华北克拉通破坏的地热学响应－来自沉积盆地热历史的约束

沉积盆地的形成和演化是深部岩石圈地球动力学过程的浅部响应, 盆地热历史可以为揭示深部动力学过程提供时间和空间上的连续信息。本项目拟采用多种古温标耦合反演热历史和地球动力学方法模拟热历史的正反演途径恢复华北克拉通内部盆地中生代以来的热演化历史，揭示不同盆地及盆地内部不同构造单元的构造-热演化及其差异性，并依据热历史结果分析华北岩石圈厚度演化及其差异性。同时，通过华北克拉通破坏过程中的热体制与世界典型克拉通地区对比分析，深入剖析岩石圈热演化过程中浅部沉积盆地热体制和深部岩石圈热演化的相互耦合与制约关系；尤其是渤海湾盆地作为华北克拉通破坏及岩石圈减薄的中心区域，其热体制和热历史的定量研究将为华北克拉通破坏的过程、机制和时间提供重要信息，是认识岩石圈减薄等深部动力学过程的重要手段和有效途径，研究成果对于揭示华北克拉通破坏具有重要的科学意义。

本项目依据古温标和盆地动力学两种方法对华北克拉通典型盆地渤海湾和鄂尔多斯盆地中~新生代热历史进行了重建，揭示了盆地中~新生代热岩石圈厚度的演化过程。结果表明渤海湾盆地经历了热稳定期(T~J)、第一热流高峰期(K1末)与裂后衰减期(K2~E1)、第二热流高峰期(E2+3)与裂后衰减期(N+Q)的演化阶段，而鄂尔多斯盆地则经历了热稳定期(T~J)、热流高峰期(K)和热衰减期的演化过程；同时，渤海湾盆地的岩石圈热结构在中~新生代时期存在明显转变, 由三叠~侏罗纪的“热壳冷幔”结构转变为白垩纪至今的“冷壳热幔”型结构。由热历史揭示出的中~新生代时期渤海湾盆地热岩石圈厚度在早白垩世晚期和始新世时期存在两期强烈拉张减薄阶段且这种岩石圈厚度演化在盆地各构造单元存在差异；侏罗纪~早白垩世的减薄(<65km)是由热化学侵蚀和拉张作用共同作用的结果，而新生代时期的减薄则是由拉张作用导致，该时期岩石圈厚度仅为53~73km。同时，本项目建立了包含克拉通初始稳定状态、大地幔楔形成及活跃地幔对流的二维数值新模型，模拟了地幔对流热侵蚀过程中温度场的演化，从地热学角度揭示了大地幔楔内活跃地幔对流对岩石圈的侵蚀作用和克拉通岩石圈减薄过程。依据二维非瞬时多期拉张模型进行的数值模拟揭示了渤海湾盆地新生代时期岩石圈厚度、地壳厚度演化过程并由此探讨了华北克拉通岩石圈的减薄机制。由此可见，与岩石地球化学(点)和地球物理观测(现今)的证据不同，地热学为揭示华北克拉通破坏的深部动力学过程提供了时间和空间上连续的信息。