导读：郑永飞院士等以华北中生代镁铁质岩浆岩为视角进行地球化学研究，提出古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制，华北克拉通在早中生代时期发生的岩石圈减薄和破坏是个两阶段过程。

华北克拉通是世界上最古老的陆核之一，也是中国最大的克拉通块体。其东部区域岩石圈厚度在中生代时期发生大幅度减薄(由>200km锐减到60~80km)，不仅较冷和难熔的古老大陆岩石圈地幔被较热和饱满的新生岩石圈地幔所替代，而且减薄后的岩石圈在早白垩世时期出现强烈岩浆活动。这些现象指示，华北克拉通自太古代形成后在中生代经历了重大的构造再活化过程。

地球物理观测表明，华北克拉通岩石圈所呈现西厚东薄的现象，与古太平洋板片由东向西的俯冲方向一致(图1)，表明俯冲大洋板块对克拉通岩石圈地幔的侵蚀作用可能是华北克拉通岩石圈减薄的构造机制。华北克拉通破坏出现在早白垩世，而西太平洋板块的俯冲是从新生代早期才开始的，两者之间存在显著的时间间隔。不过，古太平洋板片(也称Izanagi板片)从侏罗纪开始就俯冲到了东亚大陆之下，这个过程对华北乃至中国东部中生代构造格局都产生了显著影响。因此，华北克拉通破坏是与现今停滞在地幔过渡带的西太平洋板片有关还是与中生代时期俯冲的古太平洋板片有关，成为一个亟待解决的问题。

图1   华北克拉通在古生代-中生代时期与邻近板块之间关系图

发表于《中国科学：地球科学》2018年第4期的文章“华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏”，以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角，通过总结华北陆块中生代镁铁质岩浆岩的同位素年龄和地球化学组成，试图在其基础上反演华北中生代时期岩石圈地幔的演化过程，并由此探讨华北克拉通岩石圈减薄/破坏的关键时间节点和大陆岩石圈地幔的演化过程。

文章提出，华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点(图2)，在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点，而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩。这个差异表明，华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变。

图2   古太平洋板片俯冲与华北克拉通破坏随时间演化示意图

古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲，俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态，是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化。古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物，也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物。对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说，则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物。

从~144Ma开始，俯冲的古太平洋板片发生回卷，克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热，导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄(图3a)。在130~120Ma期间，减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏，不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩，而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用(图3b)。与此同时，回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热，产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩，这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩，标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代。

图3   古太平洋板片俯冲到华北克拉通岩石圈之下演化示意图

古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带，而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲。这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔，而且化学上可以交代岩石圈地幔。因此，华北克拉通破坏是以大陆岩石圈减薄为先导，古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄的一级地球动力学机制，地幔热/化学侵蚀和下地壳拆沉过程可能只是华北克拉通减薄的二级机制。减薄后的大陆岩石圈底部受到软流圈地幔的上涌加热，引起下地壳岩石发生部分熔融形成大规模长英质岩浆岩。由此可见，克拉通岩石圈的减薄和破坏是个两阶段过程，与汇聚板块边缘加厚造山带的去根和裂熔过程相对应。

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