侏罗世非洲最终从南极分离出来，并在位于毛德王后地和南东非洲之间的Riiser-拉森海局部以及位于马达加斯加和肯尼亚之间的索马里盆地形成初始洋底。早白垩世印度和澳洲相对南极运动，驱动力为相对于南极发生的印度逆时针旋转和澳洲顺时针旋转，结果在约132 Ma形成印度和南极之间的洋底。最后是晚白垩世新西兰与西南极的分离最终形成目前的南极大陆。自从裂解开始，南极板块一直较稳定，地质活动限制为地壳伸展和西南极裂谷中的火山作用。
图4 冈瓦纳时期南极与相邻陆块之间的缝合带（据引文 ［5］修改）
5 结 论
（1）东南极包括阿黛利等地区与南澳高勒地区组成的莫森克拉通，它们经历1.73 Ga的宁录-基德曼造山作用，显示该克拉通自古元古代就存在。自古元古代晚期，莫森克拉通北、西边缘为俯冲构造环境。到中元古代中期，北澳克拉通与莫森克拉通碰撞并拼合。中新元古代莫森克拉通与克罗恩克拉通碰撞拼合，随后东南极-澳洲陆块进入相对稳定环境。
（2）东南极恩德比等地区与印度东高芷山地区具有相似的太古代岩石组合，代表着印度-南极板块的原始陆核。古太古代晚期至中元古代早期该区发育大量的超高压变质带，可能意味着南印度克拉通陆核与部分南极陆块发生缝合。中-新元古代相关地区表现为高级变质带和酸性火山作用，新元古代中晚期印度-南极局部发生伸展作用，此期普遍发育碱性岩石。
（3）冈瓦纳之前的东南极是分裂的，泛非期的东非造山作用和Kuunga造山作用将南极及其相邻陆块拼合在一起，冈瓦纳联合古陆雏形也基本形成。中生代中-晚期冈瓦纳的裂解，非洲-南美、印度、澳洲先后与南极分离，最后新西兰的离开最终形成目前的南极大陆。
参考文献
［1］陈廷愚，沈炎彬，赵越，任留东.南极洲地质发展与冈瓦纳古陆演化［M］.地球科学系列.2008，北京：商务印书馆.
［2］Li Z，Bogdanova S，Collins A S，Davidson A，De Waele B，Ernst R，Fitzsimons I，Fuck R，Gladkochub D，Jacobs J.Assembly，configuration，and break-up history of Rodinia：a synthesis［J］.Precambrian Research，2008，160（1-2）：179～210.
［3］Rogers J J W，Santosh M.Configuration of Columbia，a Mesoproterozoic Supercontinent［J］.Gondwana Research，2002，5（1）：5～22.
［4］刘晓春，赵越，刘小汉，胡健民.东南极晚新元古—早古生代构造热事件及其在冈瓦纳超大陆重建中的意义［J］.高校地质学报，2007，13（3）：546～560.
［5］Boger S D.Antarctica-Before and after Gondwana［J］.Gondwana Research，2011，19（2）：335～371.
［6］Sproll W P，Dietz R S.Morphological Continental Drift Fit of Australia and Antarctica［J］.Nature，1969，222（5191）：345～348.
［7］Griffith J.Revised Continental Fit of Australia and Antarctica［J］.Nature，1974，249（5455）：336～338.
［8］Erank A J，Hofmeyr P K.K/Rb Ratios in Mesozoic Tholeiites from Antarctica Brazil and India［J］.Earth and PlanetaryScience Letters，1968，4（1）：33～38.
［9］Veevers J J.Palinspastic（pre-rift and-drift）fit of India and conjugate Antarctica and geological connections across the su-ture［J］.Gondwana Research，2009，16（1）：90～108.
［10］Bose S，Dunkley D J，Dasgupta S，Das K，Arima M.Ind ia-Antarctica-Australia-Laurentia connection in the Paleoprotero-zoic-Mesoproterozoic revisited：Evidence from new zircon U-Pb and monazite chemical age data from the Eastern GhatsBelt，India［J］.Geological Society of America Bulletin，2011，123（9-10）：2031～2049.
［11］Mcdougall I.Potassium-Argon Age Measurements on Dolerites from Antarctica and South Africa［J］.Journal of Geophysi-cal Research，1963，68（5）：1535～1545.
［12］Compston W，Mcdougal.I，Heier K S.Geochemical Comparison of Mesozoic Basaltic Rocks of Antarctica South AfricaSouth America and Tasmania［J］.Geochimica Et Cosmochimica Acta，1968，32（2）：129～149.
［13］Luis A J，Pednekar S M.Hydrodynamics between Africa and Antarctica during Austral Summer 2008［J］.Journal of Ma-rine Systems，2010，83（1-2）：45～57.
