华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

内蒙古高原岩石圈构造研究

本文通过综合地球物理资料，对上、中、下地壳和岩石圈地幔属性的研究，来分析内蒙古高原岩石圈的三维构造和物质运动。地体拼合属于岩石圈挤压力较小而作用期较长的造陆作用，以内蒙古中部地区为典型代表。此区域现今包括南阿穆尔- 兴安地体西南部和锡林浩特两个元古宙地体，以及形成于太古宙的华北克拉通地体。索伦山- 西拉木伦河断裂是锡林浩特和华北克拉通地体的缝合带。发生在二叠纪的锡林浩特和华北克拉通两个地体的碰撞拼合，造成古亚洲洋南支的封闭，同时也在两个地体之间，形成了索伦山- 西拉木伦缝合带和华北克拉通北缘俯冲带。古亚洲洋封闭后，华北克拉通地体继续向锡林浩特地体下方陆- 岛俯冲，形成了宽度为60～120 km的华北克拉通北缘俯冲带。此俯冲带地层向北倾斜，上地壳变形严重，岩石圈地幔破裂充水。锡林浩特地体在石炭纪处于南阿穆尔- 兴安地体南方古亚洲洋北支俯冲的岛弧带位置，在二叠纪和华北拼合时又处于华南克拉通北方古亚洲洋南支俯冲的岛弧带位置，幔源岩浆侵入频繁。在中生代拼合后又处于地壳转变为拉张的阶段，幔源岩浆侵入作用有增无减。由于幔源岩浆侵入作用时间长久，岩浆化学分异会更加彻底，锡林浩特地体及其周边地区具有良好的成矿潜力。     

华北地区东部岩石圈导电性结构研究——减薄的华北岩石圈特点

华北古大陆克拉通解体、岩石圈减薄的深部过程,对于建立中国大陆中新生代演化动力学模型是亟待深入研究的重要科学问题,因而"华北克拉通破坏"也就成了当前学术界的热门话题。为了研究"华北克拉通破坏"首先需要给出较准确的华北岩石圈结构,这必须依靠包括超宽频带高精度大地电磁深探测在内的现代深部地球物理探测技术。2001和2005年在华北地区东部布置了应县—商河(HB-MT01)、文水—日照(HB-MT02)大地电磁测深剖面进行研究。研究结果表明,在华北地区东部沿地壳-上地幔探测剖面可划分为4个电性区,区内发现有下地壳高导带和上地幔高导层存在。文中依据研究区壳-幔电性结构特征,推断华北地区东部地壳和上地幔之间发生过大规模构造运动,导致壳-幔之间存在解耦现象。研究结果还发现,华北东部确实存在岩石圈减薄区,其岩石圈厚度约50~80km厚。岩石圈明显减薄的区域包括北太行山隆起、华北裂谷带北部和鲁西断隆,其范围比原先认识到的要复杂,并非以太行山重力梯度带为界划分东、西两区,简单地认为东区即是减薄区。此外,在华北地区东部的现代高精度大地电磁探测结果也进一步证明了地球物理观测对于大陆动力学研究的重要性,这使人们更加认识到在今后的研究中必须强调地球物理-地质-地球化学之间的有机结合。     

华北克拉通破坏与岩石圈减薄

古太古代（约4.0 Ga）时地球上可能只有一个超级大陆, 它的岩石圈厚度高达400 km。在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等（150~350km）。从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上。中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180~200 km 减少到现今的80~100 km。本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

克拉通岩石圈三维物质架构示踪方法

克拉通岩石圈三维物质组成架构示踪是当今地球科学研究前沿，面临系列挑战。在对已有相关成果系统梳理的基础上，分别阐述了实现由点到面、由局部到全时空、由单一方法到多学科综合约束3个战略思路转变的基本要点；并以华北克拉通为例，提出了亟待深化的研究领域和未来方向。多种地球物理方法联立约束和综合解释，不仅开拓了岩石圈物质组成研究的新思路，而且有利于获得更可信的结果。逼近实际的岩石圈物质组成架构必须符合岩石探针、岩石圈物性结构、岩石物理性质与矿物及化学组成的测试分析/模拟计算结果等观测事实，并遵循地球化学热力学-地球动力学理论框架；这就需克服单一资料和方法各自的局限性，由单一手段向多方法综合约束转变，实现多学科融合来开展岩石圈物质组成的研究。据此提出“循序渐进、逐步深化”和“反馈修正、不断逼近”的岩石圈物质组成架构的多学科综合示踪研究流程。华北克拉通岩石圈三维物质架构研究的重点在于通过多学科的深度融合，恢复不同时期的构造格架和对应的物质组成，示踪其岩石圈物质架构的演变过程。     

