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我校在“克拉通岩石圈减薄"方向研究取得新进展


2017-05-17 10:42:43 来源:中国地质大学研究生院 浏览:
 

(通讯员 许峰 王小龙)近日,我校地球科学学院大地构造中心Timothy Kusky教授团队在国际著名期刊《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)(T1)发表论文。该研究通过地球动力学数值模拟方法定量评估了不同含水量的地幔转换带脱水对上覆克拉通岩石圈水弱化和减薄作用的不同影响,提出华北克拉通岩石圈中生代的减薄可能由平卧的Izanagi俯冲板片扰动富水地幔转换带所致,并认为富水地幔转换带形成与古生代-中生代华北邻区多方向的俯冲作用积累相关。

克拉通作为大陆最稳定的地质单元,占全球大陆面积的50%以上,是生命演化的关键场所,人类文明的重要发祥地,也是重要的自然资源产地。其演化一直以来都是地学界先哲和前辈们毕生的探索对象。近来,人们发现许多克拉通(如华北、怀俄明等)岩石圈不像传统所理解的那样稳定,而是会发生约100 km厚的根部减薄甚至破坏。这对理解大陆物质再循环和相关矿产资源富集有重要意义。

关于华北克拉通岩石圈大规模减薄机制尚存诸多争议,所涉及理论包括拆沉、热机械侵蚀、水弱化、熔体-橄榄岩反应、伸展减薄等。随着对东亚地区“大地幔楔”地球物理、岩石学、地球化学等研究的深入,水弱化理论的证据越来越充分,为从地球动力学的角度来模拟、分析和验证这一过程提供了便利条件。不同于传统的地质、地球物理研究方法在时间或空间上存在局限性,地球动力学数值模拟能够提供从地表到深部,从古到今的连续时空演化信息,是定量研究地球动力学过程的必要手段,为许多重要地学模型的提出和验证提供了理论基础。

Timothy Kusky教授团队在前人观测基础上完善了水弱化理论,认为水弱化作用是岩石圈减薄和克拉通破坏的前提,并通过地球动力学数值模拟,定量分析了不同含水量的地幔转换带被平卧板片扰动时,引起的不同克拉通岩石圈水弱化和减薄效应,发现只有当地幔转换带平均含水量超过一定值(约0.6 wt%)且被平卧板片所扰动时,才会产生大地幔楔和明显的岩石圈水弱化和减薄效应。模拟结果表明华北克拉通岩石圈减薄可能由水弱化和次生对流侵蚀综合作用所致。首先,古生代到中生代的多向深俯冲作用,在东亚邻区形成了富水的地幔转换带。之后,该富水地幔转换带被中生代的Izanagi平卧俯冲板片所扰动,产生富水物质上涌,并引起大地幔楔次生对流加强和上覆克拉通岩石圈的流变学强度降低,从而导致克拉通岩石圈的大幅度移除和减薄。由于富水地幔转换带在Izanagi俯冲时期已被扰动,使得水被消耗,因此后续的Pacific板片所产生的水弱化作用并不大。该研究突出了水来源于多次、长期俯冲作用积累形成的富水地幔转换带和平卧板片对富水地幔转换带的扰动,而不是单次俯冲板片脱水。

论文第一作者为我校地球科学学院2012级直博生王振胜,201510-12月受到我校“研究生国际合作交流基金”项目的资助,在澳大利亚莫纳什大学(Monash University)进行合作研究。

相关论文参见:

Wang, Z., Kusky, T., Capitanio, F., 2016. Lithosphere thinning induced by slab penetration into a hydrous mantle transition zone. Geophysical Research Letters, 43(22): 11567-11577.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016GL071186/full