［14］Li Z X，Zhang L H，Powell C M.South China in Rodinia-Part of the Missing Link between Australia East Antarctica andLaurentia［J］.Geology，1995，23（5）：407～410.
［15］陈廷愚.南极洲主要矿产资源［J］.地球学报，1996，17（1）：65～77.
［16］刘小汉，郑祥身，鄂莫岚.南极洲大地构造区划和冈瓦纳运动［J］.南极研究，1991，3（2）：1～9.
［17］Stüwe K，Oliver R.Geological history of Adélie Land and King George V Land，Antarctica：Evidence for a polycycliemetamorphic evolution［J］.Precambrian Research，1989，43（4）：317～334.
［18］Goodge J W，Fanning C M.2.5 by of punctuated Earth history as recorded in a single rock ［J］.Geology，1999，27（11）：1007.
［19］Will T M，Zeh A，Gerdes A，Frimmel H E，Millar I L，Schmadicke E.Palaeoproterozoic to Palaeozoic magmatic andmetamorphic events in the Shackleton Range，East Antarctica：Constraints from zircon and monazite dating，and implica-tions for the amalgamation of Gondwana［J］.Precambrian Research，2009，172（1-2）：25～45.
［20］Goodge J W，Fanning C M，Bennett C V.U-Pb evidence of similar to 1.7 Ga crustal tectonism during the Nimrod Orog-eny in the Transantarctic Mountains，Antarctica：implications for Proterozoic plate reconstructions［J］.Precambrian Re-search，2001，112（3-4）：261～288.
［21］Di Vincenzo G，Talarico F，Kleinschmidt G.An 40 Ar-39 Ar investigation of the Mertz Glacier area（George V Land，Antarctica）：implications for the Ross Orogen-East Antarctic Craton relationship and Gondwana reconstructions［J］.Pre-cambrian Research，2007，152（3-4）：93～118.
［22］Swain G，Barovich K，Hand M，Ferris G，Schwarz M.Petrogenesis of the St Peter Suite，southern Australia：arc mag-matism and Proterozoic crustal growth of the South Australian Craton［J］.Precambrian Research，2008，166（1-4）：283～296.
［23］Peucat J J，Capdevila R，Fanning C M，Menot R P，Pecora L，Testut L.1.60 Ga felsic volcanic blocks in the morainesof the Terre Adelie Craton，Antarctica：comparisons with the Gawler Range Volcanics，South Australia［J］.AustralianJournal of Earth Sciences，2002，49（5）：831～845.
［24］Myers J S，Shaw R D，Tyler I M.Tectonic evolution of Proterozoic Australia［J］.Tectonics，1996，15（6）：1431～1446.
［25］Wilde S A.Evolution of the Western Margin of Australia during the Rodinian and Gondwanan Supercontinent Cycles［J］.Gondwana Research，1999，2（3）：481～499.
［26］Harley S，Black A.A revised Archaen chronology for the Napier Complex，Enderby Land，from SHRIMP ion-micro-probe studies［J］.Antarctic Science，1997，9（1）：74～91.
［27］Jacobs J，Fanning C M，Henjes-Kunst F，Olesch M，Paech H J.Continuation of the Mozambique Belt into East Antarc-tica：Grenville-age metamorphism and polyphase Pan-African high-grade events in central Dronning Maud Land［J］.Journal of Geology，1998，106（4）：385～406.
Precambrian tectonic evolution of Antarctica and its relationship with Australia and India
Ren Jiangbo，Deng Xiguang，Yang Yong
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：Numerous studies show that Antarctic plate was remarkably dynamic with intermittentgrowth driven by accretion and rifting，which is closely related to its adjacent continents such asAustralia，India，Africa and South America.The Late Palaeoproterozoic（1.73 Ga）Nimrod-Kim-ban Orogeny belt extends from Gwwler in south Australia to Shackelton in center Antarctica is asound evidence to show that the tectonic evolution of Australia is well related to East Antarctica，including Terre Adélie and Wilkes Land.The geological coevolution of India and Antarctica couldeven be traced back to Archaean，with evidence in Eastern Ghats and Enderby.The present pa-per attempts to summarize Precambrian tectonic evolution of Antarctica and its relationship withAustralia and India.The East Antarctica was not united until late Neoproterozoic.The East Afri-can and Kuunga Orogenesis during“Pan Africa” events resulted in the union of the Antarctic andits nearby plates.Till then，the embryonic Gondwana formed.In Mid-to Late-Mesozoic，Gond-wana started to break up.Africa-South America，India and Australia were sequentially separatedfrom Antarctic.The slightly later separation of New Zealand formed the modern Antarctic conti-nent.
Key words：Antarctica Australia India Tectonic evolution Gondwana