从华北克拉通中生代原型盆地演化探讨深部岩石圈演化

近十年来,华北克拉通破坏或者岩石圈减薄一直受到国内外地学界的关注.目前,华北克拉通东部岩石圈晚中生代发生减薄已经得到多数学者的认同,但是岩石圈减薄的具体机制、时空范围、过程以及动力学背景仍然存在很大争议[1,2].争论的焦点是岩石圈减薄的机制问题,争论的原因之一是克拉通破坏过程的基础地质资料不够翔实,对浅表地质的研究比较薄弱,不能在整体上、宏观上对克拉通破坏过程进行控制[3].     

非洲大陆岩石圈演化与成矿关系

岩石圈深部过程与成矿关系研究是当今地球科学的前沿,对于深化成矿地质背景了解、总结成矿规律、有效开展资源潜力评价、提高矿产勘查效果等具有重要意义.以岩石圈角度划分的非洲大陆新大地构造单元为基础,分析了矿产资源的时空分布特征,讨论了克拉通型、造山带型、裂谷型等不同类型岩石圈的成矿特色.根据非洲大陆形成和岩石圈演化,区分非洲...     

中国大陆岩石圈厚度分布研究

利用不同物理性质所估计的岩石圈厚度可能具有不同的地球动力学意义。大陆岩石圈等效弹性厚度往往只与岩石圈内部的某些岩层相关,因此它可能不代表一般意义上的岩石圈厚度。地震学岩石圈厚度虽然有较高的精度,但依赖于人为地对岩石圈的定义;并且其具有的短时间尺度效应决定了它与长时间尺度的岩石圈概念不一致。热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用,因此其厚度定义的标准是较合理的。地震-热学岩石圈厚度研究利用地震波速反演得到的温度数据按照热学岩石圈标准来对岩石圈厚度进行研究,具有地震学和热学岩石圈厚度两者的优点,是较合理的对岩石圈厚度的估计。中国大陆地震-热学岩石圈厚度分布有如下特点:(1)中国东部岩石圈较薄,厚度约100 km,其中包括中国东北、中朝克拉通、扬子克拉通东部和华南造山带;(2)青藏高原和塔里木克拉通以南地区的厚度变化较大,厚度约在160~220 km;(3)三大克拉通的岩石圈厚度有较大区别,扬子克拉通的核心最厚达约170 km,塔里木克拉通的核心厚度约140 km,中朝克拉通的厚度约100 km;(4)昆仑秦岭造山带的岩石圈上地幔内部较复杂,可能有大面积的部分熔融;(5)整个大陆岩石圈厚度分布并没有显示出与地壳年龄的线性相关关系,却表现出了与大地构造格局的直接关系。受板块碰撞强烈影响的地区,岩石圈较厚;受大洋俯冲带影响较强的地区,岩石圈较薄。     

中国岩石圈构造单元

笔者根据地壳表层构造与深部构造相结合原则,提出岩石圈构造单元划分应遵循的6条原则。根据地质和地球化学,特别是地球物理场所显示的特征,以贺兰山—川滇南北构造带为界,初步把中国大陆及邻近海域划分为中亚岩石圈构造域和东亚岩石圈构造域2个一级岩石圈构造单元,并进一步划分出6个二级构造单元:西域岩石圈块体、青藏岩石圈块体、松辽岩石圈块体、华北岩石圈块体、华南岩石圈块体、南海岩石圈块体,分别阐述了它们的地质、地球物理、地球化学主要特征。最后,就岩石圈构造单元划分的几个问题进行了探讨,提出一些看法。     

华南地区岩石圈三维结构类型与演化动力学

从地球层块结构研究思路出发,对华南及邻区天然地震面波层析成像进行系统地构造解析,发现岩石圈中下部存在形态各异,大小不等的高速块体,结合地质学、地球化学、其它地球物理学标志等多学科综合研究,将其称为幔块构造。研究显示高速块体或幔块构造是华南地区岩石圈构造格局和岩石圈表层构造变形最基本条件之一。首次建立起华南地区岩石圈三种三维几何结构样式:克拉通陆根状结构、造山带楔状结构和碎块状结构,以及岩石圈三类构造演化类型:克拉通型岩石圈、增厚型岩石圈和减薄型岩石圈(弱减薄型岩石圈及强减薄型岩石圈)。本文在论述华南岩石圈三维结构构造类型基本特征基础上,首次探讨了华南地区软流圈三维结构以及该区岩石圈演化动力学特征。     

