渤海湾盆地新生代早期地壳、岩石圈厚度——来自构造—热演化模拟的证据

摘要

渤海湾盆地为新生代裂陷盆地,是华北克拉通破坏及减薄的中心区域.本文选取分别位于渤海湾盆地渤中、黄骅、冀中坳陷的三条地震解释剖面进行新生代构造—热演化模拟.模拟方法是由二维非瞬时多期拉张模型[1]改进而来,其初始地壳及初始岩石圈厚度是可变的.考虑到软流圈的热传导及热对流效应,模拟中取其等效热传导率为10Wm-1K-1.拉张前,给定初始岩石圈、地壳厚度及初始温度场.拉张系数是通过将计算得到的构造沉降量与实际构造沉降量拟合得到的.模拟结果显示，渤中、黄骅、冀中坳陷新生代早期岩石圈厚度分别为105, 105, 110km，地壳厚度分别为36, 36, 37km。据前人研究，华北克拉通东部的岩石圈于100Ma时减薄到最小值65km左右，那么，晚白垩世为华北克拉通岩石圈地幔重要的增生期。新生代期间，渤海湾盆地经历了第二次岩石圈减薄，并于24.6Ma减薄到最小值68-77km，之后岩石圈总体上是增厚的，达到现今的80-1OOkm。也就是说，中生代以来，华北克拉通东部岩石圈经历了早白坐世及古近纪两次减薄，和晚白坐世及晚新生代两次增厚。此外，华北东部中生代早期地壳厚度为40-45km，那么，中生代期问渤海湾盆地地壳厚度仅减薄了3-9km，可以得到晚中生代华北克拉通东部的拉张系数仅1.08-1.25，而中生代期间其岩石圈厚度减薄了85-1OOkm，可见华北克拉通晚中生代的拉张并不足以带来如此大的岩石圈减薄，热-化学侵蚀模式可能是造成中生代岩石圈巨量减薄的主要机制。然而，根据模拟得到的渤海湾盆地新生代拉张系数计算可得，新生代期问渤海湾盆地地壳厚度减薄量达12-22km，其经历了较强的拉张，新生代华北克拉通东部岩石圈的减薄主要由拉张作用主导。