中外科学家正在开展野外调查。

上世纪初起至90年代,经过几代科学家的努力,华北克拉通破坏已取得共识,但是,华北克拉通稳定性丧失的时空范围和动力学机制一直困扰着地球科学家。

在国家自然科学基金委员会“华北克拉通破坏”重大研究计划的资助下,多个研究团队围绕这一问题开展了系统工作,发现西太平洋板块俯冲导致了华北克拉通东部破坏,被列为该重大研究计划的重要成果之一。那么,这一发现的证据有哪些?破坏机制如何?是否具有全球意义?

该重大研究计划科学家、中科院院士徐义刚表示,这一成果来自于多个学科研究成果的综合。浅部构造地质方面的研究表明,华北克拉通东部在破坏期间拉伸方向发生了有规律的顺时针转变。这一变化规律与太平洋区大洋板块运动方向的变化相吻合。“这指示西太平洋板块俯冲控制着岩石圈拉张和克拉通破坏的进程。”徐义刚告诉《中国科学报》记者。

同时,对东亚大陆边缘晚中生代岩浆岩时空迁移规律的研究还发现,距今180百万年至140百万年,岩浆活动从海沟向内陆迁移,而自140百万年起,岩浆活动自内陆向海沟方向迁移。徐义刚指出,这两期岩浆活动分别代表了西太平洋板块前进俯冲和后撤的响应。而西太平洋板块后撤的时间与华北克拉通破坏的时间相吻合,再次说明西太平洋板块俯冲对华北克拉通破坏的控制。

对于克拉通的破坏机制,徐义刚表示:“这要从东亚大地幔楔结构说起。”全球地and震层析成像显示,西太平洋板块沿日本—伊豆—小笠原—马里亚纳海沟西向东亚大陆俯冲,该俯冲并没有穿过地幔过渡带进入下地幔,而是平躺在地幔过渡带中,该平躺滞留大洋板片之上的上地幔被称为大地幔楔。由于在地幔过渡带形成滞留板片需要海沟的后撤,因此根据西太平洋板块后撤的时间可以大致限定东亚大地幔楔的形成时间与华北克拉通破坏的峰期相当。

进一步的研究发现,东亚大地幔楔是一个规模巨大的碳库和水库,并含有大量再循环洋壳组分。中国东部这样的板内环境下的上地幔有与岛弧环境上地幔差不多的含水量,这在世界上并不多见,很可能与滞留在地幔过渡带的太平洋俯冲板片的脱水和脱碳有关。西太平洋板块俯冲过程中释放大量水和碳酸盐熔体,引发大地幔楔发生部分熔融,促进深部流体向浅部岩石圈地幔的运移,从而导致华北克拉通岩石圈地幔的强烈水化和东部地幔对流系统失稳,上覆岩石圈被交代—熔融—弱化,最终导致岩石圈的减薄和克拉通的破坏。

最后,徐义刚总结道,早白垩世古太平洋板块俯冲作用是导致华北克拉通破坏的一级外部控制因素和驱动力。西太平洋板块俯冲过程在东亚形成的大地幔楔构造为克拉通岩石圈的改造和破坏提供了重要的深部背景。这种独特的深部构造在全球动力系统中的作用值得在今后研究中加以重视。




全球构造与地球动力学——岩石学与地球化学方法应用实例
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