华北克拉通耦合破坏机制分析

总结前人研究成果的基础上，结合西太平洋板块俯冲和华北地幔热柱多级演化，参考胶东金矿成矿模式，讨论华北克拉通破坏的深部过程，建立华北克拉通耦合破坏机制。

1、华北克拉通破坏

克拉通由古老陆壳和岩石圈地幔两部分组成，是地球上相对长期稳定的构造地质单元。研究表明，克拉通具有较低密度、巨大厚度和较低热流的岩石圈地幔，使其免遭后期改造而保持长期稳定，不易被破坏。华北克拉通一直保持相对稳定，直至中生代，华北克拉通特别是东部，亏损型软流圈或大洋型地幔取代巨厚岩石圈地幔，发生大规模的构造变形、岩浆活动、成盆运动、成矿成藏热事件。这种克拉通原本性质或属性发生重大变化的现象被学者称为“克拉通破坏（或活化）”或“去克拉通化”[1-3]。

2 華北克拉通破坏耦合机制讨论

2.1 西太平洋板块俯冲

早白垩世受太平洋超地幔柱活动的影响，西太平洋板块高速向东亚大陆正北斜向俯冲，之后逐渐变为NNW[4]。随着俯冲深入，早白垩世西太平洋板块开始出现回转与后撤[5]。西太平洋板块俯冲与回撤，使华北构造体制由EW向到NNE向发生转折，改造活动大陆边缘性质的岩浆弧伸展构造环境，盆岭格局重组，诱导郯庐断裂带发生大规模左行走滑运动，并控制了一系列NE-NNE向次级断裂系的形成和发展，使沉闷的华北克拉通活化，遭受破坏。

2.2 华北地幔热柱活动

早白垩世是全球深部地幔剧烈活动的时期，太平洋超级地幔热柱活跃、板块间挤压碰撞，造成华北克拉通处于四周板块强烈挤压环境，尤其是西太平洋板块的俯冲使华北克拉通东部地幔对流系统失稳，地幔对流加强，再加上2650km附近存在一个放热相变带，有助于在核幔过渡带产生地幔热柱，华北地幔热柱得以形成[5-7]。华北地幔热柱继续向上演化，东部主干华北地幔亚热柱形成胶东矿集区，西部分支华熊地幔亚热柱控制小秦岭、熊耳山等矿集区。

2.3 讨论

早白垩世西太平洋板块高速斜向东亚大陆下俯冲。研究表明，板片俯冲速度越快，俯冲板片俯冲到同一深度所需时间越短，俯冲板片和周围地幔之间的温差就越大，容易造成俯冲板块的断裂[6]。当西太平洋冷板块俯冲至华北克拉通地幔过渡带时，上下地幔的密度差大于板片与周围地幔密度差，可以有效阻止或延迟板片穿透到下地幔，而俯冲板片携带大量的冷物质滞留聚积在660km间断面，最终慢慢突破间断面穿透到下地幔甚至核幔边界，原来上下地幔分层对流的平衡状态被扰乱，在间断面附近形成较强的次分层，致使沿北纬37°线华北克拉通660 km间断面结构东西空间发生分裂，东部比西部偏深20～30km左右，而俯冲板片的前缘变得很脆弱[8]。

当源自核幔边界或深下地幔的华北地幔热柱携带大量金等成矿元素上升到东部俯冲板片的位置时，因受到冷的板块和冷物质对周围地幔的降温效应，地幔柱垂直上升受到阻碍，速度减缓，而地幔热柱内部的强烈热能得不到完全释放，借助过渡带附近新形成的地幔次分层对流，转而向西部分流，形成华熊地幔亚热柱，而华北地幔热柱将大量的冷物质熔融后继续上涌，这可能就是东西成矿带成矿时间相差10Ma的根本原因。

