华北克拉通

论文信息：Xu, Y., Zhang, Y., Yang, B., & Bao, X. (2022). Phanerozoic Evolution of Lithospheric Structures of the North China Craton. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098341. https://doi.org/10.1029/2022GL098341 克拉通岩石圈如何被改造，是固体地球科学长期争论的话题。华北克拉通（NCC）凭借几十年密集的地震学、年代学与岩石学投入，被公认为研究克拉通岩石圈改造机制的最佳天然实验室。本文由浙江大学徐义贤团队完成，本文作者之一张壹（第二作者）参与本文的数据整理。作者提出了一种从现今岩石圈结构反演古生代岩石圈结构的均衡方法，给出了华北克拉通显生宙岩石圈演化的非均匀图景，并揭示了由深部热流驱动的岩石圈"冷却—加厚 / 加热—减薄"自激振荡行为。下面围绕这篇 GRL 论文，梳理其动机、方法与主要结论。 研究背景：克拉通岩石圈减薄机制之争 克拉通是长期构造稳定、自约 25 亿年以来几乎未变形的古老大陆。华北克拉通在约 480 Ma 时仍保持稳定，其基于金伯利岩中深源捕虏体确定的岩石圈厚达约 200 km；然而大量研究表明，其岩石圈已遭受显著改造——尤其是东部陆块（EB）的岩石圈已减薄至仅约 70 km，远薄于典型克拉通岩石圈的厚度。 对克拉通岩石圈改造的驱动机制目前并无共识：一种观点强调周缘板片俯冲（如华北周缘俯冲）与地幔柱上涌引发的热机械侵蚀（thermomechanical erosion）是主因；另一种则认为，仅由地球稳定的传导热流出地即可驱动岩石圈经历冷却/加厚与加热/减薄的周期性演化（Houseman & Houseman, 2010 数值试验）。长期以来缺少在改造发生前重建岩石圈结构的有效方法，导致各机制在"被摧毁"的克拉通中所起的作用难以厘清。本文正是针对这一空缺，首次尝试把评估造山带塌陷历史的均衡方法推广到可被视为古老造山带的克拉通上。 方法：由现今结构反演古生代岩石圈结构 论文的核心是一套基于均衡与稳态热传导的分析方法。研究区选在华北克拉通核心区（108°–118°E，34°–40°N），现今地壳厚度与岩石圈厚度由 1732 个台站的 P、S 波接收函数成像提供，现今莫霍温度取自已有热流—岩石圈结构研究。 作者沿用 Sandiford & Powell（1990）的 fc − f l 参数化：令 fc、f l 分别为变形前后地壳、岩石圈厚度之比，则岩石圈的演化可由地温场与重力场所控制的高程变化、形变后各深度的温度来刻画。在此基础上，作者扩展了 Nelson（1992） 由均衡理论建立的"造山带塌陷前后结构联系"公式（本文还修正了其附录中缺失的一项），从而在重力均衡与稳态热传导同时满足的假设下，把地壳加厚/减薄与岩石圈加厚/减薄关联起来。当岩石圈改造前的壳-岩比 ψ0 已知（本文取 0.267，接近稳定北美克拉通平均值）时，即可解出改造前的古生代地壳厚度与岩石圈厚度，以及恢复后的莫霍温度。 ...