作者:孟庆任等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/7/22 16:44:28
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东北亚白垩纪盆地演化与古太平洋板块俯冲

在白垩纪,东北亚地区经历了强烈的地壳/岩石圈伸展和岩浆活动,众多裂谷盆地由此诞生。这个过程究竟是如何发生的?中国科学院地质与地球物理研究所孟庆任等进行深入分析,建立了构造模型,用古太平洋板块俯冲合理解释了东北亚白垩纪裂谷盆地的形成过程。相关成果发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)。

三种裂谷盆地的成因

当地壳/岩石圈经历伸展,发生断陷,就会形成裂谷盆地。按照动力学形成机制,裂谷盆地可分为三种类型:

① 被动裂谷。岩石圈水平伸展,造成地壳断陷和碎屑沉积。随着岩石圈不断伸展减薄,软流圈热物质被动上涌。受软流圈物质的加热,上覆的地幔和地壳发生部分熔融、触发火山喷发,最终形成裂谷盆地。

被动裂谷盆地的充填序列因此一般由下部碎屑岩和上部火山岩构成。

② 主动裂谷。软流圈物质主动上升,导致地壳上拱和引发大范围火山喷发。随着地表继续上拱,上地壳发生伸展断陷,形成裂谷盆地。

主动裂谷盆地的充填序列由下部火山岩和上部碎屑岩构成。

③ 宽裂谷。宽裂谷盆地是增厚热地壳发生重力垮塌的结果,表现为宽阔的小型裂谷盆地群。增厚地壳的部分熔融可造成持续的火山活动。

在宽裂谷盆地层序的不同段落中,都会出现火山岩和火山碎屑岩。

东北亚地区,不同类型裂谷盆地的空间分布

不同类型的裂谷盆地中,充填序列各不相同。利用这一原理,研究者识别出东北亚不同类型早白垩世裂谷盆地和分布区域。结果发现:

① 华北克拉通东部主要发育被动裂谷盆地,如合肥盆地和胶莱盆地;

② 华北克拉通北部主要发育主动裂谷盆地,如滦平盆地和北票盆地;

③ 中亚造山带东部主要发育宽裂谷盆地,如二连盆地和海拉尔盆地。

值得注意的是,早白垩世岩浆活动集中在华北克拉通北部,而且由西向东逐渐变得年轻。大量同位素年代学数据证明,西部、中部和东部的火山喷发分别开始于143Ma、137Ma和125Ma。

晚白垩世,东北亚岩石圈伸展强度大幅减弱,构造变形和岩浆活动主要发生在东北亚大陆东缘。此时,大陆内部的早白垩世裂谷盆地停止发育,东缘盆地则继续发展为其他类型的盆地。

一个完整的构造模型:古太平洋板块俯冲造就多种盆地

在上述分析的基础上,研究者建立了一个完整的早白垩世东北亚构造模型,用古太平洋板块的俯冲作用解释了不同地理位置中不同类型盆地的成因:

① 在南部的华北克拉通东缘,俯冲的古太平洋板块发生回卷,海沟向东后撤,引发上覆岩石圈大幅度拉伸和减薄,在导致克拉通彻底破坏的同时,深部软流圈随之上升,发育为被动裂谷。

② 在北部的东亚造山带东部东缘,有证据显示早白垩世古太平洋板块没有发生大规模的俯冲板片回卷和海沟后撤。晚侏罗世末东亚造山带东部经历了一次强烈地壳挤压缩短,早白垩世增厚地壳发生重力垮塌,形成宽裂谷盆地。

③ 在上述两个区域的交界处,也就是华北克拉通北缘,由于古太平洋板块在两侧运动状态的巨大差异(一侧发生大规模回卷和海沟后撤,另一侧则基本保持稳定),古太平洋板块发生撕裂。在板片撕裂的断层处,软流圈物质上涌,形成主动裂谷。而且,撕裂过程由西向东不断发展,岩浆活动也自西向东不断迁移,从而形成了华北克拉通北缘主动裂谷自西向东的年代分布。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab088

 
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