華北東部構造體制轉變與盆山耦合成因

牛樹銀，陳超，孫愛群，張福祥，馬寶軍，張建珍

NIU Shu-yin, CHEN Chao, SUN Ai-qun, ZHANG Fu-xiang, MA Bao-jun, ZHANG Jian-zhen

河北地質大學，河北 石家莊 050031

Hebei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050031

華北東部構造體制轉變與盆山耦合成因

牛樹銀，陳超，孫愛群，張福祥，馬寶軍，張建珍

NIU Shu-yin, CHEN Chao, SUN Ai-qun, ZHANG Fu-xiang, MA Bao-jun, ZHANG Jian-zhen

河北地質大學，河北 石家莊 050031

Hebei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050031

地質學研究是依據地殼運動遺留下來的各種地質現象來探討地殼運動期次、構造活動強度、構造體制轉換，從而圈定影響范圍。中生代以來，華北東部地區強烈的地殼運動和大規模巖漿活動，使該區進入了覆地翻天之巨變。因而出現了諸如巖石圈－軟流圈系統大災變、區域構造體制大轉變、火山－巖漿及成礦作用大爆發等一系列新認識。這些地質事件取決于地球的深部過程，通過地幔熱柱-亞熱柱-幔枝構造的形成與演化，構建了伸展體制控制下的一盆多山耦合及獨具特色的盆-嶺構造。

地幔熱柱；幔枝構造；幔殼運動；構造變形；巖漿活動；華北東部

地殼運動是核-幔活動在巖石圈上部的綜合表現形式，而盆地、山嶺等地形地貌單元則是地殼運動的直接產物（結果）。盆地和山嶺是巖石圈動力學作用下形成的兩種主要地殼結構和地貌單元，是巖石圈變形的兩個側面。因此，盆-山耦合關系必然成為探討大陸動力學的前沿課題，受到地質學家的廣泛重視和多方面的深入研討。

盆-山耦合關系研究成果較多（劉和甫，2001；李理等，2007；韓宗珠等，2015），但多數討論一盆一山的耦合關系。筆者經多年研究注意到在某些地區并不是一盆一山耦合，而是中心盆地與其外圍若干山嶺亦呈明顯的耦合關系（Niu Shuyin et al.，2004），如華北東部斷陷盆地，其西與太行隆起、北與燕遼、南與大別、東與朝鮮半島，不但地形地貌上構成一盆多山的組合關系，它們在地球動力學上亦為耦合關系，并共同受著其深部地幔熱柱的控制和影響。

一、華北東部構造體制轉化

華北東部盆嶺區的地質演化，可謂飽經滄海桑田之震蕩，歷經地覆天翻之巨變。在中生代早期，華北東部地區是中國東部高原，而至中生代中晚期較短的地質時間內演變為差異升降明顯的盆嶺構造區。很顯然，這種巨大的變化是地球內、外動力地質作用的結果。但是，其地球動力學機理則受著深部過程的控制，很多學者從克拉通破壞的視角開展的大量研究（張旗等，2001、2009、2013），亦有很多研究認為構造體制的轉變更可能受著地幔熱柱多級演化的制約。因此，深部過程研究已經成為當今地學領域的前沿課題（ Maruyama，1994；Fukao，1994；Zheng et al.，1988；牛樹銀等，1996、2001；劉亮明等，1997；滕吉文，2003；李廷棟，2006）。

華北東部中新生代經歷了燕山期和喜山期兩大造山運動，在我國地勢上最突出的表現是由東高西低，轉變成現今的西高東低。任紀舜等（1990）認為在晚侏羅世—白堊紀初亞州東部存在一個“宏偉的中生代高原-山脈系統”，是西太平洋古陸與古亞洲大陸碰撞造成的。鄧晉福等（1992）根據中酸性火成巖的無負Eu異常特征、巖石化學成分計算、深源巖石溫壓計等方法推算，印支期中國東部諸陸塊拼合形成統一大陸時，巖石圈厚度應該大于150~200km，認為華南廣泛發育二云母花崗巖類，大別—蘇魯廣泛發育碰撞型超高壓變質巖類，興蒙造山帶、華北陸塊北緣、吉黑造山帶均發育二云母花崗巖類和某些地段已識別出藍片巖類，均表明印支期廣泛的陸-陸與陸塊間的碰撞造山作用。類似于現今的青藏—喜馬拉雅碰撞造山帶，是陸殼與巖石圈的匯聚過程，也是造山巖石圈根與山根的形成過程。中國的中部為克拉通塊體群，由被秦嶺造山帶焊接在一起的鄂爾多斯陸塊和揚子大陸組成，顯生宙以來一直呈現穩定的性質，具有克拉通巖石圈根和正常厚度的陸殼，并與東部造山帶構成聯合大陸。聯合古陸的西側和南側為三疊紀特提斯洋區，北側為蒙古—鄂霍茨克洋，東部則為伊澤奈崎洋。

