华北克拉通岩石圈结构来自三维重力-地热模拟

摘要

华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区,且是中国东部地震活动性最强的地区,因此,华北地区被认为是研究克拉通破坏过程和机制的天然试验场.目前,围绕该克拉通破坏的时间、范围和机制等重要科学问题,进行了大量的研究工作,取得了诸多新认识,但也存在一些争议.本文利用华北克拉通地区重力、地形、大地水准面等大地测量资料及现有的地热资料提出了一种岩石圈三维热-重力模型.在多种观测资料的综合约束下获取了岩石圈三维温度-密度分布,在此基础上探讨华北克拉通岩石圈破坏的空间尺度问题.莫霍面深度表明NCC中部和西部地区下方具有相对厚的地壳，约为40-50km，这与该地区具有高的地形与低的布格重力异常值特征一致；而在NCC的东部地区，地壳厚度却不到35 km，且自西向东横穿重力梯度带时，地壳厚度显著发生减薄，地壳发生显著变化的区域与南北重力梯度带存在显著的相关性。岩石圈一软流圈边界深度在研究区域范围内的剧烈变化是最为显著的特征。岩石圈底部深度从东部块体的80km左右变化为西部块体的大于180km。在NCC东部块体，最薄的岩石圈位于燕山东侧辽东半岛附近，以及郯庐断裂带和鲁西隆起。相反，渤海湾盆地下方岩石圈厚度增加到100-130km。在NCC的中一西部块体内部，岩石圈厚度同样具有明显的变化，变化范围由lOOkm左右到180km。厚的岩石圈(＞180km)出现在稳定的鄂尔多斯高原下方，而在环鄂尔多斯的银川一河套以及汾渭断陷岩石圈厚度相对减薄(＜120km)。岩石圈厚度变化与南北重力梯度带并没有显著的关系，而与岩浆岩的活动存在明显的相关性。