华北中—新生代大陆岩石圈转型的研究现状与方向 ——兼评“岩石圈减薄”和“克拉通破坏”

对我国大陆岩石圈的持续热点研究领域——华北中-新生代大陆岩石圈巨厚减薄研究中所涉及的问题再次进行了评述,特别是将对问题认识过程与克拉通陆内造山研究相联系。综述了岩石地球化学、地球物理、构造地质等不同学科对中生代华北大陆岩石圈演化特征研究的最新进展,以及对大陆岩石圈诸多学科不同定义内涵及由此产生的讨论。在分述了国际大陆岩石圈研究背景,岩石圈转型的空间特征及时间特征,新技术方法的应用,地表构造体系转折的再认识,以及几种可能的转型机制基础上,再次建议以大陆岩石圈全面转型,即一系列大陆岩石圈地质、物理及化学参量的系统变化,来描述这一大尺度东亚地球动力学过程,并提出目前以“克拉通破坏”作为大陆岩石圈改造研究的提法应予修正。呼吁大力鼓励及进行多学科交叉综合研究,重视各学科新技术新方法的引进及应用。在相关研究中高度重视地球深部圈层相互作用,将中生代全球深部地幔事件对中国东部岩石圈地幔全面转型的影响作为今后研究重点。     

大陆岩石圈的流变学性质和矿物中的水

评述了近些年来岩石圈(尤其是大陆岩石圈)流变学研究中的主要进展。这些研究中最重要的一个发现是水的存在可以显著地增强岩石的变形,从而对其流变性质产生明显影响。大陆岩石圈的流变性质比大洋岩石圈要复杂得多,尤其是较深处的下地壳和岩石圈地幔之间流变性质的对比和差异成为近些年来人们争执较大的问题。大陆岩石圈的流变性质可能具有显著的不均一性,不仅体现在垂向上,也体现在横向上。根据流变学实验研究的进展和对深部壳幔捕虏体中主要构成矿物结构水含量的测定,对华北克拉通深部岩石圈的流变性质进行了定量计算。结果表明华北克拉通在重力梯度带两侧的岩石圈有着截然不同的流变特征,这种差异可能对两侧不同的岩石圈动力学过程有重要的影响。     

中国大陆岩石圈岩石学结构、类型与不均一性

根据中国大陆的地质特征和现今地球物理特征,区分不同地区的岩石圈类型;依据岩石学方法、地球演化模型、地震波速与成分的关系等综合方法,建立了相应类型岩石圈的岩石学结构;根据岩石圈的动力学性质,划分出中国大陆克拉通、造山带、裂谷、边缘海洋壳和岛弧等5大岩石圈类型,首次构建出中国大陆岩石圈岩石学结构模型,展示了中国大陆岩石圈的不均一特征。     

中国西北大陆岩石圈类型、岩石学结构及其意义

根据西北地区的地质和地球物理特征,区分出中国西北大陆以准噶尔和塔里木为代表的克拉通型岩石圈和造山带型岩石圈,而造山带型岩石圈又可以区分为以额济纳旗为代表的古生代造山带型岩石圈(老物质新结构)和包括天山、阿尔泰山、昆仑山在内的新生代造山型岩石圈(老物质新结构);依据岩石学方法、壳幔演化模型和造山带形成过程以及地震波速与岩石化学成分之间的关系,建立相应类型岩石圈的壳幔岩石学结,讨论了不同岩石圈类型的壳幔物质结构、地壳和岩石圈地幔厚度的地质含义及其找矿意义.     

华北克拉通重力梯度带两侧晚中生代火山岩地球化学特征对比研究及其对岩石圈减薄的时空制约

对华北克拉通重力梯度带东西两侧的河北承德袁家庄和内蒙古四子王旗白脑包出露的晚中生代火山岩进行了地球化
学对比研究。全岩主量元素、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素数据表明,袁家庄火山岩和白脑包火山岩具有相似的地球化学特
征。这些火山岩轻、重稀土强烈分异,富集大离子亲石元素(如Rb,Ba,Th,U,K等),亏损高场强元素(如Nb,Ta,Zr,
Hf,Ti等);其同位素具有高(87Sr/86Sr)i,低εNd(t)和低εHf(t)的特征,因此认为袁家庄和白脑包火山岩具有相似的源区,即均来
源于被交代的古老岩石圈地幔的部分熔融。结合文献资料,作者认为,这些晚中生代火山岩是华北克拉通岩石圈减薄的直
接产物,中生代时期华北克拉通岩石圈的减薄不仅仅局限于重力梯度带以东地区,以西的部分地区也有发生。 chengxu       

中国东部岩石圈热状态与流变学强度特征

根据均衡原理制约的地热计算得到中国东部岩石圈的温度分布状态,以40、70、100km和莫霍面深度等温线图以及600°C、1100°C等温面深度的形式表示.同时计算了以1350°C等温面深度表示的中国东部的热岩石圈厚度.结果显示:在扬子克拉通西部四川盆地之下存在160～200km厚的岩石圈根,但在整个华北克拉通之下缺失岩...     