俯冲板块脱水使大量水分进入俯冲带上盘的地幔楔，使其粘性发生明显降低表现为类似软流圈的性质，导致地幔楔内产生不稳定的地幔对流。地幔热柱头部携带着深处的异常高温，同时借助强烈的地幔对流快速上升演化。太平洋板块俯冲为最初的地幔对流和地幔柱上涌提供了深部动力学条件；而地幔热柱成为强烈地幔对流的“升级版”。华北地幔亚热柱的强大热能推动西太平洋板块回转与后撤，410km处板片前缘彻底断裂，在地幔中形成东倾排列的高速异常带。地幔热柱头部携带着深处的异常高温，同时借助强烈的地幔对流，快速到达软流圈，形成幔源深部岩浆，汇聚在地幔亚热柱的头部所形成一个巨大的岩浆房体中，抬升了软流圈的顶面，在岩石圈底面形成一个异常高温区，发生热侵蚀、橄榄岩—熔体相互作用等，致使岩石圈被大规模置换，并发生岩石圈拆沉，混合成幔壳混染岩浆。华熊地幔亚热柱首先达到华北克拉通中西部的软流圈，发生早期拆沉，拆沉的岩石圈板片部分沿华熊地幔热柱下沉到地幔过渡带甚至下地幔；随后华北地幔亚热柱上涌至东部软流圈-岩石圈界面，发生后期拆沉，其中俯冲板片的断离为弧前因板片脱水形成的强地幔对流参与华北地幔亚热柱提供了可能。华北克拉通地幔中西倾排列的板片状高速异常体和岩石圈自西向东呈阶梯状减薄就是岩石圈拆沉的证据[9]。

地幔热柱在软流圈汇聚而成的巨大岩浆房沿着岩石圈深大断裂郯庐断裂带、滦平断裂、基底断裂等岩石圈薄弱处上涌，形成一系列次级的地幔热柱和岩浆房。幔壳混染岩浆继续向上侵位，热的岩浆对拆沉后剩余的岩石圈再次发生热侵蚀作用，进一步减薄岩石圈，直至进入韧性剪切带，最终在幔枝构造的有利构造扩容带富集成矿。华熊地幔热柱形成小秦岭、熊耳山等大型矿集区，华北地幔亚热柱则控制胶东矿集区（图1）。

3 结论

（1）华北克拉通破坏是西太平洋板块俯冲和华北地幔热柱多级演化两者同期耦合作用的结果。

（2）华北地幔热柱受西太平洋板块俯冲的影响，分流形成华熊地幔亚热柱和华北地幔亚热柱，分别控制华北克拉通中西部和东部的破坏过程。其中，热侵蚀作用和橄榄岩—熔体相互作用主要发生在地幔热柱上升演化过程中。

（3）华北克拉通660 km间断面结构不均匀，是西太平洋板块俯冲下沉结果；东西成矿带相差10Ma，可能是受华北地幔热柱在俯冲带分支成华熊地幔热柱和华北地幔热柱的影响；地幔中东倾排列的高速体是西太平洋板块断离的前缘部分，西倾排列的高速异常体是华熊地幔亚热柱和华北地幔亚热柱分两期对岩石圈拆沉造成的。

參考文献：

[1]孙金凤，杨进辉.华北中生代岩浆作用与去克拉通化[J].岩石矿物学杂志，2013，32（5）：577-592.

[2]朱日祥，陈凌，吴福元，等.华北克拉通破坏的时间、范围与机制[J].中国科学：地球科学，2011，41（5）：583-592.

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[4]朱光，王道轩，刘国生，等.郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应[J].地质科学，2004，39（1）：36-49.

[5]朱日祥，范宏瑞，李建威，等.克拉通破坏型金矿床[J].中国科学：地球科学，2015，45（8）：1153-1168.

[6]朱桂芝，石耀霖，张怀.板片深部俯冲动力学研究的新进展[J].地球物理学进展，2008，23（2）：333-342.

[7]温常贵，真允庆，乔红，等.板块构造与幔柱构造的相互关系——以中国东部中、新生代控矿因素为例[J].地球物理学进展，2008，23（2）：333-342.

[8]许卫卫，郑天愉，赵亮.华北地区 410 km 间断面和660km间断面结构—克拉通活化的地幔动力学状态探测[J].中国科学：地球科学，2011，41（5）：678-685.

[9]郭慧丽，徐佩芬，张福勤.华北克拉通及东邻西太平洋活动大陆边缘地区的P波速度结构：对岩石圈减薄动力学过程的探讨[J].地球物理学报，2014，57（7）：2352-2361.

作者简介：

王晨晨（1991—），男，硕士生，山东临沂人，主要从事构造地质学和地球物理勘查研究

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