大不整合面的深地起源

The deep Earth origin of the Great Unconformity

作者信息Santosh Dhungana, Nicolas Flament

PMID42983034

期刊Nature

发布时间2026-11

DOI10.1038/s41586-026-11156-5

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实验完整度

中

基于地幔对流模型预测动态地形，并与沉积物通量数据对比验证，但无独立实验验证。

主要模型

地幔对流模型（CitcomS，1 Ga至0 Ma）全球古地理构造重建模型大不整合面沉积记录数据库（Macrostrat）全球保存沉积物通量数据（显生宙）

重点核对

模型M1的深部地幔结构（BLOBS）与10个独立S波层析模型推断的LLSVPs空间匹配程度（fractional area fa和平均准确度Acc）重建的火山省位置与BLOBS边缘的时间平均中位角距离（θ~）动态地形聚类的k-means分析：轮廓系数、Davies–Bouldin指数和肘部法确定聚类数（2或3）动态地形预测与各大陆保存沉积物通量（沉积体积/时间/面积）的时空对比模型对劳伦大陆、波罗的大陆和华北大陆的预测：新元古代长期隆升（约920–600 Ma）和显生宙长期沉降（约540–0 Ma）

摘要

大不整合面标志着一个全球性广泛的侵蚀面，与气候转变和环境变迁有关，这些变化发生在寒武纪生命大爆发之前。解释大不整合面形成的拟议过程包括雪球地球期间的冰川侵蚀、裂谷作用和柱活动、海平面下降以及地幔驱动的动态地形。然而，这些过程的动力学尚未得到检验。本文表明，由地幔对流引起的长波长动态地形相关的大陆尺度隆升和沉降驱动了大不整合面的形成和保存。我们的模型预测了劳伦大陆、波罗的大陆和华北大陆在新元古代长期的大陆尺度隆升和显生宙长期的沉降。这种垂直运动情景对于大不整合面的形成和保存是理想的，而大不整合面是深地过程的一级地表表现。预测的整个成冰纪持续的长期大陆隆升会由于冰川作用导致显著的侵蚀。劳伦大陆的大面积及其边缘的有限变形解释了为什么大不整合面在那里保存和记录得最好。我们的模型预测的动态地形旋回广泛反映在各大陆保存的沉积物量中，并为理解寒武纪动物多样化的环境开辟了新途径。

地幔对流模型构建与验证

建立古地理约束的地幔对流模型，并验证其深部地幔结构预测的可靠性

使用CitcomS软件模拟1 Ga至0 Ma的地幔对流，测试六组模型（M1–M6），变化输入参数；将模型预测的BLOBS与10个S波层析模型推断的LLSVPs比较，并计算火山省与BLOBS边缘的角距离

动态地形计算与聚类分析

量化大陆动态地形的时空演化，识别与大不整合面形成和保存相关的区域

计算地表空气负载动态地形，仅考虑深度>350 km的浮力源和粘度变化；对920–420 Ma（形成期）和420–0 Ma（保存期）的动态地形进行k-means聚类，确定2或3个聚类，并生成投票图

与保存沉积物通量对比

检验动态地形预测与地质记录中沉积物保存通量的一致性

从文献获取各大陆（北美、南美、非洲、欧亚、澳大利亚）新元古代至现在的保存沉积物通量，按大陆面积缩放，并与模型预测的动态地形时间演化对比；对每个大陆的动态地形旋回进行时间平均的沉积物通量计算

实验环节	名称	品牌	货号
地幔对流模拟	CitcomS	--	--
聚类分析	k-means聚类	--	--

实验环节

名称

品牌

货号

地幔对流模拟

CitcomS

聚类分析

k-means聚类

环节	核对要点
地幔对流模型构建	模型参数（如瑞利数Ra=1.2×10^8 for M1–M3，粘度结构，初始条件，边界条件）和参考框架（NNR vs PMAG）阅读提示：Methods: Mantle convection models；Extended Data Table 1
动态地形计算	浮力源深度阈值（>350 km），密度差Δρ=3320 kg m⁻³，计算时间间隔（20 Myr）阅读提示：Methods: Mantle convection models（动态地形计算部分）
聚类分析	聚类数（2或3）的选择依据（轮廓系数、DBI、肘部法），时间范围（920–420 Ma和420–0 Ma）阅读提示：Methods: Cluster analysis of dynamic topography；Supplementary Fig. 1
沉积物通量对比	沉积物通量数据来源（文献1和14），时间窗口选择（与动态地形旋回对应）阅读提示：Methods: Mapping temporal evolution of preserved sediment flux and dynamic topography；Fig. 4
模型验证	BLOBS与LLSVPs的空间匹配指标（fa, Acc），火山省与BLOBS边缘的角距离（θ~），10个层析模型的选择阅读提示：Methods: Evaluating model success；Extended Data Fig. 1

环节

核对要点

地幔对流模型构建

模型参数（如瑞利数Ra=1.2×10^8 for M1–M3，粘度结构，初始条件，边界条件）和参考框架（NNR vs PMAG）

阅读提示：Methods: Mantle convection models；Extended Data Table 1

动态地形计算

浮力源深度阈值（>350 km），密度差Δρ=3320 kg m⁻³，计算时间间隔（20 Myr）

阅读提示：Methods: Mantle convection models（动态地形计算部分）

聚类分析

聚类数（2或3）的选择依据（轮廓系数、DBI、肘部法），时间范围（920–420 Ma和420–0 Ma）

阅读提示：Methods: Cluster analysis of dynamic topography；Supplementary Fig. 1

沉积物通量对比

沉积物通量数据来源（文献1和14），时间窗口选择（与动态地形旋回对应）

阅读提示：Methods: Mapping temporal evolution of preserved sediment flux and dynamic topography；Fig. 4

模型验证

BLOBS与LLSVPs的空间匹配指标（fa, Acc），火山省与BLOBS边缘的角距离（θ~），10个层析模型的选择

阅读提示：Methods: Evaluating model success；Extended Data Fig. 1

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