新闻动态广州地化所、深地科学卓越创新中心揭示中国东部南北重力梯度带的可能成因
重力梯度带是全球重力异常图中非常引人注目的显著特征，大型或超大型线性异常在全球多达几十处。对于位于板块边缘和大洋板块内部的线性重力异常，一般可通过板块的边缘效应或软流层小尺度对流、岩石圈伸展/热收缩、软流层流动的“指缝”效应等基本模式得到合理解释。但发育在大陆板块内部的大型重力梯度带非常少见，中国东部的南北重力梯度带（NSGL）长~4000km，从俄罗斯西伯利亚延伸到华南，该区重力异常在较窄范围内由 -100 mGal 陡增到 -40 mGal （图1），且在其东西两侧，地形地貌、构造形迹、岩浆活动，以及地壳、岩石圈厚度等均存在差异性，其形成机制有待进一步揭示。
为了理解南北重力梯度带的形成，深地科学卓越创新中心邓阳凡特任研究员、徐义刚院士、陈赟副研究员针对该问题，系统总结了南北重力梯度带的地球物理特征，并基于横跨华北克拉通的一条人工源深地震测深剖面开展重力模拟，以揭示重力梯度带形成的影响因素和主导机制。通过模拟莫霍面起伏，地壳内部，岩石圈整体和地幔过渡带中停滞板片的重力异常特征，并考虑地幔组分差异对于重力异常的影响，发现除地壳厚度突变是南北重力梯度带的主控因素外，岩石圈地幔的成分差异对其形成也有贡献。地壳和岩石圈厚度和地幔组分差异可以用岩石圈减薄和物质置换来解释，即岩石圈破坏。
尽管华北克拉通破坏可以很好地解释重力梯度带华北段的形成，但要解释整个中国东部重力梯度带的形成，还需要更大范围的深部物理-化学过程。华北岩石圈破坏与西太平洋板块俯冲密切相关，前人已经进行了大量的研究。西太平洋板块俯冲导致地幔过渡带的停滞板片，并形成了全球板块俯冲系统中独特的东亚大地幔楔，而地幔楔内部的物质流动和来自地幔过渡带的挥发性物质在重塑和改造上覆岩石圈中起了重要作用，最终导致了中国东部南北重力梯度带的形成（图2）。关于中国东部地幔过渡带停滞板片的存在时间问题，尽管有观点认为板片滞留发生于新生代，但本研究认为可能发生于白垩纪，主要依据为：1）较慢的Si–Al 扩散暗示停滞板片存在时间可能>100Ma；2）华北存在两期主要岩浆事件（185–145 Ma 的挤压事件；145–140 Ma的拉张事件），其构造转换与太平洋板片后撤时间相一致，而板片的后撤才导致俯冲板片的滞留。
该项研究吸收了前人众多的地球物理、岩石学、地球化学研究成果，显示了综合地球物理探测-地球化学分析，对于深入认识地球深部过程及浅表响应的重要性。
图1. 中国东部布格重力异常和地形图。黑色虚线所示为-100, -80, -40mGal重力等值线；白线为远震体波成像给出的地幔过渡带停滞板片的西界
图2. 南北重力梯度带的形成机制示意图。 早白垩世西太平洋板块的后撤导致俯冲板片在地幔过渡带大范围滞留并形成大地幔楔系统，地幔楔内部的物质对流和地幔过渡带的挥发物（包括水和二氧化碳）弱化并改造上覆岩石圈，从而导致南北重力梯度带的形成
相关成果近期发表于国际知名地学期刊Tectonophysics。该研究受中国科学院先导B专项（XDB18000000），国家自然科学基金（41874106, 42021002）和中国科学院青年创新促进会(YIPA2018035)联合资助。
论文信息：Deng, Y., Xu, Y.-G., Chen, Y. (2021), Formation mechanism of the North–South Gravity Lineament in eastern China, Tectonophysics, 818, 229074, https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229074.
(同位素地球化学国家重点实验室供稿)
