什么是克拉通

什么是克拉通

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克拉通（Craton）一词源自于希腊语κράτος，象征力量的意思，最早是由德国地质学家L. Kobe在1921年提出，他把坚固的大陆地台叫做“Kratogen”，这一术语被后来的学者简化成Craton。克拉通是指古老的、稳定的大陆块体，它主要由古代的结晶基底构成，这些基岩的成分主要是小比重的长英质火成岩，如：花岗岩，早期岩石形成克拉通的过程称为克拉通化，在前寒武纪时期（5.4亿年前），地球经历了陆壳形成、生长、壳幔圈层分异耦合并形成稳定陆块（克拉通）的过程，克拉通形成的年代大多是在30多亿年前，在27亿年前进入稳定期。克拉通块体内缺乏明显的地震、岩浆活动、构造变形和成矿作用，在多次超大陆的会聚和分裂过程中几乎没有发生变化。克拉通在深度方向上由地壳和岩石圈地幔组成，并且岩石圈根部往往延伸到地幔长达几百公里（图1），克拉通岩石圈具有低密度、低含水量和巨厚岩石圈根的特征，因此能够漂浮在对流的软流圈地幔之上，并且能够在很大程度上抵御后期地质作用的改造而免于被破坏，从而成为大陆地壳上长期稳定存在的构造单元。

 

 

图1：克拉通示意图

克拉通在全球有广泛地分布（图2），如：中国的华北克拉通（the North China Craton）、俄罗斯和乌克兰的萨尔马提亚克拉通（the Sarmatian Craton）、南美的亚马逊河克拉通（the Amazonia Craton）、南非的卡普瓦尔克拉通（the Kaapvaal Craton）、北美克拉通（the North American Craton）以及南澳大利亚的加夫勒克拉通（the Gawler Craton）。

图2：全球古老克拉通地分布图（汤艳杰，2013）（紫色区域）

 

克拉通稳定的环境为早期铁矿的沉积提供了一个相当理想的场所，成为世界上最主要的铁矿产区，例如加拿大和澳大利亚的克拉通大量出产铁矿石，中国主要的铁矿主要集中在华北克拉通之上。而且，这样的环境也非常适合金刚石的形成，世界上主要的金刚石矿都产自克拉通地区，例如：南非、西伯利亚的克拉通，我国的金刚石矿主要分布在华北克拉通上，比如山东蒙阴、辽宁复县等。

克拉通本应该是全世界最稳定的地区，但我国的华北克拉通自2亿年左右的中生代以来，发生了大规模强烈的构造变形、岩浆活动和地震，好好的克拉通怎么说破坏就破坏了呢？

 

目前主要有四种破坏模型：

（1）拉张减薄模型。华北东部地区的资料，例如郯庐断裂带周边断陷盆地正断层擦痕反演应力场、断陷盆地构造、断层运动学、岩脉展布规律等表明华北地区在晚中生代期间处于伸展构造背景，拉张作用导致了华北克拉通岩石圈变薄破坏。

（2）挤压增厚拆沉模型。与伸展作用导致岩石圈的减薄相反，这种模型认为岩石圈在挤压作用下发生增厚，岩石圈中、下部的物质由于重力失稳会“掉入”下覆的软流圈中，导致岩石圈减薄（图3）。

（3）大尺度地幔对流侵蚀模型。这种模型认为在地球内部大尺度的地幔对流场中，软流圈热物质上涌对克拉通岩石圈底部和侧面的侵蚀，在克拉通岩石圈减薄过程中产生了重要的影响（图4）。

（4）地幔柱侵蚀模型。这种模型认为温度异常高的地幔柱扰动软流圈物质上升至古老岩石圈底部，岩石圈底部不断被“烘烤”，物质发生弱化转变成软流圈的一部分，最终导致了华北克拉通岩石圈变薄，但是由于地幔热柱是否在华北地区存在尚缺乏证据，该模型很少被提及。

 

主要参考资料：

(1)刘明启,李忠海.克拉通岩石圈减薄与破坏机制的动力学数值模拟[J].中国科学:地球科学,2018,48(07):844-877.

(2)翟明国.新太古代全球克拉通事件与太古宙-元古宙分界的地质涵义[J].大地构造与成矿学,2006(04):419-421.

(3)Tang et al. Widespread refertilization of cratonic and circum-cratonic lithospheric mantle. Earth-Science Reviews, 2013, 118: 45-68.

(4) 朱日祥,徐义刚,朱光,张宏福,夏群科,郑天愉.华北克拉通破坏[J].中国科学:地球科学,2012,42(08):1135-1159.