板內(nèi)裂谷的形成和演化為我們理解板塊內(nèi)部動(dòng)力學(xué)和地殼演化提供了關(guān)鍵視角，涉及板內(nèi)伸展應(yīng)力、地殼熱結(jié)構(gòu)變化和巖石圈撓曲等復(fù)雜因素。位于華北克拉通內(nèi)的山西裂谷系是亞洲最大的裂谷之一（圖1），其形成機(jī)制和演化歷史仍存爭(zhēng)議，為研究上述科學(xué)問題提供了重要素材。
盡管已有研究對(duì)山西裂谷的部分剝露歷史和構(gòu)造演化提出了假設(shè)，但其具體驅(qū)動(dòng)機(jī)制和時(shí)空演變過程尚未完全明確。為解決這一問題，吉林大學(xué)李世超教授團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外學(xué)者合作，采用低溫?zé)崮甏鷮W(xué)分析，結(jié)合地震反射剖面數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性地研究了山西裂谷的剝露速率變化，揭示了裂谷關(guān)鍵構(gòu)造活動(dòng)階段及其與深部動(dòng)力學(xué)的關(guān)系。這項(xiàng)研究為深入理解板內(nèi)裂谷的形成機(jī)制及其與區(qū)域構(gòu)造背景的相互作用提供了新的見解。
具體研究成果如下：
圖1 華北山西裂谷系區(qū)域地形與新構(gòu)造圖
1. 研究揭示了山西裂谷系的時(shí)空剝露模式。低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)顯示，裂谷肩的剝露歷史存在顯著的空間和時(shí)間差異（圖2）。北部和中部地區(qū)的剝露主要發(fā)生在晚侏羅世至早白堊世，而南部集中在新生代。剝露速率模型表明，150-130 Ma期間，北部的恒山、五臺(tái)山和呂梁山剝露顯著，隨后剝露范圍逐漸向南擴(kuò)展（圖3）。特別是30 Ma以來，裂谷南部剝露速率顯著增加。同時(shí)，北部在35 Ma后快速冷卻，反映出新生代構(gòu)造活動(dòng)的影響（圖4）。
圖2 （A）山西裂谷系側(cè)翼低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)集的穩(wěn)態(tài)剝露速率;（B）低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)集的閉合深度
圖3 山西裂谷系近150Ma以來的空間剝露歷史，時(shí)間間隔為10Ma
圖4山西裂谷北部口泉山基巖樣品的磷灰石裂變徑跡熱歷史模擬結(jié)果
2. 確定了山西裂谷系的構(gòu)造演化過程：討論了板內(nèi)擠壓與伸展的構(gòu)造驅(qū)動(dòng)因素，包括晚侏羅世—白堊世期間Izanagi板塊向歐亞大陸的俯沖導(dǎo)致華北克拉通的擠壓和后續(xù)的伸展（圖5）。在始新世—漸新世，印度與歐亞板塊的碰撞和太平洋板塊的俯沖回退共同影響了區(qū)域的伸展。在中新世，青藏高原的隆升和太平洋板塊的后撤進(jìn)一步影響了山西裂谷系的剝露和伸展。
圖5 東亞晚中生代以來的地球動(dòng)力學(xué)模型
3. 確定了山西裂谷系的形成過程：山西裂谷系的形成可分為自中生代以來的四個(gè)主要階段：（A）晚侏羅世：構(gòu)造縮短導(dǎo)致地層褶皺和逆沖斷層作用，造成逆沖斷層上盤巖石的冷卻剝露。（B）白堊紀(jì)：裂谷肩兩側(cè)的剝露，導(dǎo)致伸展性隆升、侵蝕，并在伸展裂谷盆地中沉積碎屑物質(zhì)。（C）古近紀(jì)至新近紀(jì)：地殼發(fā)生水平伸展，巖石圈減薄，軟流圈物質(zhì)上涌，山西裂谷系開始形成。（D）晚中新世以來：裂谷系經(jīng)歷持續(xù)的伸展，逐步演化為成熟的裂谷體系。
以上研究成果近期發(fā)表在地學(xué)領(lǐng)域國際重要期刊《GSA Bulletin》上，博士研究生王洪濤為論文第一作者，李世超教授為論文通訊作者，參與本項(xiàng)研究的還有楊小鵬、Andrew V. Zuza（University of Nevada）、劉方斌（齊魯師范學(xué)院）、Thomas C. Sheldrick（University of Leicester）、何笑琪和張進(jìn)（中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所）。該工作由國家自然科學(xué)基金（41872234）和吉林省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（JJKH20241255KJ）的聯(lián)合資助。研究的詳細(xì)信息請(qǐng)參考原文。
論文信息：
Hong-Tao Wang, Shi-Chao Li*, Xiao-Peng Yang, Andrew V. Zuza, Fang-Bin Liu, Thomas C. Sheldrick, Xiao-Qi He, Jin Zhang, 2024. Exhumation history of the Shanxi Rift, Central Asia, derived from low-temperature thermochronology: Geological Society of America Bulletin. doi: https://doi.org/10.1130/B37693.1