（一）東部大陸的構造遺跡

張旗等（2001）則根據中國東部埃達克巖的展布推斷中國東部曾為高原，埃達克巖是具有特定地球化學特征的一套中酸性火山巖和侵入巖組合，其地球演化標志：SiO2≥56%，高鋁（Al2O3≥15%），MgO <3%（很少>6%），貧K、Y和Yb（Na2O/K2O >2、Y≤18×10-6、Yb≤1.9×10-6），Sr含量高（>400×10-6），LREE富集，無Eu異常，或有輕微的負Eu異常，87Sr/86Sr<0.705，εNd>0。類似于太古宙的高鋁TTG巖套。中國東部類似埃達克巖的中酸性火山巖和侵入巖主要是晚侏羅—早白堊世的巖漿活動產物，包括京冀地區、燕遼、山東、遼東、遼西、北淮陽、南大別及長江中下游地區。以高鉀鈣堿性系列為主，少數落在橄欖玄粗巖系列和鈣堿系列。主要巖石組合為安粗巖—粗面巖—粗面安山巖—流紋巖；侵入巖為閃長巖花崗閃長巖—二長花崗巖—花崗巖。與典型的埃達克巖相比較，中國東部埃達克巖更富K2O（Na2O/ K2O=0.9~1.3），87Sr/86Sr>0.705，εNd<0，表明中國東部埃達克巖特征是陸相特征。推測是來自軟流圈地幔玄武巖底板墊托侵入到加厚的陸殼底部，導致下地殼基性巖部分熔融形成的，其源區深度至少大于50km，表明中國東部當時處于高原狀態（圖1）。

圖1 中生代早期中國東部高原范圍示意圖（據張旗等，2001，略修改）

（二）東部大陸的構造解體

研究表明中國東部巖石圈最大減薄的時間在燕山期（張旗等，2009），在這之前和之后巖石圈是厚的。并認為中國東部燕山期巖漿活動與太平洋板塊沒有關系，中國東部不屬于環太平洋構造帶，不是安第斯型活動陸緣，中生代玄武巖不具有島弧玄武巖的特征，從中酸性巖漿巖得不出島弧的結論，從三疊紀開始的古太平洋板塊擴張方向的演變也不支持板塊向西俯沖的認識。認為中國東部燕山期大規模巖漿活動及巨大隆起與坳陷可能與超級地幔柱的活動有關，是一種新的大火成巖省類型。

那么，是什么地球動力機制使華北東部發生如此之大的隆拗巨變呢？

馬杏垣（1983）等曾專題討論中國東部中、新生代裂陷作用和伸展構造；張文佑先生（1983）認為是中新生代斷塊區,陳國達先生（2002）歸納為地洼區；牛樹銀等（1996）曾從造山帶與相鄰盆地間物質四維空間物質調整角度討論了盆-山耦合的地球動力學機制；徐杰等（2001）在重點研究了太行山隆起與華北斷陷的基礎上，探討了深部結構及盆山耦合的形成機制；劉和甫（2001）在系統分述了伸展盆地—山嶺體系、擠壓盆地—山嶺體系、走滑盆地—山嶺體系后，重點論證了盆地分類及盆—山間耦合類型，進而探討了其大陸動力學機制。

