华北克拉通破坏的时间_范围与机制_朱日祥解释.pdfVIP

中国科学: 地球科学 2011 年 第 41 卷 第 5 期: 583 ~ 592 英文引用格式: Zhu R X, Chen L, Wu F Y, et al. Timing, scale and mechanism of the destruction of the North China Craton. Sci China Earth Sci, 2011, 54: 789–797, doi: 10.1007/s11430-011-4203-4 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 进 展 华北克拉通破坏的时间、范围与机制 朱日祥 ①*, 陈凌①, 吴福元①, 刘俊来② ① 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室, 北京 100029; ② 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083 * E-mail: rxzhu@ 收稿日期: 2011-03-09; 接受日期: 2011-03-20 国家自然科学基金重大研究计划项目(批准号:资助 摘要 华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区. 自国家自然科学基金委 员会设立“华北克拉通破坏”研究计划以来, 通过不同学科间的有效交叉融合, 围绕该克 拉通破坏的时间、范围和机制等重要科学问题, 进行了大量的工作, 并取得了诸多新认识. 太行山东西两侧地壳与岩石圈厚度空间变化以及地球化学属性的异同显示, 华北克拉通破 坏主要集中在东部, 而西部主要表现为克拉通的改造. 克拉通化之后的沉积建造、岩浆活 动和构造变形等特征表明, 克拉通破坏发生在中生代, 其峰期为 125 Ma左右. 通过对比发 现, 岩石圈减薄在全球其他克拉通中也多有发生, 但大多并不伴随克拉通的破坏; 只有当 受到大洋板块俯冲作用的强烈影响时, 克拉通破坏才有可能发生. 具体到华北地区, 在早 白垩世全球地幔整体升温背景下, 太平洋板块的俯冲使华北克拉通东部地幔对流系统失 稳, 导致了华北克拉通东部破坏; 岩石圈拆沉或热-化学/机械侵蚀是地幔对流失稳所产生 的不同表现形式. 关键词 时间、范围和机制 克拉通破坏 华北 克拉通是地球表层的重要组成单元, 占地球陆 地面积的 50%左右[1]. 它主要形成于前寒武纪(5.4 亿年), 特别是早前寒武纪(18 亿年). 典型的克拉通 具有厚度约为 200 km 的岩石圈, 而且密度和热流值 较低、刚性较高, 所以克拉通具有免遭后期地质作用 改造的能力[2], 表现在其形成后, 无明显的壳内韧性 变形和岩浆活动, 其上覆沉积盖层呈近水平状产出; 现今也无明显地震活动, 从而成为地球上最稳定的 地区. 正是由于这种稳定性, 克拉通保留了目前地球 上最古老的物质(44 亿年)和最完整的地质历史记录[3], 成为有地质学以来研究大陆形成与演化最重要的地 区. 华北克拉通自 18亿年克拉通化之后至早中生代, 一直保持相对稳定, 并保存有巨厚的太古宙岩石圈 根 [4~6]. 但自中生代以来, 华北克拉通, 特别是其东 部, 发生了大规模的构造变形和岩浆活动, 形成多种 类型的盆地, 伴随产生了大量的金属矿产和油气资 源[7]. 20 世纪初, 翁文灏先生[8]根据我国东部晚中生 代构造-岩浆(火山)活动情况, 提出了“燕山运动”的 概念; 随后, 陈国达先生[9]提出了“地台活化”的观点. 20 世纪 90 年代, 中外科学家根据对华北克拉通的研 究, 提出了“岩石圈减薄”[10,11]或“去根”的概念[12]. 随 着研究的深入, 人们逐步认识到华北克拉通东部不 仅发生了 100 多公里岩石圈地幔的丢失[11,13], 而且岩 朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制 584 石圈地幔物理化学性质发生了根本性的改变 [14~18]. 更为重要的是, 华北克拉通应该具有的稳定性遭到 破坏, 如原本稳定的地壳发生了大规模韧性变形和 岩浆-成矿活动. 我们将这种克拉通稳定性整体丧失 的地质现象称之为克拉通破坏 [19]或去克拉通化 [20]. 很显然, “岩石圈减薄”只是华北克拉通演化的表象之 一, 而“克拉通破坏”才是其演化的本质所在. 稳定的大陆克拉通遭到破坏或改造还是人类认 知中认识相当有限的一种地质现象, 对该现象的探 索可望成为打开大陆地质之门的钥匙, 为认识大陆 的形成演化及其效应、构筑更完善的地球形成与演化 理论体系提供新的突破口. 国家自然科学基金委员 会部署实施了“华北克拉通破坏”重大研究计划, 集 中我国在地球科学、数理科学和信息科学等领域的