中國陸地?zé)釒r石圈厚度及其地球動(dòng)力學(xué)意義

陳超強(qiáng)， 何麗娟*， 焉力文， 武金輝

1 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029 2 中國科學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院， 北京 100029 3 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049

0 引言

中國陸地位于亞歐板塊、太平洋板塊和印度—澳大利亞板塊匯聚之處,由不同規(guī)模的穩(wěn)定陸塊和造山系構(gòu)成,包含中部的華北克拉通、南部的揚(yáng)子克拉通和西北的塔里木克拉通以及北部的天山—興蒙造山系、西南的西藏—三江造山系、中部的秦祁昆造山系以及東南的武夷—云開—臺灣造山系(潘桂棠等, 2009).中國陸地現(xiàn)今的構(gòu)造格局主要受控于東部太平洋板塊的俯沖以及西南方向印度—澳大利亞板塊和歐亞板塊的匯聚過程,是研究板塊相互作用過程中巖石圈反應(yīng)機(jī)制的理想實(shí)驗(yàn)室.對中國陸地巖石圈結(jié)構(gòu)的研究有助于我們更好地理解控制構(gòu)造格局的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制.巖石圈的概念起源于19世紀(jì)末至20世紀(jì)初,指的是固體地球最外部的圈層,但是不同學(xué)科對其定義往往存在一定的差異,如熱巖石圈強(qiáng)調(diào)以傳導(dǎo)為主要傳熱方式,地震學(xué)通過地震波波速和各向異性變化來區(qū)分軟流圈和巖石圈,力學(xué)巖石圈強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度等等 (Eaton et al., 2009) .其中,熱巖石圈和地震巖石圈經(jīng)常被拿來做對比,介于熱巖石圈底界和和地震巖石圈之間的部分的傳熱方式包括傳導(dǎo)和對流兩種,被稱為流變邊界層(何麗娟, 2014).數(shù)值模擬研究表明,對于華北克拉通而言,介于熱巖石圈底界和地震巖石圈底界之間的流變邊界層的厚度和克拉通破壞的程度密切相關(guān)(He, 2015).對中國陸地?zé)?震巖石圈差異的研究可以增進(jìn)我們對深部地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制的理解.

熱巖石圈厚度和地震巖石圈厚度是計(jì)算流變邊界層的厚度的前提條件. 從對比地震巖石圈厚度和熱巖石圈厚度的角度出發(fā),前人對中國陸地?zé)釒r石圈厚度的研究存在四點(diǎn)問題: (1)研究重點(diǎn)在于結(jié)合地震資料和地?zé)豳Y料綜合研究巖石圈厚度，而非探究熱巖石圈底界和地震巖石圈底界的差異(An and Shi, 2006; 汪洋和程素華, 2011, 2013; 王愷等, 2020; 單斌等, 2021); (2)沒有對地殼進(jìn)行分層處理,計(jì)算誤差較大 (汪洋等, 2001); (3)以某一盆地為研究對象,得出該地區(qū)熱巖石圈厚度的平均值,忽略了巖石圈厚度在水平方向的差異性 (劉紹文等, 2005; 焦亞先等, 2013); (4)研究集中在一些熱點(diǎn)盆地中,中國陸地存在大量的研究空白區(qū),比如南華北的研究數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于渤海灣盆地. 因此，為了對比分析地震巖石圈和熱巖石圈厚度的差異，我們需要對中國陸地的熱巖石圈厚度進(jìn)行重新計(jì)算.

本研究依靠最新的中國大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)、精細(xì)的地殼分層結(jié)構(gòu),通過求解一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程來獲得各個(gè)熱流測量點(diǎn)對應(yīng)的熱巖石圈厚度,進(jìn)而獲得了中國陸地?zé)釒r石圈厚度分布,并在此基礎(chǔ)上探討了全國的熱巖石圈和地震巖石圈底界的差異(流變邊界層)之于巖石圈演化的重要意義.

