中國科學院廣州地球化學研究所特任研究員鄧陽凡、徐義剛院士、副研究員陳贇，研究揭示了中國東部南北重力梯度帶的可能成因。相關研究近日發表於《構造物理學》。
重力梯度帶是全球重力異常圖中非常引人注目的顯著特徵，大型或超大型線性異常在全球多達幾十處。對於位於板塊邊緣和大洋板塊內部的線性重力異常，一般可透過板塊的邊緣效應或軟流層小尺度對流、岩石圈伸展/熱收縮、軟流層流動的“指縫”效應等基本模式得到合理解釋。但發育在大陸板塊內部的大型重力梯度帶非常少見，中國東部的南北重力梯度帶（NSGL）長~4000km，從俄羅斯西伯利亞延伸到華南。該區重力異常在較窄範圍內由-100 mGal 陡增到-40 mGal，且在其東西兩側，地形地貌、構造形跡、岩漿活動，以及地殼、岩石圈厚度等均存在差異性，其形成機制有待進一步揭示。
為了理解南北重力梯度帶的形成，研究人員針對該問題，系統總結了南北重力梯度帶的地球物理特徵，並基於橫跨華北克拉通的一條人工源深地震測深剖面開展重力模擬，以揭示重力梯度帶形成的影響因素和主導機制。透過模擬莫霍面起伏，地殼內部，岩石圈整體和地幔過渡帶中停滯板片的重力異常特徵，並考慮地幔組分差異對於重力異常的影響，發現除地殼厚度突變是南北重力梯度帶的主控因素外，岩石圈地幔的成分差異對其形成也有貢獻。地殼和岩石圈厚度和地幔組分差異可以用岩石圈減薄和物質置換來解釋，即岩石圈破壞。
儘管華北克拉通破壞可以很好地解釋重力梯度帶華北段的形成，但要解釋整個中國東部重力梯度帶的形成，還需要更大範圍的深部物理-化學過程。華北岩石圈破壞與西太平洋板塊俯衝密切相關，前人已經進行了大量的研究。西太平洋板塊俯衝導致地幔過渡帶的停滯板片，並形成了全球板塊俯衝系統中獨特的東亞大地幔楔，而地幔楔內部的物質流動和來自地幔過渡帶的揮發性物質在重塑和改造上覆岩石圈中起了重要作用，最終導致了中國東部南北重力梯度帶的形成。
“關於中國東部地幔過渡帶停滯板片的存在時間問題，儘管有觀點認為板片滯留髮生於新生代，但我們研究認為可能發生於白堊紀。”鄧陽凡表示，其主要依據為：較慢的Si–Al 擴散暗示停滯板片存在時間可能>100Ma；華北存在兩期主要岩漿事件（185–145 Ma 的擠壓事件；145–140 Ma的拉張事件），其構造轉換與太平洋板片後撤時間相一致，而板片的後撤才導致俯衝板片的滯留。
該研究顯示綜合地球物理-地球化學，對於深入認識地球深部過程及淺表響應的重要性。
相關論文資訊：https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229074
