华北地区现今岩石圈三维结构的类型

Question

如题所述

Answer 1

地球物理探测获得的华北地区现今岩石圈结构是太古宙—古元古代形成大陆地壳及其下面的地幔岩石圈（或称大陆根）以来，演化、破坏改造的总结果，需要对它的现状给地质解释。正如我们上面讨论的地幔分异生成大陆地壳的同时，必留下在组成上与大陆地壳互补的亏损大陆地壳组分的地幔橄榄岩残余，这样，对大陆地壳的形成过程的研究必能了解地幔的过程及大陆根的组成和性质。因此，华北大陆的形成和演化历史是我们对岩石圈结构现今状态给地质解释的关键。

从上面对华北大陆形成和演化的简单讨论中可清楚地看到几个重要的关键事实：①华北地区经过太古宙漫长的地质过程，最终于新太古—早元古形成了一个统一的具大陆根的克拉通，深埋于地幔的大陆根的大的浮力和大的强度，支持它从Pt：直至三叠纪在构造上一直保持稳定的典型地台发育的历史，大陆岩石圈总体上未受到破坏，大陆根一直被保存下来，古生代金伯利岩岩浆活动，它携带的金刚石和强亏损的地幔橄榄岩捕虏体，为大陆根存在提供了直接的样品；②侏罗和白垩纪的燕山运动使一个统一整体的华北地台分化，东部大陆“活化”，强烈的岩浆活动和构造变形使大陆根和大陆壳破坏改造；西部鄂尔多斯作为东部造山带的前陆盆地，主体仍保持构造上的稳定，无岩浆活动，可以相信，总体上看，大陆根没有被破坏，大陆地壳亦没有被改造；③新生代时期，华北地区又进入一个新的构造发育时期，即大陆伸展构造环境。它的主要特征是：东部燕山期造山带总体上形成盆－岭构造格局，裂谷盆地下面的地壳和岩石圈强烈减薄，大量幔源玄武岩的喷发，而裂谷盆地周边的山岭的地壳和岩石圈减薄的强度较小，幔源玄武岩的喷发稀少；西部鄂尔多斯块体的主体仍保持构造上的稳定，整体隆升，无玄武岩喷发，无地震，但其周缘则发育断陷盆地，地壳和岩石圈均有一定程度的减薄，但程度小于东部似环状裂谷盆地，无玄武岩喷发活动，但地震活动频繁和强烈。由上可知，鄂尔多斯块体的主体，总体上看，大陆根没有被破坏，大陆地壳亦没有被改造；④燕山期和喜马拉雅期岩浆活动有很大差异，燕山期发育大量的壳源岩浆，而喜马拉雅期则发育幔源岩浆，虽然二者都与对流地幔注入大陆有关，但燕山期挤压收缩构造必使幔源玄武质岩浆封闭于陆壳内，致使太古宙Tr G陆壳再次熔融形成大量花岗质岩浆。这样，除大陆根被破坏改造之外，大陆地壳亦被强烈改造，而喜马拉雅期的岩石圈尺度伸展构造可使玄武质岩浆大量地直接喷出地表。这样，对燕山期改造的陆壳的再改造就较弱，对燕山期新形成的岩石圈则有强烈的再改造；⑤喜马拉雅期东部盆—岭构造地区内，玄武岩喷发主要在盆内及邻近边缘，山岭地区玄武岩喷发稀少。这样，从物质组成角度看，盆内岩石圈地幔改造强烈，陆壳受到一定改造，但山岭地带的陆壳和岩石圈地幔大体上保持燕山期造山时期的物质组成状态。对于山岭地带来说，燕山期陆壳被加厚，但在喜马拉雅期又被减薄，岩石圈亦为此，燕山期末期由于冷却，岩石圈亦加厚了，但喜马拉雅期被减薄了，因此，山岭地带岩石圈的物质组成仍大体上保留燕山期的，但莫霍面和L/A（岩石圈/软流圈）界面深度为新生代以来的，已不是燕山期的深度了。

这样，华北地区现今岩石圈三维结构可识别和划分为3个类型。

1）克拉通型岩石圈，鄂尔多斯黄土高原主体的克拉通块体是克拉通型岩石圈的代表，与全球大克拉通一样是有一个浮力大和强度高的大陆根，地壳主体由TTG构成，地幔岩石圈主要由强亏损的方辉橄榄岩构成，它于新太古—古元古代最终形成以后，一直保持至今。

2）造山型岩石圈，以太行山，燕山，桐柏—大别山，阴山等为代表，陆壳组成以花岗岩为主，岩石圈地幔由方辉橄榄岩和二辉橄榄岩构成，其亏损程度弱于大陆根（参见岩石学结构和化学结构一章），但是，Moho和L/A界面（亦就是说地壳厚度和岩石圈地幔的厚度）不能代表燕山期造山时的深度和厚度，它们是新生代伸展减薄的结果。

3）裂谷盆地型岩石圈，以华北平原，包括其中央的鲁淮山地为代表，陆壳组成以花岗闪长质为主，岩石圈地幔由弱亏损的二辉橄榄岩构成，其亏损程度是研究区内最弱的一个类型，地壳和岩石圈地幔是研究区最薄的，是整个岩石圈厚度尺度上的伸展减薄。鄂尔多斯周边的断陷盆地，由于新生代无玄武岩岩浆活动，燕山期无或弱岩浆活动，但逆冲构造的发育会导致陆壳组成的变化，可以推测，其地壳部分的物质组成可能处于TTG和花岗质的过渡位置，岩石圈地幔可能接近于克拉通型，但仍需进一步研究。

前面讨论的地壳υ_P结构，总体上亦可分为3类，鄂尔多斯块体，燕山期造山带（太行，燕山），华北裂谷盆地和盆地中央鲁淮山地的地壳平均υ_P值分别为：6.3km/s,6.2～6.3km/s,6.1～6.2km/s和6.3km/s，支持了上面识别出的3种类型的岩石圈。需要说明的是，沉积盆地内比盆地中央山地υ_P低，可能是因为盆内广泛发育含水低速体和由于伸展构造，岩石可能发育微裂隙和微孔隙引起。这样，鲁淮山地的υ_P可大体代表去除这些影响之后的盆地内地壳的υ_P。3种类型地壳平均υ_P值与克拉通型TTG，造山带G,裂谷盆地γδ的组成相符合，表明挤压造山时陆壳趋向“酸性化”（意味着花岗质岩浆形成时的基性互补物再循环拆沉返回地幔中，基性互补物返回地幔的一个必要条件是密度要加大，榴辉岩相条件是最好的候选者，暗示燕山期造山时陆壳必加厚，它与挤压收缩构造变形环境符合），大陆裂谷发育时陆壳趋向“基性化”（因为玄武质岩浆的注入，由于是一个减薄的陆壳，哪怕在壳底亦不会变成榴辉岩，因为无密度大而制约的返回地幔的条件）。