地球动力学地幔流模型解释华北大陆地壳块体的变形

Josiah02

克拉通是一种迷人而又神秘的地质构造。克拉通是地球大陆地壳中相对稳定的部分，数十亿年来基本保持不变。尽管克拉通经历了许多地质事件，但有些克拉通正在经历去克拉通化——这一过程的特点是克拉通变形并最终被摧毁。
例如，华北克拉通（NCC）是一个古老的大陆地壳块，已知在中生代开始大规模去克拉通化，这主要是由于其基底（或“龙骨”）的构造和地球化学变化和不稳定。然而，用现有技术和现有理解很难解释这些复杂地质转变背后的机制。
在最近发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究中，由中国地质大学（北京）刘少峰教授领导的研究小组成功地解决了这一知识空白，通过开发一个由大量地质、地球物理和经验地球化学数据支持的计算模型，解释了华北克拉通令人费解的变形。
具体而言，所开发的模型重点关注伊邪那岐板块俯冲到华北克拉通所在的欧亚板块之下，这是观察到的去克拉通化现象的根本原因。
研究人员利用地震活动和盆地地层学证据比较了几种可能的俯冲板块几何形状，以缩小潜在的重建范围。最后，他们利用地球动力学地幔流模型模拟了整个俯冲过程，并通过经验验证了预测。
他们的分析将华北克拉通的去克拉通化分为三个阶段。首先，伊邪那岐板块经历了初始俯冲，并滑入欧亚板块之下。然而，伊邪那岐板块并没有向下移动，而是变平并开始与欧亚板块平行移动，这一过程称为平板俯冲。俯冲板块的流体改变了华北克拉通上方的龙骨，引发了它的毁灭。此外，挤压力还导致了其他变形，例如推力、克拉通增厚和表面隆起。
有趣的是，随后又发生了一次回卷过程，俯冲板块再次变陡，并深入欧亚板块之下，到达上下地幔界面，并水平俯冲进入地幔过渡带。这一回卷引起了伸展变形，导致岩石圈变薄，并在克拉通上形成裂谷盆地，表面地形低洼。
此外，在前进的板块和克拉通之间形成了一大片上地幔物质，被称为“大地幔楔”，导致对流，从而诱发强烈的交代作用和部分熔融，以及亚克拉通底部的加热和侵蚀以及岩浆作用。
刘教授表示：“我们成功开发了一种结合平板和回滚俯冲的新型地幔流模型，该模型与地表地质演化和当今的地幔板结构相一致。
“有趣的是，我们验证的模型可以有效地描述地幔板块俯冲随时间的时空动态和地形响应。”
鉴于克拉通含有具有巨大技术应用价值的矿物和稀土元素矿床，了解克拉通的生命周期无论从学术角度还是实践角度都很重要。基于这些见解，进一步探究地球的地质历史有望让我们更深入地了解去克拉通化等地质过程，揭示通往更可持续未来的道路。