1 數(shù)據(jù)與方法

傳熱方式分為熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流三種,對于熱巖石圈而言,熱傳導(dǎo)為主要傳熱方式,瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程為

(1)

一維穩(wěn)態(tài)條件下有:

(2)

其中,K為熱導(dǎo)率(W·m-1·K-1);T為溫度(K);Z為深度(km);A為生熱率(μW·m-3). 計(jì)算所采用的巖石圈模型在垂向上可以分為蓋層、上地殼、中地殼、下地殼和巖石圈地幔共計(jì)5層,對各個(gè)地區(qū)各層位分別賦予相應(yīng)的生熱率A、熱導(dǎo)率K等巖石熱物性參數(shù),地表溫度設(shè)置為T0=0 ℃. 對于生熱元素均勻分布的一層,有

(3)

其中,i為構(gòu)造層數(shù),取自然數(shù)(1,2,3,…);Zi為第i層的厚度(km);Tifloor和Tibottom分別為第i層上下界面溫度(℃);Ai為第i層生熱率(μW·m-3);Ki為第i層熱導(dǎo)率(W·m-1·K-1);qifloor為第i層頂界處的熱流值(mW·m-2).

對第i層而言,上下界面的熱流之間的關(guān)系為

qibottom=qifloor-AiZi，

(4)

qibottom為第i層底界處的熱流值(mW·m-2)

Ztherm=∑Zi，

(5)

Ztherm為熱巖石圈厚度(km).

熱巖石圈厚度的計(jì)算依賴于地溫場的穩(wěn)定性和熱流測量值的準(zhǔn)確性 (焦亞先等, 2014),一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型主要適用于穩(wěn)定的克拉通地區(qū). 前人研究表明,大地?zé)崃髦凳怯绊懹?jì)算所得熱巖石圈厚度的主要因素 (Liu et al., 2016),在模型其余參數(shù)不變的前提下,大地?zé)崃髟黾?0%會(huì)帶來熱巖石圈厚度計(jì)算結(jié)果 18%的變化,而沉積物、上地殼和中地殼、下地殼以及巖石圈地幔熱導(dǎo)率和生熱率變化10%會(huì)帶來熱巖石圈厚度變化1%～7%,因此,為了提升熱巖石圈厚度計(jì)算的精確度，我們需要選取可靠的大地?zé)崃髦岛透鱾€(gè)地區(qū)的地殼分層厚度、熱導(dǎo)率生熱率.

大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)采用姜光政等 (2016)匯編的 《中國大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編第四版》 中的A、B類高質(zhì)量數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的篩選,去除掉福建的四個(gè)井深過淺的數(shù)據(jù); 對于每一個(gè)熱流測量值點(diǎn)位的地殼分層厚度,通過對CRUST 1.0模型與之相鄰的四個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線性插值得到; 各構(gòu)造層的生熱率與熱導(dǎo)率則通過查找文獻(xiàn)分地區(qū)進(jìn)行設(shè)置(表1),巖石圈地幔的熱導(dǎo)率設(shè)定為2.9 W·m-1·K-1,生熱率設(shè)定為0. 利用回剝法逐層計(jì)算各層底界的溫度以及巖石圈地幔的厚度,最后獲得測量點(diǎn)對應(yīng)的熱巖石圈厚度Ztherm.

表1 中國陸地各個(gè)構(gòu)造單元地殼各層生熱率和熱導(dǎo)率設(shè)置Table 1 Geothermal parameters for 4 crustal layers in different regions in China

2 計(jì)算結(jié)果

由于大地?zé)崃鞯臏y量有一定的誤差,各構(gòu)造層生熱率、熱導(dǎo)率的設(shè)置難免與真實(shí)值之間存在一定的差距,在計(jì)算過程中會(huì)出現(xiàn)一些異常值,我們需要去除掉計(jì)算結(jié)果中莫霍面溫度大于1300 ℃的異常值,另外世界上巖石圈最厚的典型克拉通之一的西伯利亞克拉通的地幔熱流約17 mW·m-2(Artemieva and Mooney, 2001),我們?nèi)コ舻蒯崃餍∮? mW·m-2的異常數(shù)據(jù). 對814個(gè)點(diǎn)的熱巖石圈厚度使用克里金插值法進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化,使用Albers投影方式繪制等值線圖(圖 1),中央經(jīng)度取105°E,第一標(biāo)準(zhǔn)緯線為25°N,第二標(biāo)準(zhǔn)緯線為47°N.

圖1 中國陸地?zé)釒r石圈厚度分布Fig.1 The contour of the thickness of the thermal lithosphere for mainland China

總體來看,中國陸地地區(qū)熱巖石圈厚度差異較大,穩(wěn)定的克拉通地區(qū)最厚,可達(dá)200 km以上,造山系次之,多在100～200 km之間,破壞的克拉通地區(qū)巖石圈最薄,可以低于100 km .

