地质地球所揭示华北克拉通结构的协调变化及其构造意义

2010-12-16 15:31 来源: 中国科学院
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地质地球所研究揭示华北克拉通从地表到上地幔底部结构的协调变化及其构造意义

   作为地球上最古老的克拉通之一,华北克拉通却显示出与全球其它典型克拉通显著不同的特征。在显生宙,其东部岩石圈遭受了显著改造甚至破坏,并伴随着大规模的岩浆活动、构造变形和大范围的盆地形成。然而,其中西部却明显缺少岩浆-构造活动,具有较低的地表热流,并在地形和重力等浅表特征上与东部形成显著差异。认识这一现象所反映的深部过程及其与克拉通破坏的关系无疑将为深入研究克拉通破坏的机制和动力学提供新的思路和依据。

  中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室陈凌研究员以最新的地震学研究为基础,并将地震学观测与不同学科资料相结合,对克拉通岩石圈改造和破坏的空间分布及其与浅表地质构造和深部地幔过程的关系进行了探讨。研究结果显示,华北克拉通地壳、岩石圈厚度和结构、上地慢各向异性特征以及地幔转换带厚度和间断面结构都在东部和中部边界附近发生显著变化,并大致对应于地形和重力突然改变的位置(如图)。这种不同深度结构发生一致、系统变化的观测结果表明,克拉通东部与中-西部在显生宙可能经历了不同的浅表地质构造和深部地幔动力学过程。结构的强烈变化特别表现在克拉通中-西部鄂尔多斯块体与周边新生代狭长裂陷区之间:前者保留着典型克拉通的结构特征,而后者则显示明显减薄的岩石圈。这一地震学图像证明,华北克拉通岩石圈的改造和减薄不仅发生在东部,而且影响了中-西部,但中-西部岩石圈的改造与破坏程度相对较小,只表现为局部岩石圈减薄。另外,在克拉通东部和中-西部,岩石圈的改造和减薄都在连接太古代块体的古元古构造带区域尤其强烈。这可能反映,早期岩石圈结构和性质的横向变化对克拉通后期的构造演化起了重要控制作用。也许普遍存在的岩石圈不均匀性就是克拉通改造具有全球性的一个原因。地震学观测结果与地质、地球化学资料相结合进一步表明,克拉通东部岩石圈整体性的改造和破坏可能与中生代以来太平洋板块的俯冲及其相关的地幔动力学过程密切相关,而克拉通中-西部则可能受太平洋板块俯冲影响相对较小,其局部岩石圈减薄以及现今复杂的结构特征可能是其内部构造薄弱带受到后期多次构造事件改造的结果。

  该研究结果发表在2010年11月出版的国际岩石学研究领域权威刊物Lithos(《国际矿物学、岩石学与地球化学杂志》)(Chen. Concordant structural variations from the surface to the base of the upper mantle in the North China Craton and its tectonic implications. Lithos, 2010, 120: 96-115)。

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