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华北克拉通破坏相关问题研究综述

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  摘  要:研究表明,华北克拉通巨厚太古宙岩石圈受强烈破坏,出现岩石圈巨量减薄的现象,因此对其的研究具有特殊的意义。而其破坏的时限、范围与机制一直是学者讨论的焦点问题。为此,本文通过收集和阅读前人文献,对华北克拉通破坏的时限和机制问题进行梳理和综述性探讨。
  关键词:华北克拉通破坏;时限;机制;综述
  一、华北克拉通破坏
  克拉通构造体被定义为地壳上长期稳定存在的构造单元,并且其岩石圈往往具有较低的密度较大的厚度及较低的热流,因而能够长期稳定存在(Carlson et at.,2005)。华北克拉通主要由三个构造单元组成,首先形成了东、西两个太古宙陆核,在1.85 Ga 发生俯冲、碰撞和拼合,在二者之间形成了一个古元古代中部造山带(Zhao et al.,2000,2001)。华北克拉通自2500Ma完成克拉通化,形成稳定的古陆。但是在通过对华北克拉通东部古生代金伯利岩中地幔橄榄包裹体的研究以及对于新生代玄武岩地幔橄榄岩包裹体的研究,明确表示华北克拉通的岩石圈发生了从>200km到60~80km的减薄现象。(Menzies等,1993;Griffin等,1998;Fan等,2000;Xu,2001;Gao等,2002;Zheng等,2005;Wu等,2006;Kusky,2011)。同时,通过对中生代玄武岩的研究表明,中生代华北克拉通岩石圈地幔不同于古生代冷的、难熔的岩石圈地幔(Xu,2001;Gao等,2002;Zheng等,2005;Wu等,2006;Menzies等,2007;Chen等,2009;郑永飞和吴福元,2009;朱日祥和郑天愉,2009;Chen,2010),这意味华北克拉通破坏不仅仅是自古生代以来岩石圈地幔发生~100km的丢失现象,岩石圈地幔的性质和热状态也发生了根本改变。
  二、华北克拉通破坏的时限
  对于华北克拉通破坏时限问题的讨论,学者提出了很多不同的见解。通过中生代玄武岩和其中幔源捕虏晶的发现与研究(Zhang et aI.,2002;Yan et a1.,2003;裴福萍等,2004),主流观点认为中生代是华北克拉通的主要时期,但是具体在哪一个时段,以及华北克拉通破坏现象是在某个时间段内迅速完成,还是一个长期缓慢的过程仍旧在讨论中,众多学者对此也提出了自己的看法:Gao等人认为华北克拉通破坏集中在中侏罗世,主要集中在155~190Ma和115~135Ma两个时间段;吴福元等人认为破坏作用发生于早白垩世时期,在115Ma~135Ma这个相对短的时间内快速完成;姜耀辉等人通过对辽东半岛煌斑岩的研究,认为晚侏罗世(155±4 Ma)开始发生华北克拉通破坏即岩石圈减薄现象;徐义刚等人则提出,由于晚石炭纪古亚洲洋的南向俯冲和晚三叠纪华北—华南的碰撞导致华北克拉通岩石圈地幔减薄,这个现象是是从边缘开始的,在减薄作用在晚侏罗-白垩纪达到高峰,并一直持续到白垩纪末期-新生代早期. 华北岩石圈减薄作用发生的时间尺度>100Ma,因此是一个缓慢的过程;通过对研究区花岗岩中锆石U—Pb测年,对其年龄数据进行统计表明在120~130Ma是华北克拉通岩浆作用的峰期(Wu等,2005;Zhu等,2012;Zhang等,2014),这也意味着在这个阶段华北克拉通破坏作用达到峰值。
  三、华北克拉通破坏的机制
  华北克拉通破坏的机制问题一直是争议的焦点问题,有些学者认为由于在重力作用下,岩石圈地幔以及下地壳中包含着密度相对较大部分会拆沉进入软流圈地幔,正是这种拆沉作用导致了岩石圈地幔的减薄,这是一个自上而下的快速破坏过程(邓晋福等,1994,1996,2006;Deng et al.,2007;吴福元等,1 999,2000,2003a;Gao et al.,2002,2004;Xu WL et al.,2006,2008;Wu et al.,2003,2005,2006;Huang et al.,2007;Yang and Li,2008)。有些学者认为由于软流圈是不断上涌的,这就导致其一直对岩石圈的底部进行不断的加热。在加热的过程中使得岩石圈底部发生软化现象,最终在软流圈水平流动产生的剪切应力作用下成为软流圈的一部分,并且这个过程是一个自下而上,缓慢却不断循环的过程。(Menzses et al.,1993;Menzies and Xu,1998;Griffin等,1998;Xu,2001;Zheng等,2005)。部分學者认为,拆沉作用以及热化学侵蚀作用等只是华北克拉通破坏的二级机制,在这个大背景下提出了中生代古太平洋板块低角度俯冲至华北克拉通底部,然后回卷下沉至地幔过渡带之下,对岩石圈造成侵蚀作用才是造成华北克拉通破坏的一级机制(郑永飞和吴福元,2009;Xu Z等,2012郑永飞,2018)。也有一些学者认为,华北克拉通的规模小,经受了多板块的不同方向俯冲作用,自下而上由于停滞在地幔过渡带的西太平洋板片脱水引起上覆软流圈不稳定流动导致华北克拉通破坏(朱日祥和郑天愉,,2009;朱日祥等,2012)。
  参考文献
  [1]  郑永飞,徐峥,赵子福,戴立群.华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏[J].中国科学:地球科学,2008,48(04):379-414.
  [2]  顾海欧. 华北克拉通东南缘中生代岩浆作用:对克拉通破坏启动机制和岩浆过程中镁同位素行为的制约[D].中国科学技术大学,2016.
  [3]  路凤香,郑建平,邵济安,等.华北东部中生代晚期-新生代软流圈上涌与岩石圈减薄.地学前缘,2006,13:86—92.
  [4]  吴福元,徐义刚,高山,郑建平.华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论[J].岩石学报,2008,24(06):1145-1174.
  [5]  张旗,金惟俊,李承东,王元龙.中国东部燕山期大规模岩浆活动与岩石圈减薄:与大火成岩省的关系[J].地学前缘,2009,16(02):21-51.
  [6]  朱日祥,徐义刚,朱光,张宏福,夏群科,郑天愉.华北克拉通破坏[J].中国科学:地球科学,2012,42(08):1135-1159.
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