華北克拉通西部熱巖石圈厚度較大,從鄂爾多斯西北緣到汾渭凹陷區(qū)熱巖石圈厚度逐漸變小,鄂爾多斯盆地西部熱巖石圈厚度可達(dá)200 km以上,向東、東南方向逐漸變薄,汾渭凹陷區(qū)往往只有100～120 km厚. 與西部相比,華北克拉通東部熱巖石圈厚度更小,除了南華北之外,自西向東逐漸變薄,從華北克拉通中部的100～150 km降低到渤海灣盆地的80～100 km. 南華北的熱巖石圈厚度較大,在150～200 km之間. 塔里木克拉通西北部熱巖石圈厚度最大,可達(dá)200 km以上,而東南部則相對較薄,只有120～140 km.中-上揚(yáng)子克拉通的熱巖石圈厚度整體較厚,均在180 km以上,值得注意的是四川盆地中東部熱巖石圈厚度較小(120 km),可能跟側(cè)向熱傳遞相關(guān),本研究中計(jì)算采用的是一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型,不考慮側(cè)向熱傳遞,但前人研究表明 (熊亮萍和高維安, 1982; 徐明等, 2011),熱量向上傳遞過程中會(huì)由基底凹陷區(qū)向基底隆起區(qū)匯聚,即發(fā)生側(cè)向的熱傳遞,從而使四川盆地中心隆起區(qū)的大地?zé)崃鞲哂谒拇ㄅ璧氐钠渌貐^(qū),使得我們依靠一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程計(jì)算得出的熱巖石圈厚度偏小,從而導(dǎo)致了局部的異常值. 從中揚(yáng)子到下?lián)P子的熱巖石圈厚度逐漸變小,下?lián)P子可小于100 km.

天山—興蒙造山系西部熱巖石圈厚度較大,與臨近的塔里木克拉通相接部分厚度超過200 km,向東逐漸變薄; 天山—興蒙造山系東部的大興安嶺熱巖石圈厚度較大,約150 km,松遼盆地?zé)釒r石圈厚度較小,約80 km,松遼盆地以東約150 km厚. 秦祁昆造山系則呈現(xiàn)出西北高、東南低的特征,西北部可達(dá)200 km,而東南部的秦嶺—大別地區(qū)熱巖石圈厚度僅有100 km左右. 西藏—三江造山系的有效結(jié)果較少,青藏地區(qū)只有一個(gè) (點(diǎn)位90.47°E,30.11°N,其地表熱流值為83 mW·m-2,其蓋層、上、中、下地殼各層厚度分別是0.0648 km、36.7190 km、17.6306 km以及19.0882 km,總地殼厚度約73.5 km),約180 km. 武夷—云開—臺灣造山系的熱巖石圈厚度多在150 km以下,且從西北向東南逐漸變小,靠近揚(yáng)子克拉通一側(cè)較厚,約150 km,而向東南逐漸遞減到80 km以下.

場景假設(shè)：假設(shè)LISP網(wǎng)絡(luò)a的X節(jié)點(diǎn)需要借助虛擬專用網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)b。網(wǎng)絡(luò)a與網(wǎng)絡(luò)b的隧道路由器的網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口分別為if0和if1，且兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的IP承載網(wǎng)測接口分別為if1和if0。

3 討論

3.1 人工插值與濾波處理

繪圖時(shí)把數(shù)據(jù)網(wǎng)格化的方法是克里金插值法,克里金插值法的效果依賴于數(shù)據(jù)的數(shù)量和分布特征. 而青藏—三江造山系有效數(shù)據(jù)點(diǎn)較少,導(dǎo)致我國西北部熱巖石圈厚度的插值效果較差,因此,根據(jù)潘桂棠等(2002)提出的構(gòu)造分區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充人工插值,對岡瓦納北緣晚古生代-中生代岡底斯—喜馬拉雅構(gòu)造區(qū)取區(qū)內(nèi)點(diǎn)(90.47°E,30.11°N)的厚度188 km插入15個(gè)人工數(shù)據(jù)點(diǎn)(91°E,30°N; 92°E,30°N; 93°E,30°N; 94°E,30°N; 95°E,30°N; 86°E,30°N; 87°E,30°N; 88°E,30°N; 89°E,30°N; 85°E,30.5°N; 84°E,31°N; 83°E,31.5°N; 82°E,32°N; 81°E,32.5°N; 80°E,33°N),對于泛華夏大陸晚古生代羌塘—三江構(gòu)造區(qū)則取通構(gòu)造區(qū)內(nèi)四川盆地西北部五個(gè)點(diǎn)的平均值194 km賦予區(qū)內(nèi)21個(gè)人工插值點(diǎn)( 80°E,34°N; 81°E,34°N; 82°E,34°N; 83°E,34°N; 84°E,34°N; 85°E,34°N; 86°E,34°N; 87°E,34°N; 88°E,34°N; 89°E,34°N; 90°E,34°N; 91°E,34°N; 92°E,34°N; 93°E,34°N; 94°E,34°N; 95°E,34°N; 96°E,34°N; 97°E,34°N; 98°E,34°N; 99°E,34°N; 100°E,34°N). 重新繪制熱巖石圈厚度分布圖2a,與圖1相比,青藏—三江造山系、秦祁昆造山系以及塔里木克拉通東南部的熱巖石圈厚度分布變化的更加平滑,圖件得到了一定程度的優(yōu)化.

