拆沉作用
嵇少丞 & 王茜
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Département des Génies Civil, Géologique et des Mines, École
Polytechnique de Montréal, Canada
拆沉
(Delamination)，这一原创性慨念最初是由Bird（1978，1979）提出的，其中心思想就是已经转化成榴辉岩（密度大）的下地壳慢慢沉坠到下伏的上地幔中，引起软流圈上升至拆沉后的地壳底部，带来了巨大热量使地壳深部产生熔融，形成壳内岩浆活动。所以，这一过程也称之为拆沉-底侵作用。后来这一慨念被Kay
and
Kay（1993）等用之于探讨挤压造山高原垮塌机制而备受广泛重视。我国学者（高山和金振民，1997；高山，1999；高山等，1999；高山等，2003）借鉴引进了拆沉慨念解释秦岭-大别和华北克拉通的岩石地球化学数据。拆沉模型又进一步分为小拆沉（仅下地壳拆沉，张旗等，2006a,
b）与大拆沉（下地壳驱使整个岩石圈地幔一起拆沉，Rudnick，1995；Meissner and Mooney，1998；Jull
and Leleman，2001；吴福元等，2000，2004）。小拆沉模型又有“整拆沉”和“块拆沉”之别。张旗等（2006a,
b）认为榴辉岩相基性下地壳不大可能整体拆沉，而可能是以一块一块飘雪花似地沉入上地幔。笔者认为，拆沉作为一个大地构造模型目前还过于粗糙笼统，对拆沉过程中许多重要的细节还缺乏必要的阐述，持有的证据（例如，岩石地球化学资料）均是间接的，且亦能被其它模型予以合理解释。拆沉在华北克拉通岩石圈减薄过程中的作用受到一些学者的质疑（例如，郑建平等，2006；徐义刚，2004，2006a；张旗等，2006a,
b；Menzies et al., 2007）。
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从流变学考虑，下地壳即使其成分百分之百是基性的、且全部转变为密度较高的榴辉岩，只要其下伏的不是低流变强度的软流圈也不可能沉入其中。要让榴辉岩下地壳冲破流变强度甚大、厚度>120公里的刚性岩石圈地幔并最终沉入软流圈是不太可能的。另一方面，如果下地壳连同整个岩石圈地幔一起拆沉到软流圈（邓晋福等，1994，2003；高山和金振民，1998；吴福元和孙德有，1999；吴福元等，2000，2003，2004），导致高温的软流圈和低熔点的中酸性的中地壳直接接触（吴福元等，2003），这不仅仅会造成大量软流圈亏损源区来源的岩浆（OIB）底侵到陆壳底部（如果真是这样，现今中国华北的下地壳应以基性成分为主）甚至直接喷溢至地表（实际上，中国东部中生代基性岩浆活动非常贫乏；现时玄武岩和辉长岩出露不足中生代岩浆岩总量1%，胡永和等，1997；邱瑞照等，2004），幔源流体（如H2O和CO2）也会大量侵入到陆壳之中，势必造成巨量的壳内熔融（Menzies
et al.,
2007），形成极大规模的中酸性侵入岩（花岗岩和花岗闪长岩）和喷发岩（流纹岩和英安岩）。其外，古老的岩石圈地幔主要成分是高难熔（富镁贫铁）的方辉橄榄岩（地幔经部分熔融后留下的残余物，Jordan，1988），其密度比主要成分为富集的二辉橄榄岩的软流圈要低（图1），密度低的材料又怎么能拆沉到密度高的物质中去呢？
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http://www.sciencenet.cn/upload/blog/images/2008/10/2008102420813649.jpg
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图 1.
