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本文在前人资料和成果研究基础上,综合利用地震层析成像、大地热流值、大地电磁及深地震测深、岩石学、地球化学、同位素等有效手段,区分华北中、新生代深部构造,建立华北中生代燕山期软流圈上涌与浅表岩浆构造活动关系模式,剖析了深部构造及其浅表响应的耦合关系,总结出华北地区中、新生代深部构造不同类型及其特征。论文取得以下主要成果:1.深部构造特征:岩石圈-软流圈构造起伏变化大,软流圈上涌发育,岩石圈西厚东薄,呈现软流圈上涌柱(软块)与岩石圈厚区(硬块)相间的格局。2.识别标志:新生代软流圈上涌柱,上方浅表为有规律大地热流值高异常区(低Q0值区),及典型MOHO隆起区,且浅表有新生代玄武岩喷发;中生代软流圈上涌柱,上方浅表为大地热流值中等异常区,MOHO面无明显隆起,且浅表出现大面积中生代中酸性岩浆活动。3.建立了华北中生代软流圈上涌与浅表岩浆构造活动关系模式,验证了深部构造及其浅表响应的耦合关系:1)沿柱头方向,热浮物质易形成面积型热熔蚀上涌,致使上方浅表出现大面积典型壳幔混染的中酸性岩浆活动(火山岩、侵入岩),相应形成金、钼、铜、铅锌矿集区;2)软流圈上涌柱与岩石圈厚区陡接触带,因热力集中,软流圈内热浮物质促使该接触带(点)岩石幽破裂而上涌,致使上方浅表出现以幔源为主的中、基性和碱性杂岩侵入带,相应形成铁(金、铜)矿集区;3)柱头滑脱作用主导了其上方浅表以褶皱、断裂、推覆为主的构造造山活动,形成面积型中、低山系,燕山期岩浆活动剧烈;4)郯庐软流圈上涌柱,无明显柱头,上方浅表形成中酸性岩浆岩,相应出现金(钼)矿集区;5)岩石圈厚区浅表形成中生代构造盆地,相应形成煤炭、石油等能源矿产基地。4.华北中、新生代岩石圈减薄的根源是软流圈上涌。岩石圈减薄时域:中生代,J1晚期至J2初期(180~170Ma)开始减薄,J3-(K)期(145~120Ma)达到高潮,(K)和(K)之交(100~90Ma)减薄终止;新生代,减薄期主要为E2-E3期(55~24 Ma)。岩石圈减薄地域:中、新生代均位于上涌柱柱身的上方。5.软流圈上涌的形成机制:1)主动机制,软流圈受深部挤压应力场作用上涌,注入岩石圈破裂带,不断熔融下岩石圈,形成上涌柱体,热浮物质沿柱体上涌到上、下岩石圈之间,形成柱头面;浅表具强烈的岩浆、构造、热活动,并伴随金、钼、铜、铁等金属矿集区或油气的生成。2)被动机制:区域引张应力场引发造山带侧边拉张裂陷,形成断陷盆地,致使深部均衡调整,诱发软流圈上涌;浅表无岩浆活动和相应金属矿产形成。
总之,中生代华北地区的深部构造——岩石圈-软流圈构造及其变异,特别是软流圈上涌,是浅表岩浆构造活动及金属成矿的主要根源。