與大洋巖石圈相比，大陸巖石圈結(jié)構(gòu)普遍具有強(qiáng)烈不均勻性。這種巖石圈結(jié)構(gòu)的不均勻性如何影響大陸的構(gòu)造演化是大陸動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。大量研究發(fā)現(xiàn)，大陸巖石圈結(jié)構(gòu)的橫向不均勻性，比如早先存在于巖石圈中的構(gòu)造薄弱帶，在大陸巖漿-構(gòu)造事件過(guò)程中，因其力學(xué)強(qiáng)度較低而常常成為受熱強(qiáng)烈和應(yīng)變集中的區(qū)域，從而對(duì)大陸構(gòu)造演化起到重要的控制作用。對(duì)大陸巖石圈結(jié)構(gòu)垂向不均勻性的研究表明，大陸地殼結(jié)構(gòu)隨深度變化明顯，且這種變化與區(qū)域構(gòu)造演化密切相關(guān)。然而，對(duì)更深部的大陸巖石圈地幔結(jié)構(gòu)的垂向變化的認(rèn)識(shí)仍然比較缺乏。
華北克拉通是研究大陸巖石圈結(jié)構(gòu)不均勻性及其對(duì)大陸構(gòu)造演化所起作用的理想地區(qū)。這不僅因?yàn)樗鞘澜缟瞎爬峡死ㄔ馐芷茐牡淖罴牙C，而且近年來(lái)多學(xué)科觀測(cè)揭示，這一地區(qū)深部結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，東西差異顯著，與顯生宙復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程、巖石圈改造和破壞的空間不均勻性相對(duì)應(yīng)。
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球深部結(jié)構(gòu)與過(guò)程研究室研究員陳凌等人利用密集流動(dòng)地震臺(tái)陣資料，獲得了橫跨華北克拉通中部造山帶和西部鄂爾多斯盆地的東-西剖面巖石圈結(jié)構(gòu)圖像，并與克拉通東部的巖石圈結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行了系統(tǒng)對(duì)比（圖1-2）。研究發(fā)現(xiàn)，在克拉通中-西部地區(qū)厚達(dá)160-200km的巖石圈內(nèi)部（圖2B中黑色虛線為巖石圈底界面），80-100km深度處存在一個(gè)速度隨深度下降的間斷面（圖2B-D中白色虛線、圖2E中紫色實(shí)線）。這一間斷面與華北克拉通東部現(xiàn)今的巖石圈底界面大致處于同一深度（圖2B）�；谶@一地震學(xué)觀測(cè)結(jié)果，并結(jié)合其它克拉通地區(qū)的巖石圈結(jié)構(gòu)圖像以及巖石-地球化學(xué)研究資料，他們提出在古老克拉通巖石圈~100km深度處，普遍存在速度降低的間斷面和地震波速相對(duì)較低的一層結(jié)構(gòu)。這一現(xiàn)象反映了大陸巖石圈內(nèi)部的垂向不均勻性，標(biāo)志著在力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較高的克拉通巖石圈中存在一個(gè)力學(xué)薄弱層。陳凌等人認(rèn)為，在中生代太平洋板塊俯沖作用影響下，這一薄弱層的存在使華北克拉通東部巖石圈不僅在其底部發(fā)生了自下而上的改造，而且可能同時(shí)發(fā)生了在巖石圈內(nèi)部的改造（圖3），最終導(dǎo)致巖石圈的破壞；而在華北克拉通中-西部以及其它穩(wěn)定克拉通地區(qū)，由于受板緣構(gòu)造作用影響小，巖石圈內(nèi)部薄弱層的存在并沒有改變這些地區(qū)穩(wěn)定的克拉通屬性。
該研究成果于2014年3月發(fā)表在國(guó)際地學(xué)期刊Geology上（Chen et al. Presence of an intralithospheric discontinuity in the central and western North China Craton: Implications for destruction of the craton. Geology, 2014, 42(3): 223-226, doi: 10.1130/G35010.1）。
圖1. 研究區(qū)、地震臺(tái)站和數(shù)據(jù)分布
圖2.（A）沿A-A’和B-B’剖面地形；（B）兩條剖面S波接收函數(shù)偏移圖像；（C）A-A’剖面S波接收函數(shù)偏移圖像（色標(biāo)不同于B）；（D）A-A’剖面P波接收函數(shù)偏移圖像；（E）由面波頻散反演獲得的Vs垂直梯度。
圖3. 中生代華北克拉通活化和破壞模型示意圖