大量資料表明，燕山運動以來，隨著全球板塊構造的裂解、濱太平洋構造域的俯沖擠壓以及緊隨而來的華北地幔熱柱的形成與演化，使華北東部地區的構造演化，從早期的大規模隆起向總體的構造熱減薄斷陷發展。盡管期間也發生過幾次伸展構造與擠壓構造的相互轉換 。但是，構造演化的總體趨勢是伸展構造，或者說區域擠壓隆升與區域伸展斷陷的算術值仍體現了大幅度的伸展斷陷。直到新近紀，華北斷陷、渤海灣和黃海地區才發生整體沉降，形成區域性大型斷（坳）陷盆地，與其外圍山嶺包括北部燕遼、南部大別、西部太行山、東部朝鮮半島，一起構成華北東部地幔熱柱活動導致形成的“一盆多山”耦合式盆-嶺體系（Niu Shuyin et al.，2004）。它們具有統一的地球動力學機制即共同受著其深部地幔熱柱的控制，華北東部盆嶺地區也隨之逐漸形成現今的構造格局（牛樹銀等，2010）（圖2）。

圖2 華北東部地幔熱柱展布范圍及地震層析剖面位置圖

二、華北地臺的構造裂陷

根據大量巖石地球化學分析資料推測，中生代時期為弱虧損的方輝橄欖巖-二輝橄欖巖，新生代時期為接近原始地幔的二輝橄欖巖，它們分別對應和代表了燕山—太行山造山帶型和華北平原裂谷型巖石圈上地幔的物質組成特征。

根據中新生代巖石地球化學特征及巖石圈三維結構特征，可以識別和劃分出造山型巖石圈變形和裂谷盆地型地殼（巖石圈）變形（鄧晉福等，2007）。

（一）類造山帶型幔殼變形

以燕山—太行山等山系為代表，是燕山運動的產物。在燕山運動過程中華北克拉通“活化”，大量對流地幔的物質與熱注入，使原來的TTG陸殼組分熔融形成巖漿房，在基性-超基性巖漿巖冷卻過程中就足以將原已經具低速高導特征的地殼熔融，而不斷形成幔殼混染的巖漿房，并呈脈動式多期次上侵，且從早到晚往往表現為侵入規模從大到小，巖漿巖性從中基性到中酸性，特別是中晚期以花崗質為主的巖漿侵入活動較為強烈，使原有太古宙陸殼受到強烈改造，形成了以花崗質為主的新陸殼，它們是從地幔中分出的新生物質與太古宙—古元古代陸殼再熔融產生的再生花崗質巖漿巖化混染的產物。換句話說，它們是中生代晚期形成的新陸殼，既有從地幔中分異出的新生陸殼，也有原有古老陸殼再熔融產生的再生花崗質巖漿的貢獻。巖石圈地幔主要由方輝橄欖巖和二輝橄欖巖構成，其虧損程度弱于克拉通型巖石圈的大陸根帶。

就地殼厚度和巖石圈地幔的厚度來說，造山帶型巖石圈因為經歷了新生代的伸展減薄，所以已經不能代表燕山期造山時的地殼厚度和巖石圈地幔的厚度，但由于總體上喜馬拉雅期沒有玄武巖漿活動，即沒有地幔物質的注入。因此，巖石圈地幔和陸殼的物質及其結構構造仍然以燕山運動期間造山形成的陸殼為主。而華北裂陷是喜馬拉雅期巖漿-構造事件的產物，它們原來已經經歷過燕山運動的改造，并再次經歷喜馬拉雅期運動的重大改造，巖石圈地幔和陸殼的物質和結構構造均代表了喜馬拉雅期形成的區域構造特點。

（二）類裂谷盆地式幔殼變形

華北裂谷盆地主要展布在華北平原地區，以魯西隆起山地為代表，陸殼組成以花崗閃長質為主。燕山運動是一次相當廣泛的造山運動，包括華北東部平原在內的華北東部克拉通都已被改造和“活化”，形成諸如魯西隆起那樣的新陸殼（即類似于燕山—太行造山帶的陸殼，其陸殼在燕山期時的平均組成應該與燕山—太行山造山帶型一樣為花崗質，是由于喜馬拉雅期大陸裂谷發育時又有對流地幢新注入大陸的結果，亦即陸殼在喜馬拉雅期又被“基性化”（鄧晉福等，1996）。巖石圈地幔由弱虧損的二輝橄欖巖構成，其虧損程度是研究區內最弱的一個類型。地殼和巖石圈地幔是研究區最薄的，它是整個巖石圈厚度尺度上伸展減薄的結果。

華北地區的上述2類巖石圈物質成分結構，是華北大陸形成與演化過程中深部過程和淺部響應的綜合結果，是華北乃至中國東部巖石圈結構的重要參照，同時為進一步探討華北大陸的形成、演化、殼幔作用詳細過程提供了基礎。

