地球经历了多次超大陆的旋回,大陆的聚集和裂解深刻地影响了岩石圈的演化。最古老的洋壳岩石年龄不超过2.5亿年,而最古老的大陆岩石可达~40 亿年。长期以来,关于大陆的形成、生长和改造一直存在争议,了解岩石圈的力学性质有助于破译大陆漫长、复杂的演化历史。曾有学者提出在超大陆旋回期间,应变集中在先前存在的薄弱带,构造继承在超大陆旋回中起主导作用。岩石圈有效弹性厚度(Te)表示在长期构造载荷作用下与实际岩石圈挠曲变形一致的弹性薄板厚度,可以反映岩石圈抵抗弯曲变形的能力,相关研究有助于解读大陆岩石圈的区域变形机制和复杂演化历史。
自然资源部第二海洋研究所海底科学重点实验室“海底演化与动力过程”团队的陆哲哲博士(第一作者)、李家彪院士(共同通讯作者)等与加拿大渥太华大学Pascal Audet教授合作,利用基于连续小波变换的地形和布格重力异常的导纳和相干函数联合反演方法建立了全球大陆及大陆边缘区域的高分辨率空间分布图。全球大陆介于0-140 km,平均值为50 km,标准差为33 km。结果显示,古老而稳定的克拉通值普遍较高(>100km),包括北美、南美、西非、刚果、东欧和澳大利亚克拉通。少数被活化的克拉通,如华北、扬子和南印度克拉通呈现出低的Te(<50km)。最低的Te(<20km)分布于显生宙的构造域(如特提斯和环太平洋构造域)和其他构造活跃的区域。为了深入挖掘全球大陆分布的模态特征,利用高斯混合模型对进行聚类分析,揭示了全球大陆与构造背景直接相关的三个主要“力学省份(mechanical provinces)”的空间分布及占比:活动构造域(37%),稳定的大陆核(33%)和过渡区(30%)。进一步将分布与末次造山运动时间数据进行比较,发现表现出明显的时间依赖性,受上一次造山运动以来时间的支配。大陆岩石圈的长期强度在区域造山活动期间会被部分重置,而长期无区域高温热构造事件发生可以促使岩石圈厚而稳定,从而具备高的值。大陆整体与岩石圈等温线深度一致。这些结果有利于说明,类似于大洋岩石圈,扩散(冷却)模型同样深刻地影响了大陆岩石圈的强度,尽管大陆与温度、成分和流变结构之间存在复杂的关系。后续研究可以致力于对大陆岩石圈时间依赖关系的进一步细化和基于板块冷却模型的大陆岩石圈强度重置比例研究。
论文引用::
Lu, Z. (陆哲哲), Audet, P.*, Li, J.* (李家彪), Zhang, T. (张涛), & Li, C., (2024). Strength of continental lithosphere governed by the time since the last orogeny.