以精确的方式描述大陆地壳的生长与演化，需要对地壳的成分架构进行定量化估计，而地壳成分架构可以反映不同阶段的地壳分异和成熟程度。这不仅对于深化我们对大陆演化机制的理解具有重要意义，而且对于资源勘探也具有潜在支撑作用，因为地壳生长演化的阶段和程度被证明进一步与大规模的矿化过程有着紧密的联系。

图1 （a）中亚造山带及其周边华北、塔里木和西伯利亚克拉通的构造简图（修改自Xiao et al., 2003）。（b）线性宽频带地震台阵（黑色三角形）分布图。黄色和黑色实线分别表示同测线实施的宽角反射和折射（WAR/R）剖面和深反射地震剖面。红色星号表示12个大炮点的位置。红色实线AA'表示用于投影的参考剖面。（c）华北-中亚构造转换带Nd+Hf同位素图. 同位素数据来自Wang et al., 2023。（d）中亚造山带东南边缘在古亚洲洋闭合后（晚古生代至中生代）与华北克拉通拼合的相关地体拼贴构建过程示意图（修改自Xiao et al., 2003, 2015）。

华北克拉通（NCC）经历了包括早前寒武纪克拉通化和古生代至中生代岩石圈活化和改造在内的多期重要的地壳生长和演化事件，其北部克拉通边缘与中亚增生造山带相邻，为一个复杂的构造转换带（图1）；而北部的中亚造山带则保存了地球上最大体量的显生宙新生地壳。因此，华北克拉通北部至中亚造山带东南部的构造转换区或许可以作为一个理想的实验室，用以揭示大陆地壳在不同生长阶段的成分演化机制和特征。

地球化学和同位素数据通常被用作衡量大陆地壳成分成熟程度的理想替代指标，并且已有越来越多的同位素填图工作，旨在追踪华北克拉通和中亚造山带地壳基底岩石的性质。基于同位素数据所显示的显著的地体差异，一些近期的研究工作揭示了索伦克（Solonker）缝合带，这一划分中亚造山带（东南部）与华北克拉通之间的重要边界两侧大陆地壳基底迥异的性质和年龄（见图1c）。索伦克缝合带由地表地质观测识别，它标志着古亚洲洋在晚二叠至中三叠世时期的最终关闭。而前人已开展的穿越华北克拉通北部至中亚造山带东南部构造转换带（以下简称为“华北-中亚构造转换带”，包括索伦克缝合带及其两侧相邻的相关地体；图1b）的地球物理观测，大多旨在追踪保存在地壳和上地幔中的与古亚洲洋板块相关的残余俯冲带。然而，除了同位素数据所反映的大陆地壳的整体性质外，还需要更精确、更精细的替代指标来约束华北-中亚构造转换带下方的地壳成分架构，即，岩性组分和相应的结构变化，这可能还需要利用地球物理属性来反映。对地壳成分架构的定量化揭示，将使我们能够更全面透彻地理解华北北部复杂克拉通边缘的显生宙地壳演化及其与相邻中亚造山带的关系。

图2 主-被动源地震数据联合反演获得的Vs和Vp/Vs模型。

（a）上图：从同位素图(图1c)中提取的Nd+Hf同位素数据剖面（沿AA'）；下图：每个台站由反演得到的固结地壳Vp/Vs平均值（蓝色实心方块）和H-κ扫描叠加方法得到的地壳Vp/Vs平均值（绿色和浅蓝色三角）比较。（b）沿AA’的Vs模型剖面。（c）沿AA’的Vp/Vs模型剖面。（d）Vs模型叠加在同测线深反射地震剖面（Tan et al., 2024, 未发表数据）上，线条图描绘了高振幅反射轴（棕色和黑色线条）。

中山大学高锐院士和中国地质科学院叶卓副研究员及团队成员利用主、被动源地震综合探测剖面，开展了联合反演和分析工作，获得了横过华北-中亚构造转换带的Vp、Vs和Vp/Vs剖面模型（图2）。通过系统性分析和联合多种地球物理属性参数以共同约束华北-中亚构造转换带的地壳成分架构。结合现有的同位素数据，地震学成像揭示了阴山-燕山构造带实际上代表了华北克拉通的北部边缘，具有层状均匀的地壳成分，指示了一个高度演化的地壳。然而，其下地壳低Vs和高Vp/Vs特征层位与深反射地震剖面揭示的低角度倾斜至水平的反射线理结构重叠，这表明自晚古生代至中生代以来，华北克拉通北缘的地壳经历了相当程度的由下地壳拉伸和伸展促使熔体迁移和混合而导致的构造活化（图3）。这个过程很可能涉及了壳幔相互作用，从而导致华北北缘下方的古老地壳基底，自晚古生代至中生代以来的演化造成其成分被部分改造。相反，中亚造山带东南部表现出地壳成分和结构的复杂性，推断为显生宙增生造山带年轻地壳的特征。上述研究结果提供了重要的深部物理属性约束，揭示了复杂克拉通边缘地壳成分演化的精细深部过程。

图3 基于Vs和Vp/Vs成像结合深反射地震剖面的构造解释模型。紫色虚线箭头标示出在华北克拉通北缘下地壳中被保留下来的可能的太古代至古元古代或更早期的拼合带（棕色粗虚线），这些拼合带并未被后期显生宙岩石圈活化事件破坏而得以保存下来。白色箭头指示晚古生代至中生代期间由下地壳流样式的拉伸和伸展所形成的线理构造。黑色箭头指示与古生代至早中生代中亚造山带相关的主要逆冲构造。粉红色虚线框出的阴影区表示华北北缘下地壳低Vs和高Vp/Vs层位。

以上成果在线发表于2024年5月15日《国家科学论评》（National Science Review），中国地质科学院叶卓副研究员与中山大学地球科学与工程学院高锐院士和谭晓淼博士为共同通讯作者。研究受到国家自然科学基金（42074106，91962110）和国家重点研发计划项目（2023YFF0803302）共同资助。

论文链接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article-abstract/doi/10.1093/nsr/nwae171/7674897?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=nsr&utm_medium=email

参考文献：

Ye, Z., Tan, X., Gao, R., Li, Q., Zhang, H., Wu, X., Li, W., Li, Y., 2024. Constraints on crustal compositional architecture across the North China-Altaids transition and implications for craton margin reworking, National Science Review, nwae171, https://doi.org/10.1093/nsr/nwae171.