（三）渤中坳陷的伸展構造特征

渤中坳陷位于渤海海域的中東部，是渤海灣盆地中段的組成部分。坳陷北緣、西緣和南緣分別與遼東灣坳陷、黃驊坳陷和濟陽坳陷過渡銜接（圖3），而東邊的廟島群島則是膠東—遼東隆起區頂部蝕余殘丘和新近紀—第四紀玄武巖露出海面的部分（徐杰等，2015）。

圖3 渤中坳陷及鄰區構造略圖（據徐杰等，2015,略改）

渤中坳陷是北北東—北東向郯廬斷裂帶和北西向張家口—北京—蓬萊斷裂帶交匯的地區，也是渤海灣盆地東部沉降和沉積中心，渤中坳陷的渤中凹陷新生代地層厚達萬余米，其中新近系和第四系厚達4 200m左右。

渤中坳陷位于多組構造銜接或交匯的地區，地質構造復雜，基底斷裂發育。主要有北北東、北東、北西和近東西向4組斷裂。渤中坳陷包括秦南、渤中、渤東、沙南和埕北等5個凹陷及秦南、石臼坨、渤南、渤東和廟西等凸起（圖4）。北北東和北東向斷裂大多數分布于渤中坳陷的東部和北部。區內的西部斷裂多傾向北西，東部的斷裂多傾向南東。秦南和渤中凹陷是受北東、北東東向斷裂控制的東南斷西北超的半地塹，斷陷盆地的結構和構造樣式同與之相鄰的遼東灣坳陷的遼西和遼中凹陷相似。渤東凹陷主要受控于走向北東、傾向南東的渤東1號斷裂。北西和近東西走向的斷裂主要分布于渤中坳陷的中南部，北西向沙南斷裂和埕北斷裂在沙壘田—埕寧隆起中控制了北斷南超的沙南凹陷和埕北凹陷，近東西向斷裂對沙南凸起起到一定的控制作用。

值得強調的是渤中斷陷形成時間短且斷陷幅度大，斷陷最深處僅新生代沉降深度就達上萬米，沉積物亦近達萬米。回溯漫長的地質歷史，也僅中上元古界沉積厚度達萬米，但是其沉積時間卻超過1 000Ma。可見新生代地幔熱柱活動強度之大，稱之為“大爆發”名副其實。

圖4 渤中坳陷構造地質剖面圖（據徐杰等，2015）

三、東部地臺構造裂陷的機理

地臺一般是指地質歷史中地形起伏不大且相對穩定的盾形地塊，它可以大面積變質巖系長期裸露，也可以具有基底變質巖系和蓋層的穩定二元結構。而在地質演化過程中，地臺亦可以再次進入活動階段，如華北地臺中生代以來就進入了新的強烈活動階段，有人稱其為“地臺活化”（黃汲清等，1954），也有人將其命名為“地洼階段”（陳國達，1992）。

地幔熱柱是近年來發展起來的一種新的區域構造學說，被認為是繼大陸漂移、板塊構造之后的第三次地學浪潮，研究進展較快。盡管目前對地幔熱柱的來源、性質、大小、上升速度及成因等方面尚存在著不同認識，但它是來自地球深部物質上升流是毫無爭議的，也是符合客觀規律的。

（一）地幔熱柱的形成與演化

根據國內外學者對地幔熱柱特征的研究（Maruyama，1994；Fukao，1994；鄧晉福等，1992；牛樹銀等，1996；王登紅，1998），對比華北東部盆嶺區的地質演化及構造特征，可以確定華北東部盆嶺區是一典型的地幔熱柱，大量深部探測資料表明，華北東部盆嶺區為一強烈隆升的幔隆，并呈半球形頂冠向外擴展。在地幔熱柱頂部，輕質地幔物質以基性巖墻或玄武巖漿噴溢的形式上涌，并使上部地殼增溫發生裂陷，形成由一系列鏟狀斷裂控制的大型斷陷盆地，接受了厚近萬米的新生代堆積，華北平原巖石圈厚僅約60km~80km，渤海、黃海地區則薄于60km。

