什么是克拉通

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克拉通（Craton）一詞源自于希臘語κράτος，象征力量的意思，最早是由德國地質學家L. Kobe在1921年提出，他把堅固的大陸地臺叫做“Kratogen”，這一術語被后來的學者簡化成Craton。克拉通是指古老的、穩定的大陸塊體，它主要由古代的結晶基底構成，這些基巖的成分主要是小比重的長英質火成巖，如：花崗巖，早期巖石形成克拉通的過程稱為克拉通化，在前寒武紀時期（5.4億年前），地球經歷了陸殼形成、生長、殼幔圈層分異耦合并形成穩定陸塊（克拉通）的過程，克拉通形成的年代大多是在30多億年前，在27億年前進入穩定期。克拉通塊體內缺乏明顯的地震、巖漿活動、構造變形和成礦作用，在多次超大陸的會聚和分裂過程中幾乎沒有發生變化。克拉通在深度方向上由地殼和巖石圈地幔組成，并且巖石圈根部往往延伸到地幔長達幾百公里（圖1），克拉通巖石圈具有低密度、低含水量和巨厚巖石圈根的特征，因此能夠漂浮在對流的軟流圈地幔之上，并且能夠在很大程度上抵御后期地質作用的改造而免于被破壞，從而成為大陸地殼上長期穩定存在的構造單元。

 

 

圖1：克拉通示意圖

克拉通在全球有廣泛地分布（圖2），如：中國的華北克拉通（the North China Craton）、俄羅斯和烏克蘭的薩爾馬提亞克拉通（the Sarmatian Craton）、南美的亞馬遜河克拉通（the Amazonia Craton）、南非的卡普瓦爾克拉通（the Kaapvaal Craton）、北美克拉通（the North American Craton）以及南澳大利亞的加夫勒克拉通（the Gawler Craton）。

圖2：全球古老克拉通地分布圖（湯艷杰，2013）（紫色區域）

 

克拉通穩定的環境為早期鐵礦的沉積提供了一個相當理想的場所，成為世界上最主要的鐵礦產區，例如加拿大和澳大利亞的克拉通大量出產鐵礦石，中國主要的鐵礦主要集中在華北克拉通之上。而且，這樣的環境也非常適合金剛石的形成，世界上主要的金剛石礦都產自克拉通地區，例如：南非、西伯利亞的克拉通，我國的金剛石礦主要分布在華北克拉通上，比如山東蒙陰、遼寧復縣等。

克拉通本應該是全世界最穩定的地區，但我國的華北克拉通自2億年左右的中生代以來，發生了大規模強烈的構造變形、巖漿活動和地震，好好的克拉通怎么說破壞就破壞了呢？

 

目前主要有四種破壞模型：

（1）拉張減薄模型。華北東部地區的資料，例如郯廬斷裂帶周邊斷陷盆地正斷層擦痕反演應力場、斷陷盆地構造、斷層運動學、巖脈展布規律等表明華北地區在晚中生代期間處于伸展構造背景，拉張作用導致了華北克拉通巖石圈變薄破壞。

（2）擠壓增厚拆沉模型。與伸展作用導致巖石圈的減薄相反，這種模型認為巖石圈在擠壓作用下發生增厚，巖石圈中、下部的物質由于重力失穩會“掉入”下覆的軟流圈中，導致巖石圈減薄（圖3）。

（3）大尺度地幔對流侵蝕模型。這種模型認為在地球內部大尺度的地幔對流場中，軟流圈熱物質上涌對克拉通巖石圈底部和側面的侵蝕，在克拉通巖石圈減薄過程中產生了重要的影響（圖4）。

（4）地幔柱侵蝕模型。這種模型認為溫度異常高的地幔柱擾動軟流圈物質上升至古老巖石圈底部，巖石圈底部不斷被“烘烤”，物質發生弱化轉變成軟流圈的一部分，最終導致了華北克拉通巖石圈變薄，但是由于地幔熱柱是否在華北地區存在尚缺乏證據，該模型很少被提及。

 

主要參考資料：

(1)劉明啟,李忠海.克拉通巖石圈減薄與破壞機制的動力學數值模擬[J].中國科學:地球科學,2018,48(07):844-877.

(2)翟明國.新太古代全球克拉通事件與太古宙-元古宙分界的地質涵義[J].大地構造與成礦學,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,徐義剛,朱光,張宏福,夏群科,鄭天愉.華北克拉通破壞[J].中國科學:地球科學,2012,42(08):1135-1159.