大陆下地壳流变性质与华北克拉通破坏机制

综述了中国东部地壳结构与组成的基本特征,介绍了华北克拉通岩石圈减薄作用这一近年来备受国内外地球动力学界关注的重大科学问题,归纳和总结了目前关于华北克拉通减薄机制的各种模型,并结合大陆岩石圈流变学结构模型,强调从流变学角度探讨华北克拉通下地壳的流变性质对研究和解决华北克拉通破坏机制的意义,提出进行更精细的、结合定量结构水研究的高温高压流变学实验模拟研究可能是解决华北克拉通破坏机制问题的关键手段之一。     

滁州火山岩地球化学及其对郯庐断裂带内岩石圈减薄的指示

位于郯庐断裂带张八岭隆起北段上的滁州早白垩世火山岩,属于准铝质、硅过饱和岩石,为一套中酸性的高钾钙碱性系列火山岩,部分样品（129~125Ma）具有类似于埃达克岩的地球化学特征。该套火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损重稀土元素及高场强元素,并具有类似于EMⅠ型的Sr-Nd-Pb同位素组成。地球化学特征显示该火山岩的岩浆源区属于华北克拉通,早期火山岩（约132Ma）是富集地幔来源岩浆和古老的华北下地壳源区混合的结果;中期和晚期火山岩（129~117Ma）是幔源底侵组分和古老的华北下地壳来源岩浆不同比例混合的产物。由早到晚,滁州火山岩中古老壳源物质比例逐渐增加,源区逐渐变浅,指示软流圈顶面不断抬升、岩石圈内等温面逐渐升高的过程。研究表明,热异常背景下强烈的壳-幔相互作用是该处断裂带内岩浆形成的主要方式,其具体过程是在岩石圈底部持续减薄、软流圈上涌背景下,幔源岩浆底侵而诱发了古老下地壳的部分熔融,从而形成了壳-幔过渡带内混源的岩浆。郯庐断裂带内较浅的岩浆源区、较高的源区熔融程度、强烈而持久的伸展及岩浆活动、强烈的壳-幔相互作用以及现今较薄的岩石圈厚度,都指示郯庐断裂带是华北克拉通东部岩石圈减薄中的强减薄带,在华北克拉通破坏中起着重要的作用。     

郯庐断裂带巢湖—庐江段晚中生代火山岩地球化学特征与岩石圈减薄过程

本文报道了郯庐断裂带巢湖-庐江段上白垩纪火山岩的主量元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素特征.研究区火山岩SiO2含量为50.2%～75.2%,主要为基性岩和偏酸性岩类.样品富钾、贫钠、偏碱性(σ平均5.36),明显富集LILEs、LREEs,相对亏损HFSEs,具有弱的Eu负异常(δEu平均0.70)及富集的Sr-Nd-Pb同位素组成(Isr=0.7054～0.7090,εNd(t)=-5.2～-17.6).地球化学特征表明岩浆具有多源与源区多变的特征,早期基性岩(125Ma)的岩浆源区主要为华北克拉通地幔,兼有下地壳的贡献;流纹岩(120Ma)主要是地热异常背景下华北中、下地壳源区熔融的结果;粗面岩(100Ma)为华北下地壳和富集岩石圈地幔来源岩浆的混合结果;晚期基性岩(93Ma)的源区主要为华北岩石圈地幔,兼有软流圈和下地壳物质的贡献.这些岩浆活动是在华北克拉通东部岩石圈减薄背景下、郯庐断裂带伸展活动中发生的,深部软流圈上涌使断裂带内的地温升高而造成了岩石圈的部分熔融,其具体岩浆过程指示了详细的岩石圈减薄过程.其中120Ma时期的流纹岩喷发指示断裂带内地壳出现了最高的地温与最浅的等温面,应对应减薄的峰期;而93Ma时期的基性岩喷发反映了深部开始出现了软流圈的部分熔融.一系列现象均指示,郯庐断裂带是华北克拉通东部的岩石圈强减薄带,是热流与岩浆上升的有利通道,也是发生强烈岩石圈地幔交代与置换的场所.