正是由于地幔物質呈半球形向外圍拆離擴展，加之地幔位勢差的存在，巖石圈深部物質可通過上地幔頂部殼幔過渡帶、中地殼低速帶（韌性流變拆離帶）等向造山帶之下拆離流變。而這些低速軟層一旦被造山帶持續活動的陡傾韌性剪切帶所切割，加之韌性剪切帶的減壓釋荷作用，便可導致原本具有一定熔融性質的低速軟化物質轉變為深熔巖漿源（房），沿陡傾韌性剪切帶上侵，甚至通過淺部脆性斷裂直達地表，形成火山噴發，以致形成沿造山帶排列的點狀或線狀巖漿源地，表現為地幔熱柱演化的第三級單元，即幔枝構造（mantle branch structure）裸露（牛樹銀等，1996）。巖漿（尤其是上隆地幔巖的熱熔作用引起的中酸性巖漿）的密度倒置也加快了造山帶的隆升速度和幅度，地表常表現為以幔枝軸部構造巖漿帶為中心的隆起構造，并進一步形成典型的幔枝構造（其中隆升較快的部位可發育成典型的變質核雜巖構造）。在華北地幔熱柱外圍展布的冀東、張宣、阜平、贊皇、小秦嶺、大別、遼東、朝鮮半島的平壤、釜華山等幔枝構造，就是華北地幔熱柱外圍的一系列幔枝構造。

巖石圈厚度從地幔熱柱頂部向外也很快由40 km ~50km增厚到80 km ~120km，尤其向西、向北增厚更快。在太行山區、燕山區巖石圈厚至120 km ~160km，形成明顯的幔坎或幔階。在地質、地球物理特征上，往往表現為非常明顯的地殼厚度陡變帶、重力梯級帶、地震多發帶、熱泉分布帶和重要的成礦帶。

魯西－膠東地區則是在地幔熱柱中心殘留的陸塊，就像噴泉上部托起的石球一樣，地幔物質從中心向外圍拆離，而中心的膠東－魯西地塊殘留在地幔熱柱的中心，其外圍均為斷陷盆地所環繞（圖2）。

巖石圈中明顯的速度分層也證明了上述特征。上地殼以沉積地層為主，在亞熱柱頂部為10km±，并且可分出中新生代蓋層、古生代蓋層和結晶基底等三個速度層；中地殼主要為低速層，并具高、低速相間排列的特征，最低速僅為5.8 km/s ~6.0km/s，其厚度在亞熱柱頂部僅為8 km ~10km，而向外圍山區增厚到12 km ~20km；下地殼則為一正速度梯度層，頂部速度為6.2 km/s ~6.4km/s，底部速度為7.3 km/s ~7.6km/s，也具有由亞熱柱頂部向外圍變厚的特征。此外，在殼幔分界面附近速度梯度明顯增大，這個殼幔過渡層由亞熱柱區的2km向外圍加厚到5 km ~6km；在速度上有一從7.3 km/s ~7.6km/s至8.0km/ s~8.1km/s的跳躍存在（孫武城等，1987）。

（二）地幔熱柱的地球物理證據

地幔熱柱存在的重要證據是地球物理的測深資料，滕吉文（1997）等曾根據渤海天然地震與地球物理場特征提出該區是正在興起地幔熱柱的看法。鄧晉福等（2007）認為中國東部的重力異常特征，是在總體NNE走向展布構造的背景上疊加了華北環狀異常，反映了華北地幔熱柱的存在及其演化的影響。李廷棟先生負責的“中國巖石圈三維結構”項目組織了一批高水平專家，從多學科視角開展了深入研究，出版了一批高水平成果（李廷棟，2006；朱介壽等，2006），證明了巖石圈與軟流圈之間存在呈“層塊結構”的過渡帶，在東亞至西太平洋地區70km~250km深度發育一巨型低速異常帶，揭示了中國東部巖石圈呈現明顯的“上老下新”的年齡結構等一系列重大成果，為大華北地幔熱柱的認識和厘定奠定了基礎。

楊文采等（2007）通過上地幔地震S波速的高分辨率成像，清晰地揭示出華北東部下方的上地幔存在陡傾的破碎帶，延伸深度超過300km（圖5、圖6），在兩條南北向剖面和兩條東西向剖面上，用粉紅色曲折線勾畫出了可能的上地幔熱柱頂面邊界。在兩個方向的剖面上，不僅在76km以上的巖石圈內部 S波速降低而且波速擾動劇烈，而且在巖石圈下方波速擾動也很劇烈，反映出上地幔破裂及流體聚集的特征。波速擾動在形狀上，呈上（巖石圈底）窄、下（300km深度）寬趨勢，可能是地幔柱頭直徑變化的反映。并且認為上地幔地震S波速的高分辨率成像結果支持華北東部地區發育地幔熱柱的觀點，并對地幔熱柱的鑒識提供了新的標識。華北東部存在地幔熱柱的認識被越來越多的地質學家所認可，新的研究資料以及發表的研究成果越來越多的見諸于報刊。