熱巖石圈厚度分布圖中有很多局部異常值,且?guī)r石圈厚度在水平方向上變化劇烈,可以使用高斯濾波對結(jié)果進(jìn)行處理,消除局部異常值造成的影響,使得巖石圈厚度變化更加平緩,同時(shí)保持其本身的特征(暢柳等,2018).圖2b,c,d分別是進(jìn)行1次、2次和3次濾波后的結(jié)果. 濾波處理并不改變熱巖石圈厚度分布的整體態(tài)勢,主要消除了局部異常值的影響,而且濾波次數(shù)越多,消除效果越明顯,3次濾波處理后熱巖石圈厚度分布圖中的局部異常數(shù)量大幅度減少，且?guī)r石圈厚度在水平方向上的變化更加平緩.

圖 2 對中國陸地?zé)釒r石圈厚度進(jìn)行人工插值(a )和一次(b)、兩次(c)、三次(d )高斯濾波處理Fig.2 Manually add 35 points according to geological settings (a), and then do Gaussian filtering for once(b), twice(c), and 3 times(d), so as to optimize the contour map of the thermal lithosphere for mainland China

3.2 熱巖石圈厚度與大地?zé)崃?/h3>

大地?zé)崃魇怯?jì)算熱巖石圈厚度所需要的重要參數(shù),但是熱巖石圈厚度不僅與大地?zé)崃饔嘘P(guān),還跟地殼分層結(jié)構(gòu)和各構(gòu)造層的生熱率、熱導(dǎo)率有關(guān),大地?zé)崃骱蜔釒r石圈厚度并非簡單的對應(yīng)關(guān)系,大地?zé)崃鞲卟⒉灰欢▽?yīng)薄巖石圈. 前人對中國陸地地區(qū)大地?zé)崃鞯难芯勘砻?姜光政等, 2016;Jiang et al.,2019)：華北克拉通東部、揚(yáng)子克拉通東部、華南的大地?zé)崃鬏^高,我們的計(jì)算結(jié)果顯示這些地區(qū)的熱巖石圈厚度比較薄; 華北克拉通西部、揚(yáng)子克拉通西部以及塔里木克拉通西北部的大地?zé)崃鬏^小,我們計(jì)算得到的熱巖石圈厚度較大,在上述地區(qū)熱流和熱巖石圈厚度計(jì)算結(jié)果對應(yīng)的較好. 然而,青藏地區(qū)是高熱流區(qū)(姜光政等,2016;Jiang et al.,2019),我們計(jì)算得到的熱巖石圈厚度卻比較大(188 km),原因主要在于大地?zé)崃鲗?shí)際上包含了地幔熱流和地殼中的放射性元素生熱兩部分熱量來源,大地?zé)崃鞯拇笮〔粌H與熱巖石圈厚度相關(guān),也和地殼中生熱元素的含量有關(guān),青藏高原地區(qū)的地殼厚度非常大,地殼中生熱元素的總量比較大,貢獻(xiàn)了相當(dāng)比例的熱流,該地區(qū)巖石圈熱結(jié)構(gòu)為“熱殼冷?！?因此雖然該地區(qū)的熱巖石圈厚度很大,熱流卻較高. 此外,青藏地區(qū)新生代構(gòu)造活躍,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的熱量會(huì)對巖石圈的熱狀態(tài)產(chǎn)生干擾,從而影響地表熱流值的大小和熱巖石圈厚度計(jì)算結(jié)果.

