以精確的方式描述大陸地殼的生長(cháng)與演化，需要對地殼的成分架構進(jìn)行定量化估計，而地殼成分架構可以反映不同階段的地殼分異和成熟程度。這不僅對于深化我們對大陸演化機制的理解具有重要意義，而且對于資源勘探也具有潛在支撐作用，因為地殼生長(cháng)演化的階段和程度被證明進(jìn)一步與大規模的礦化過(guò)程有著(zhù)緊密的聯(lián)系。

圖1 （a）中亞造山帶及其周邊華北、塔里木和西伯利亞克拉通的構造簡(jiǎn)圖（修改自Xiao et al., 2003）。（b）線(xiàn)性寬頻帶地震臺陣（黑色三角形）分布圖。黃色和黑色實(shí)線(xiàn)分別表示同測線(xiàn)實(shí)施的寬角反射和折射（WAR/R）剖面和深反射地震剖面。紅色星號表示12個(gè)大炮點(diǎn)的位置。紅色實(shí)線(xiàn)AA'表示用于投影的參考剖面。（c）華北-中亞構造轉換帶Nd+Hf同位素圖. 同位素數據來(lái)自Wang et al., 2023。（d）中亞造山帶東南邊緣在古亞洲洋閉合后（晚古生代至中生代）與華北克拉通拼合的相關(guān)地體拼貼構建過(guò)程示意圖（修改自Xiao et al., 2003, 2015）。

華北克拉通（NCC）經(jīng)歷了包括早前寒武紀克拉通化和古生代至中生代巖石圈活化和改造在內的多期重要的地殼生長(cháng)和演化事件，其北部克拉通邊緣與中亞增生造山帶相鄰，為一個(gè)復雜的構造轉換帶（圖1）；而北部的中亞造山帶則保存了地球上最大體量的顯生宙新生地殼。因此，華北克拉通北部至中亞造山帶東南部的構造轉換區或許可以作為一個(gè)理想的實(shí)驗室，用以揭示大陸地殼在不同生長(cháng)階段的成分演化機制和特征。

地球化學(xué)和同位素數據通常被用作衡量大陸地殼成分成熟程度的理想替代指標，并且已有越來(lái)越多的同位素填圖工作，旨在追蹤華北克拉通和中亞造山帶地殼基底巖石的性質(zhì)?；谕凰財祿@示的顯著(zhù)的地體差異，一些近期的研究工作揭示了索倫克（Solonker）縫合帶，這一劃分中亞造山帶（東南部）與華北克拉通之間的重要邊界兩側大陸地殼基底迥異的性質(zhì)和年齡（見(jiàn)圖1c）。索倫克縫合帶由地表地質(zhì)觀(guān)測識別，它標志著(zhù)古亞洲洋在晚二疊至中三疊世時(shí)期的最終關(guān)閉。而前人已開(kāi)展的穿越華北克拉通北部至中亞造山帶東南部構造轉換帶（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“華北-中亞構造轉換帶”，包括索倫克縫合帶及其兩側相鄰的相關(guān)地體；圖1b）的地球物理觀(guān)測，大多旨在追蹤保存在地殼和上地幔中的與古亞洲洋板塊相關(guān)的殘余俯沖帶。然而，除了同位素數據所反映的大陸地殼的整體性質(zhì)外，還需要更精確、更精細的替代指標來(lái)約束華北-中亞構造轉換帶下方的地殼成分架構，即，巖性組分和相應的結構變化，這可能還需要利用地球物理屬性來(lái)反映。對地殼成分架構的定量化揭示，將使我們能夠更全面透徹地理解華北北部復雜克拉通邊緣的顯生宙地殼演化及其與相鄰中亞造山帶的關(guān)系。

圖2 主-被動(dòng)源地震數據聯(lián)合反演獲得的Vs和Vp/Vs模型。

（a）上圖：從同位素圖(圖1c)中提取的Nd+Hf同位素數據剖面（沿AA'）；下圖：每個(gè)臺站由反演得到的固結地殼Vp/Vs平均值（藍色實(shí)心方塊）和H-κ掃描疊加方法得到的地殼Vp/Vs平均值（綠色和淺藍色三角）比較。（b）沿AA’的Vs模型剖面。（c）沿AA’的Vp/Vs模型剖面。（d）Vs模型疊加在同測線(xiàn)深反射地震剖面（Tan et al., 2024, 未發(fā)表數據）上，線(xiàn)條圖描繪了高振幅反射軸（棕色和黑色線(xiàn)條）。

中山大學(xué)高銳院士和中國地質(zhì)科學(xué)院葉卓副研究員及團隊成員利用主、被動(dòng)源地震綜合探測剖面，開(kāi)展了聯(lián)合反演和分析工作，獲得了橫過(guò)華北-中亞構造轉換帶的Vp、Vs和Vp/Vs剖面模型（圖2）。通過(guò)系統性分析和聯(lián)合多種地球物理屬性參數以共同約束華北-中亞構造轉換帶的地殼成分架構。結合現有的同位素數據，地震學(xué)成像揭示了陰山-燕山構造帶實(shí)際上代表了華北克拉通的北部邊緣，具有層狀均勻的地殼成分，指示了一個(gè)高度演化的地殼。然而，其下地殼低Vs和高Vp/Vs特征層位與深反射地震剖面揭示的低角度傾斜至水平的反射線(xiàn)理結構重疊，這表明自晚古生代至中生代以來(lái)，華北克拉通北緣的地殼經(jīng)歷了相當程度的由下地殼拉伸和伸展促使熔體遷移和混合而導致的構造活化（圖3）。這個(gè)過(guò)程很可能涉及了殼幔相互作用，從而導致華北北緣下方的古老地殼基底，自晚古生代至中生代以來(lái)的演化造成其成分被部分改造。相反，中亞造山帶東南部表現出地殼成分和結構的復雜性，推斷為顯生宙增生造山帶年輕地殼的特征。上述研究結果提供了重要的深部物理屬性約束，揭示了復雜克拉通邊緣地殼成分演化的精細深部過(guò)程。

圖3 基于Vs和Vp/Vs成像結合深反射地震剖面的構造解釋模型。紫色虛線(xiàn)箭頭標示出在華北克拉通北緣下地殼中被保留下來(lái)的可能的太古代至古元古代或更早期的拼合帶（棕色粗虛線(xiàn)），這些拼合帶并未被后期顯生宙巖石圈活化事件破壞而得以保存下來(lái)。白色箭頭指示晚古生代至中生代期間由下地殼流樣式的拉伸和伸展所形成的線(xiàn)理構造。黑色箭頭指示與古生代至早中生代中亞造山帶相關(guān)的主要逆沖構造。粉紅色虛線(xiàn)框出的陰影區表示華北北緣下地殼低Vs和高Vp/Vs層位。

以上成果在線(xiàn)發(fā)表于2024年5月15日《國家科學(xué)論評》（National Science Review），中國地質(zhì)科學(xué)院葉卓副研究員與中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院高銳院士和譚曉淼博士為共同通訊作者。研究受到國家自然科學(xué)基金（42074106，91962110）和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2023YFF0803302）共同資助。

論文鏈接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article-abstract/doi/10.1093/nsr/nwae171/7674897?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=nsr&utm_medium=email

參考文獻：

Ye, Z., Tan, X., Gao, R., Li, Q., Zhang, H., Wu, X., Li, W., Li, Y., 2024. Constraints on crustal compositional architecture across the North China-Altaids transition and implications for craton margin reworking, National Science Review, nwae171, https://doi.org/10.1093/nsr/nwae171.