圖5 兩條東西向主剖面高分辨率 S波速成像結果(據楊文采等，2007)

圖 6 兩條南北向主剖面高分辨率 S波速成像結果(據楊文采等，2007)

四、地幔熱柱的地質演化

華北地幔熱柱是華北東部中生代以來最大的區域構造事件，其構造形跡在不同時期有所不同。地幔熱柱形成的早期，主要表現為區域性上隆（圖7-A）；隨著地幔熱柱的繼續上隆，特別是在地幔熱柱上涌部位的上方，上涌地幔強烈的熱熔蝕作用，很快使下地殼局部熔融，形成局部的薄弱部位，并為地幔巖的繼續上侵創造了條件。中下地殼則側向拆離蠕變，地殼厚度減薄，上地殼側向滑脫；當地幔巖的上涌一旦熔透下地殼時，本來就具低速高導特征的中地殼則更容易被熔融。當地幔巖熔透下地殼時，由于地殼物質密度遠小于地幔巖，因此，便會有部分地幔巖快速上侵，上侵形式有兩種：一種以基性火山噴發的形式噴發至地表，形成大規模火山巖，并伴隨有一系列火山斷陷盆地。盆地中可形成火山巖與碎屑巖指狀交互的建造類型，且其建造厚度巨大，侏羅紀廣泛分布規模較大的斷陷盆地建造均屬于此種；另一種以基性巖漿的形式侵入到地殼淺部，且更多的情況是由于低密度地殼過濾器的作用 （賴紹聰，1999），地幔巖很容易以巖床的形式沿中地殼低速高導層侵入到中地殼之中，巨大的地幔侵入巖床就好像插入木板中燒紅的鐵塊一樣，在地幔巖降溫的同時，就把本來就具低速高導性質的中地殼或上地殼下部烤熔，并發生局部同化混染作用，以至于形成幔殼混染巖漿或殼源巖漿，呈接力形式繼續上侵，地表則發生裂陷下沉并接受沉積，形成一系列相間排列的地塹、地壘，成為典型的盆嶺構造（圖7-B）。

由于地幔巖（或幔殼混染巖漿）沿薄弱帶的順層貫入及其加入楔作用，非常容易使地殼薄弱帶擴大，甚至會進一步導致下地殼與中、上地殼失去連接，以拆沉地塊的形式下沉。同時，導致上地殼發生進一步熱減薄斷陷。與此同時，由于地幔熱柱呈蘑菇狀頂冠向外圍拆離滑脫，加之地幔物質的高溫度、高壓力、低粘度特征，使地幔物質不斷沿中地殼低速帶、不同層次原有拆離滑脫帶等薄弱部位向外圍大規模拆離流變。向外拆沉的地幔物質一旦被外圍陡傾韌性剪切帶所切割，或者由于地幔物質向外拆離過程中導致的液壓致裂作用，使新生斷裂與上部活動斷裂連通，便可導致地幔物質減壓釋荷，使原本具有一定熔融性質的低速軟化物質轉變成為深熔巖漿源。如果韌性剪切帶直達地表且通暢性較好，則巖漿直接噴出地表形成火山爆發。火山活動旋回往往以基性、中基性巖漿噴發開始，以酸性或堿性巖漿活動為結束，總體表現出基性→中基性→中性→酸性（偏堿性）的完整巖漿活化序列。如果韌性剪切帶連通性不佳，巖漿活動則以侵入形式為主（或者活動早階段多為火山噴發，活動晚階段以大規模巖漿侵入為主）。大規模的巖漿活動，特別是地幔巖侵入導致的大規模中酸性巖漿活動造成的負重力異常，使外圍山系快速隆升，并逐漸形成一系列幔枝構造，與中心部位的熱減薄斷陷一起，逐漸形成典型的盆嶺構造格局（圖7-B）。