三种不同成分地幔岩的密度（a）以及它们之间密度差（b）随深度的变化。原始的实验数据来自Irifune and Ringwood (1987)。
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拆沉的驱动力来自榴辉岩与橄榄岩之间的密度差。岩石物理性质的统计分析结果表明，高压榴辉岩的密度和橄榄岩的差不多，只是超高压榴辉岩因内中含较多的高密度的石榴子石才比橄榄岩的密度大（Nicolas
et al., 1990；Ji et al., 2003；Wang et al., 2005；Ji et al.,
2007）。增厚地壳底部的榴辉岩应是高压榴辉岩而非超高压榴辉岩。退一步说，即使增厚地壳底部的榴辉岩真的比橄榄岩的大，十到十几公里厚的榴辉岩恐怕也难以将下伏的厚达120-140
km、强度大、密度轻（图1）、缺水（Pollack，1986）的岩石圈上地幔（方辉橄榄岩）强拆、迫降、“裹挟”、劫持到软流圈（二辉橄榄岩）中。由于目前在华北尚未发现典型的高密度的榴辉岩地体或捕虏体（路凤香等，2006a），路凤香等（2006b）甚至认为，被拆沉到上地幔中的不是榴辉岩，而是“含黑云母(10%)
、金云母和角闪石的石榴石麻粒岩”， 这样的岩石其密度是不太可能比没有蛇纹石化的橄榄岩高的（Ji et al.,
2002）。
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拆沉论目前持有的主要依据是建立在一假说的基础上的：早先拆沉下去的下地壳物质后经熔融形成高镁安山岩或高镁闪长岩（即所谓的埃达克岩，具高Sr低Yb特征），如辽西兴隆沟组（Zhang
Hongfu et al., 2003；Gao Shan et al., 2004）和下扬子地区的高镁火成岩（Xu Jifeng et
al., 2002）、鲁西-徐淮地区的高镁闪长岩（许文良等，2006）。据张旗等（2006a,
b），中生代高镁安山岩在中国东部是很少量的。应该指出的是，兴隆沟组的时代为早侏罗纪（187-208
Ma），则“拆沉作用”最晚发生在三叠纪。发生在三叠纪的拆沉作用与130-120
Ma时中国东部的基性岩浆作用很难有什么成因联系。更重要的是，这些高镁安山岩可能还是含大量橄榄石捕虏晶的正常安山岩（张宏福，2006）。
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折返的先决条件之一就是下地壳必须是基性的，这些镁铁质的物质以富集Eu、Sr
和过渡金属元素（Cr、Ni、Co、Sc、V、Ti）为特征。使下地壳变成基性的方式有两种：一是地幔部分熔融形成的玄武岩浆大量底侵到下地壳（邓晋福等，2006）；二是下地壳发生广泛的部分熔融，花岗岩和花岗闪长岩成分作为熔浆移出下地壳，残余的基性成分留在下地壳（张旗等，2006a,
b）。折返的先决条件之二就是下地壳的基性岩必须全部转变成密度大于橄榄岩的榴辉岩，这就要求必有加厚的地壳（>50
km）。地壳增厚的必需条件是构造挤压作用下的地壳缩短（褶皱和逆冲推覆），而玄武岩浆底侵往往又发生在区域伸展（如大陆裂谷、盆岭）的构造拉张环境（Furlong
and
Fountain，1986；Fountain，1989；金振民和高山，1996），地壳增厚与玄武岩浆底侵两种作用很难发生在同一区域的同一时间。
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还有，目前尚不肯定整个华北地块（从秦岭-大别-苏鲁一直到东北辽宁-吉林）在“拆沉”之前的中生代存在超级加厚的大陆地壳（路凤香和郑建平，1996；邓晋福等，1996，2000；Menzies
and Xu，1998；Griffin et al.,
1998；张旗等，2001；王强等，2001；陈斌等，2002，2005；葛小月等，2002；周凌和陈斌，2005；苏尚国等，2006），其底部的压力足以将十几到二十公里厚的基性麻粒岩全部转化为榴辉岩。张瑞生（2005）应用Kay
et
al.（1991）的计算方法采用La/Yb的资料，估算早-中侏罗纪华北燕山地区（自冀西北至辽西长约600公里、宽约150公里）的地壳厚度仅为40-45
km。
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对大别-苏鲁超高压变质带的大量研究表明，扬子-华北板块碰撞发生在 230-245 Ma
左右，超高压岩石的快速折返主要发生在220-200 Ma左右，说明折返板片和继续下插的板片的断离出现在220
Ma左右。折返板片中含有大量的高密度的榴辉岩，不仅没有被拆沉到上地幔，反而被折返至地壳和地表。
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(2010-05-30 10:37:32) 