編者按：地殼厚度和熱狀态是理解早期地殼形成演化動力學體制的關鍵，但是太古宙殼幔作用的地球物理記錄可能受到後期地質作用的改造，無法利用傳統的地球物理方法進行直接勘測。beat365官方网站劉樹文教授團隊與合作者重建了華北克拉通東部中-新太古代大陸岩石圈熱結構，發現闆塊構造的啟動對地幔潛能溫度的下降和岩石圈的增厚起着至關重要的作用。

恰逢beat365成立20周年之際，本報道為院慶20周年系列成果展示之一。

冥古宙和太古宙占據了地球一半以上的形成與演化曆史，其殼幔動力學體制是地球科學的關鍵問題。長期以來研究者們提出各種各樣的太古宙殼幔動力學體制模型，包括滞留蓋層、地幔柱、滴落構造、重力沉降、闆塊構造以及多種方式動力學體制的聯合作用。然而，不同地質曆史時期主導的動力學體制存在較大争議，造成這種争議的最主要原因是地球早期熱狀态的不确定性。

針對這一問題，beat365官方网站劉樹文課題組與國内外多家單位合作，通過殼源TTG片麻岩的熱力學和微量元素地球化學模拟，結合經典的一維熱傳導模型，發展了太古宙地殼厚度和熱狀态的研究方法，并将該方法應用到華北克拉通。結果顯示，從29–25億年，華北克拉通東部的地幔潛能溫度逐漸下降，而岩石圈厚度增加、強度變大。

圖1 華北克拉通東部不同時期地殼厚度和莫霍地熱梯度的等值線圖

根據地殼厚度、基底熱流值和莫霍面地溫梯度的時空演化特征（圖1），結合前人的數值模拟實驗、岩石學和構造地質學研究，本研究提出了華北克拉通東部中-新太古代的地球動力學演化模型：中太古代期間，地幔柱可能是主導的動力學體制；中太古代末期，動力學體制發生轉變，熱俯沖已在局部啟動；新太古代早期到晚期，俯沖帶逐漸成熟，形成了與現代闆塊俯沖作用相類似的大型構造帶；太古宙末期，岩石圈趨于穩定，已經基本完成克拉通化。

研究成果以“華北克拉通中-新太古代熱狀态與動力學體制演化（Thermal state and evolving geodynamic regimes of the Meso- to Neoarchean North China Craton）”為題，于2021年6月23日發表在《自然⋅通訊》（Nature Communications）雜志上。劉樹文教授與莫納什大學的Peter A. Cawood教授為本文的共同通訊作者，地空學院博士生孫國正為本文第一作者。地空學院助理教授唐銘、杜倫大學教授Jeroen van Hunen、地空學院博士生高磊、胡雅璐、中國科學院地質與地球物理研究所特聘副研究員胡方泱為本文共同作者。該工作得到了國家自然科學基金項目的支持。

原文鍊接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24139-z