3.3 熱巖石圈厚度與前人結(jié)果對比

An和Shi(2006)基于地震波波速與溫度的關(guān)系,通過地震波波速反演溫度場的方法,計(jì)算了中國陸地的熱巖石圈厚度,他們的計(jì)算結(jié)果表明: 中國東部的東北地區(qū)、華北克拉通、揚(yáng)子克拉通東部以及華南的熱巖石圈厚度較小,通常小于100 km,而青藏高原和塔里木克拉通的熱巖石圈厚度較大,約160～220 km. 我們的計(jì)算結(jié)果總體上和他們的計(jì)算結(jié)果一致,但是我們的計(jì)算結(jié)果顯示華北克拉通西部的熱巖石圈較厚,約200 km. 我們通過大地?zé)崃饔?jì)算熱巖石圈厚度,而他們主要通過地震波波速反演溫度結(jié)構(gòu),研究方法和計(jì)算原理的差別導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果的差異.

3.4 熱巖石圈和地震巖石圈厚度差異

地震學(xué)主要通過地震波波速變化和各向異性變化來區(qū)分巖石圈和軟流圈. 前人采用天然面波成像、背景噪聲成像、P波接收函數(shù)和S波接收函數(shù)來確定中國陸地各個(gè)地區(qū)的巖石圈厚度,我們對前人研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)(表2 )，并用來和熱巖石圈厚度計(jì)算結(jié)果做對比. 克拉通地區(qū)地溫場更加穩(wěn)定且熱流數(shù)據(jù)分布更加密集，熱巖石圈厚度計(jì)算結(jié)果可靠性更高,因此主要對比三大克拉通地區(qū)的熱巖石圈厚度和地震巖石圈厚度.

表2 前人對中國陸地地震巖石圈厚度的研究Table 2 Previous studies on the thickness of the seismic lithosphere in mainland China

華北克拉通西部的地震巖石圈厚度研究較多,Chen等(2009)和Zhang等(2019)分別使用S波接收函數(shù)進(jìn)行了研究,由于采取的數(shù)據(jù)和研究方法的固有誤差,二者研究結(jié)果略有不同,前者認(rèn)為鄂爾多斯盆地中心部位的地震巖石圈厚度超過200 km,銀川—河套地區(qū)的巖石圈厚度小于100 km,而后者認(rèn)為鄂爾多斯核心區(qū)的地震巖石圈厚度超過170 km. Peng等(2020)背景噪聲成像結(jié)果表明鄂爾多斯的地震巖石圈厚度大于150 km(注: 其研究的最大深度為150 km),而李孟奎等(2018)通過面波層析成像探測到鄂爾多斯西部的巖石圈底界在180 km以深,東部和東南部在80 km左右. 我們的計(jì)算結(jié)果顯示,華北克拉通西部的熱巖石圈厚度呈現(xiàn)西厚東薄的特征,鄂爾多斯西部熱巖石圈厚度在160 km以上,而東北部的銀川—河套凹陷和東部的汾渭凹陷區(qū)的熱巖石圈厚度則不足100 km. 流變邊界層的厚度等于地震巖石圈厚度減去熱巖石圈厚度,鄂爾多斯西部的地震巖石圈厚度參考Chen等(2009)的200 km,則流變邊界層厚約40 km,而東部的凹陷區(qū)的熱巖石圈厚度和地震巖石圈厚度幾乎相等,流變邊界層很薄.數(shù)值模擬研究結(jié)果表明(He，2014),受太平洋俯沖板片脫水的影響,華北克拉通之下地幔對流的活躍程度自西向東逐漸增強(qiáng),流變邊界層厚度和熱巖石圈厚度均逐漸變小. 鄂爾多斯西部的巖石圈較厚,流變邊界層較厚,東部巖石圈厚度和流變邊界層厚度都變小,與數(shù)值模擬結(jié)果一致,受控于自西向東逐漸增強(qiáng)的地幔對流.

婁辛輝等(2017)年通過P波S波接收函數(shù)對華北克拉通東部的地震巖石圈厚度進(jìn)行了研究,認(rèn)為其巖石圈厚度在60～100 km之間,Peng等(2020)通過背景噪聲成像得出渤海灣盆地的地震巖石圈厚度60～80 km,而李孟奎等(2018)通過面波層析成像獲得渤海灣盆地的地震巖石圈厚度在60～70 km之間. 我們的計(jì)算結(jié)果表明渤海灣盆地的熱巖石圈厚度約80 km,和地震巖石圈厚度相差無幾,流變邊界層厚度很小,與何麗娟(2014)數(shù)值模擬結(jié)果相吻合,支持華北克拉通東部巖石圈大規(guī)模減薄的觀點(diǎn). 值得注意的是,南華北的熱巖石圈厚度超過150 km,說明南華北依舊保持著巨厚的巖石圈,克拉通穩(wěn)定性沒有被破壞,顯示出華北克克拉通破壞在空間上的不均勻性.