圖7 華北東部地幔熱柱演化模式

五、結論

華北斷陷區自白堊紀以來斷陷沉積厚度可達6 000m~9 000m，而深部地幔則上隆至34.5km~35.5 km處。地幔上隆和地表斷陷所占據空間的原有物質（除盆地擴張抵消掉部分體積外）哪里去了呢？而相鄰造山帶，如太行山強烈上隆，其最大隆升幅度大于10 km，而該區地幔卻下拗至40km以下。那么，山脈隆升及地幔坳陷所造成的體積虧空又由哪里來的物質補充呢？筆者認為只能是斷陷區中下地殼物質沿平緩拆離滑脫帶向造山帶下部拆離流變，以補充山脈上隆和地幔下拗所造成的虧空，而造山帶隆升形成的上部風化剝蝕物質則通過各種搬運介質遷移至斷陷盆地中，從而構成盆-山間四維空間上的橫向遷移、物質調整，使深部物質流變與淺部物質搬運轉移達到基本的物質動態平衡（牛樹銀等，1995）。

然而，盆-山間四維物質調整是通過什么形式實現的呢？很顯然，造山帶隆升風化剝蝕產物的轉移是通過外動力地質作用來實現的。盆地中的堆積與山脈頂部風化剝蝕產物呈反層序相關，即山脈早期剝蝕的上部地層、巖石產物堆積在盆地的下部，而山脈晚期被風化剝蝕的下部地層、巖石產物則堆積在盆地的上部。這種搬運物的堆積特征可通過盆地的石油鉆孔巖芯資料進行大致對比。

但是，深部流變尚未被廣泛接受。其實，這種盆地深部物質向造山帶底部流變（動）的過程除從盆-山總體物質平衡的對比得以證實之外，現代探測技術已有多種方法可加以證實，如大陸地殼反射剖面（COCORP）、全球地學斷面（GGT）的編制、中下地殼斷層出露區構造研究、不同溫壓條件下對巖石和礦物的流變性質實驗、世界各國的超深鉆探等等，均證明中下地殼甚至核幔界面（D″）都存在著強烈的橫向物質流變作用，在地幔亞熱柱的驅動下，深部物質以塑性態緩慢流向外圍造山帶，充填外圍幔枝構造隆升與深部鏡像地幔凹陷形成的空間，深部物質的橫向流變與上部物質的橫向搬運，共同構成了盆-山耦合的四維物質運動，并最終形成華北東部典型的一盆多山（嶺）的構造地形地貌景觀。

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（責任編輯：周吉光）

The Conversion of Tectonic Regimes and the Origin of Basin-mountain Coupling in Eastern North China

The geology is mainly based on various geological phenomena, caused by crustal movements to explore the period of crustal movements, the intensity of tectonic activities and the conversion of tectonic regimes, and so on, thereby delineating the influence scope of geological process. Since the Mesozoic, enormous tectonic transformation has taken place in eastern North China, indicating strong crustal movement and large-scale magmatic activities in the region. Therefore, it also lead to many new geological phenomena, such as the cataclysm between lithosphere and asthenosphere, the conversion of tectonic regimes, the volcano-magmatic activity and the mineralization. The occurrence of these above geological events mainly depends on the deep processes of the earth, which can form a coupling pattern of one basin with multiple mountains and a unique basin-range tectonics under the control of extensional system, through the formation and evolution of the mantle plume-the mantle sub-plumethe mantle branch structure.

mantle plume; mantle branch structure; mantle-crust movement; tectonic deformation; magmatic activity; Eastern North China

P541

A

1007-6875(2017)01-0046-08

??日期：2017-01-03

10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2017.01.004

河北省重點研究項目“東方人類探源工程——泥河灣人類起源、地質及環境背景研究”（13277611D、15276242D）；河北省自然基金（D2015403013）；國家自然科學基金（40872137）。

牛樹銀（1952—），男，河北昌黎人，河北地質大學教授，中國地質大學（北京）博士生導師，河北省特等勞模，2015年“全國先進工作者”榮譽稱號獲得者。多年來一直從事構造地質學和構造成礦控礦的教學、科研工作，他和他的團隊凝聚多年研究成果，在地質找礦領域提出了“幔枝構造”成礦理論，不僅為新一輪地質找礦指明了方向，并且在找礦實踐中取得重大突破，在河北、河南、山西、內蒙古等省區廣泛推廣。