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拆沉作用與華北克拉通破壞_高山

2009年 第54卷 第14期: 1962 ~ 1973

《中國科學》雜志社

拆沉作用與華北克拉通破壞_高山

SCIENCE IN CHINA PRESS

拆沉作用與華北克拉通破壞_高山

拆沉作用與華北克拉通破壞

高山①②, 章軍鋒①, 許文良③, 劉勇勝①

① 中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室, 武漢 430074; ② 西北大學大陸動力學國家重點實驗室, 西安 710069; ③ 吉林大學地球科學學院, 長春 130061 E-mail: [email protected]://www.ypamx.icu/doc/22c9e092a58da0116d17492b.html

2009-03-12收稿, 2009-05-04接受

國家自然科學基金(批準號: 90714010, 90714005, 90814003, 40673019 )、教育部和國家外國專家局高等學校學科創新引智計劃(編號: B07039)和大陸動力學國家重點實驗室與地質過程與礦產資源國家重點實驗室科技部專項基金資助項目

摘要 綜述了近年來對巖石圈拆沉作用化學和物理過程的研究及其對華北克拉通破壞的效應, 強調了榴輝巖熔體-橄欖巖反應形成的輝石巖源區及其導致的地幔化學不均一性是拆沉作用的地幔直接響應. 由此形成的來自輝石巖源區的玄武巖具有獨特的礦物學和地球化學標志, 可很好地解釋華北克拉通中生代玄武巖. 熔體-橄欖巖反應可能是導致克拉通巖石圈地幔富化、密度升高、弱化、最終失穩的重要原因. 其中熔體的性質是鑒別不同克拉通破壞機制的關鍵.

關鍵詞 拆沉作用 華北克拉通 熔體-橄欖巖反應 榴輝巖 輝石巖

大陸與海洋是地球的兩個基本單元, 雖然兩者的地殼和巖石圈地幔的形成均與上地幔部分熔融產生玄武巖漿有關, 然而大陸巖石圈由于密度較低, 能夠長期穩定, 難以被俯沖破壞而保留了地球上最古老(44億年)和完整的地質記錄[1]. 而大洋巖石圈密度較大, 易于被俯沖, 因此現今大洋巖石圈年齡<2億年. 大陸中又以太古宙克拉通密度最輕、最冷, 具有>200 km 的巨厚巖石圈根, 不易破壞, 因而能夠穩定存在25億年以上, 表現在太古宙以后無明顯構造-巖漿-成礦活動, 現今也無明顯地震活動, 而成為地球上最穩定的地區[2~9]. 然而, 華北克拉通卻表現出與世界其他克拉通十分不同的特征[10~35]. 該克拉通保存有世界上罕見的大于38億年的陸殼記錄[36,37]. 自18億年華北克拉通形成后至古生代, 它就一直保持相對穩定, 并存在巨厚的太古宙巖石圈根(包括下地殼和巖石圈地幔)[18,23]. 然而, 構造地質學、地幔包體和巖漿巖的巖石學和地球化學以及地球物理(包括地震和地熱)研究均證明, 華北克拉通自中生代以來遭受了強烈的活化改造[8~35,38~49], 發生了大規模的構造變形和巖漿活動, 形成了多種類型的盆地, 并伴隨產

生了大量金屬礦產和油氣資源[44], 致使原有的克拉通的結構和性質遭到明顯的破壞. 例如, 由新生代玄武巖及其中的地幔橄欖巖捕虜體所獲得的華北克拉通現今巖石圈厚度在60~80 km 左右[10,11,15~17,45], 與地球物理探測所獲得的巖石圈厚度相吻合[47~49], 且巖石圈地幔的性質與現代大洋地幔相似[10,11,15~17,45
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生了大量金屬礦產和油氣資源[44], 致使原有的克拉通的結構和性質遭到明顯的破壞. 例如, 由新生代玄武巖及其中的地幔橄欖巖捕虜體所獲得的華北克拉通現今巖石圈厚度在60~80 km 左右[10,11,15~17,45], 與地球物理探測所獲得的巖石圈厚度相吻合[47~49], 且巖石圈地幔的性質與現代大洋地幔相似[10,11,15~17,45].

華北克拉通由于存在產于奧陶紀金伯利巖中的地幔包體和產于中生代-新生代不同時期玄武巖和侵入巖中的地幔包體, 而成為世界上唯一保留有大陸根破壞前后巖石圈地幔物質的地區, 而成為回答和研究大陸穩定與改造等地球動力學核心問題的最佳天然實驗室之一[4~6]. 需要說明的是, 克拉通的破壞并非是華北克拉通獨有的. 例如, 北美的Wyoming 克拉通自中元古代以來也發生了減薄和破壞[5,6]. 對全球大陸地殼生長歷史的研究表明, 現今大陸地殼質量的>60%形成于太古宙[50~52], 然而, 現今太古宙克拉通僅約占全球大陸面積的7%[53], 這表明先前存在的太古宙克拉通可能已被大量改造. 一個典型的實例是南非的Kapvaal 克拉通. 該克拉通3.2~3.5 Ga 的地殼在3.1 Ga 時由于巖石圈地幔的拆沉作用而被

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