编者按：地壳厚度和热状态是理解早期地壳形成演化动力学体制的关键，但是太古宙壳幔作用的地球物理记录可能受到后期地质作用的改造，无法利用传统的地球物理方法进行直接勘测。北京大学地球与空间科学学院刘树文教授团队与合作者重建了华北克拉通东部中-新太古代大陆岩石圈热结构，发现板块构造的启动对地幔潜能温度的下降和岩石圈的增厚起着至关重要的作用。

恰逢地球与空间科学学院成立20周年之际，本报道为院庆20周年系列成果展示之一。

冥古宙和太古宙占据了地球一半以上的形成与演化历史，其壳幔动力学体制是地球科学的关键问题。长期以来研究者们提出各种各样的太古宙壳幔动力学体制模型，包括滞留盖层、地幔柱、滴落构造、重力沉降、板块构造以及多种方式动力学体制的联合作用。然而，不同地质历史时期主导的动力学体制存在较大争议，造成这种争议的最主要原因是地球早期热状态的不确定性。

针对这一问题，北京大学地球与空间科学学院刘树文课题组与国内外多家单位合作，通过壳源TTG片麻岩的热力学和微量元素地球化学模拟，结合经典的一维热传导模型，发展了太古宙地壳厚度和热状态的研究方法，并将该方法应用到华北克拉通。结果显示，从29–25亿年，华北克拉通东部的地幔潜能温度逐渐下降，而岩石圈厚度增加、强度变大。

图1 华北克拉通东部不同时期地壳厚度和莫霍地热梯度的等值线图

根据地壳厚度、基底热流值和莫霍面地温梯度的时空演化特征（图1），结合前人的数值模拟实验、岩石学和构造地质学研究，本研究提出了华北克拉通东部中-新太古代的地球动力学演化模型：中太古代期间，地幔柱可能是主导的动力学体制；中太古代末期，动力学体制发生转变，热俯冲已在局部启动；新太古代早期到晚期，俯冲带逐渐成熟，形成了与现代板块俯冲作用相类似的大型构造带；太古宙末期，岩石圈趋于稳定，已经基本完成克拉通化。

研究成果以“华北克拉通中-新太古代热状态与动力学体制演化（Thermal state and evolving geodynamic regimes of the Meso- to Neoarchean North China Craton）”为题，于2021年6月23日发表在《自然⋅通讯》（Nature Communications）杂志上。刘树文教授与莫纳什大学的Peter A. Cawood教授为本文的共同通讯作者，地空学院博士生孙国正为本文第一作者。地空学院助理教授唐铭、杜伦大学教授Jeroen van Hunen、地空学院博士生高磊、胡雅璐、中国科学院地质与地球物理研究所特聘副研究员胡方泱为本文共同作者。该工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24139-z