李孟奎等 (2018)面波層析成像結(jié)果顯示揚(yáng)子克拉通西部的地震巖石圈厚度超過200 km,Peng等(2020)背景噪聲成像顯示揚(yáng)子克拉通西部地震巖石圈厚度大于150 km(注: 其研究的最大深度為150 km ),而東部在70～100 km 之間. 我們計(jì)算得到的揚(yáng)子克拉通熱巖石圈厚度同樣呈現(xiàn)出西厚東薄的特征,中-上揚(yáng)子的熱巖石圈約160 km厚,而東部僅有80～100 km.參考李孟奎等 (2018)對中-上揚(yáng)子克拉通厚度的研究結(jié)果(大于200 km),中-上揚(yáng)子的流變邊界層厚度約40 km,而下?lián)P子的熱巖石圈厚度在80～100 km 之間,和地震巖石圈厚度接近,流變邊界層很薄,即揚(yáng)子克拉通的巖石圈厚度和流變邊界層的厚度均自西向東逐漸變薄,表明揚(yáng)子克拉通東部可能遭受了和華北克拉通相似的減薄過程.

李孟奎等 (2018)面波層析成像結(jié)果顯示塔里木克拉通西部地震巖石圈厚度在200 km以上,東南部約100 km,而我們計(jì)算得到的熱巖石圈厚度同樣呈現(xiàn)出西北厚東南薄的變化趨勢,西北部在180 km以上,而東南部約100 km,流邊界層厚度西北厚,東南薄,說明塔里木克拉通東南部發(fā)生了一定程度的減薄.

Zhang等(2014)通過S波接收函數(shù)對東北的巖石圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,得出大興安嶺地區(qū)的地震巖石圈厚度在140～160 km之間,松遼盆地的地震巖石圈厚度在100～120 km之間; 潘佳鐵等 (2014)通過背景噪聲成像獲得大興安嶺的地震巖石圈厚度約110 km,松遼盆地的地震巖石圈厚度約100 km; 李孟奎等 (2018)面波層析成像結(jié)果顯示松遼盆地地震巖石圈厚度在60～80 km之間. 大興安嶺的熱巖石圈厚度約150 km,松遼盆地?zé)釒r石圈厚度80～100 km,和地震巖石圈厚度十分接近,流變邊界層厚度很薄.

4 結(jié)論

本文依靠最新的中國大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)、精細(xì)的地殼分層結(jié)構(gòu),通過分區(qū)域設(shè)置熱參數(shù)降低計(jì)算誤差,求解一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程來獲得中國陸地?zé)釒r石圈厚度分布,并繪制成等值線圖,結(jié)合前人對地震巖石圈厚度的研究,通過對比克拉通地區(qū)的熱巖石圈和地震巖石圈厚度的差異,獲得了如下認(rèn)識:

(1) 中國陸地地區(qū)熱巖石圈厚度差異較大,穩(wěn)定的克拉通地區(qū)最厚,可達(dá)200 km以上,造山系次之,多在100～200 km之間,破壞的克拉通地區(qū)巖石圈最薄,可以低于100 km;

(2) 塔里木克拉通西部、中上揚(yáng)子克拉通、華北克拉通西部以及南華北基本保留了穩(wěn)定的克拉通巨厚巖石圈特征,而華北克拉通東部的渤海灣盆地、下?lián)P子克拉通以及塔里木克拉通東南部則發(fā)生了大規(guī)模的減薄;

(3) 華北克拉通西部從鄂爾多斯向東北的銀川—河套凹陷和向東南的汾渭凹陷的巖石圈厚度和流變邊界層厚度逐漸變薄,受控于地幔對流強(qiáng)度的增強(qiáng); 南華北保持穩(wěn)定而渤海灣減薄顯著,體現(xiàn)了華北克拉通破壞在空間上的不均勻性;

(4) 揚(yáng)子克拉通自西向東巖石圈厚度和流變邊界層厚度逐漸變薄,可能受控于太平洋板塊的俯沖,和華北克拉通東部經(jīng)歷了相似的地球動(dòng)力學(xué)過程.

致謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所胡圣標(biāo)研究員、姜光政博士及其研究團(tuán)隊(duì)多次進(jìn)行討論并提出寶貴建議，在此表示誠摯的謝意.