克拉通地幔形成与演化及对大陆命运制约因素的思考*

郑建平 戴宏坤 熊庆 陈明 周翔 李一鹤 刘为先

传统上，人们对大陆形成和演化的认识主要来自于地表出露的岩石。但是，随着问题的深入，以及地表矿产资源日渐枯竭、环境问题日益凸显，寻求答案的目光逐渐转向地球的深部。在长期稳定的克拉通地区，初始的岩石圈地幔与其上覆的大陆地壳形成于地球的早期壳幔分异过程，它们主体上具有相似的年龄和互补的成分，壳幔结构是耦合的(O’Reillyetal., 2008)，例如南非、西伯利亚等。这些地区深部一般保存着古老难熔、低地温的巨厚岩石圈地幔(Griffinetal., 2004)，因而具有密度低、粘度高的特征(Poudjom Djomanietal., 2001)，在复杂地质过程中仍然能够保持其相对完整性(Simonetal., 2008)。然而，越来越多的研究发现，有些大陆克拉通(如华北)出现广泛的岩浆活动和构造变形等，表现出活动带的特征(Dave and Li, 2016; Liuetal., 2019; Wuetal., 2019)。这些地区地壳与地幔出现解耦现象，岩石圈地幔往往具有年轻饱满、偏高的地温和厚度薄的特点，与活动大陆之下的地幔属性类似(Fanetal., 2000; Xu, 2001; Zhengetal., 2007, 2015; 张宏福, 2009)，这种饱满地幔通常密度高、粘度低，容易被消减(吴福元等, 2008; Zhuetal., 2021)。可见，岩石圈地幔的属性可能与大陆起源和稳定性(Carlsonetal., 2005)密切相关，但古老大陆出现“同人不同命”现象的具体控制因素尚不清楚。本文拟在总结地幔属性影响因素的基础上，并以长期稳定的南非克拉通和遭受破坏的华北克拉通为代表，尝试提出值得深入研究的、可能影响大陆命运的先天过程和后天因素，以期起到抛砖引玉的作用。

1 大陆地幔属性及控制因素

大陆地幔属性由熔体抽取和交代作用程度共同决定(Griffinetal., 2009)。难熔地幔一般是高程度熔融的残余体(Bernsteinetal., 2007)，而饱满地幔经历了低程度熔体抽取，或是难熔地幔经历强烈熔体再富集过程的产物(Le Rouxetal., 2007)。地幔中熔体抽取程度主要受控于橄榄岩固相线、地幔潜热温度和终止熔融深度等因素(图1)。

图1 压力(P)-温度(T)空间中地幔熔融机制示意图克拉通地区岩石圈厚度大，地温梯度(黑色实线)与正常绝热线(黑色实线)的交点位于橄榄岩固相线(黑色实线)之下，不发生熔融；在地幔柱环境中，高温绝热线(蓝色实线)与固相线的交点位于巨厚岩石圈之下，会发生低程度高压熔融；在岩石圈厚度小的裂谷/活动带，地温梯度(黄色实线)与正常绝热线(黄色虚线)的交点位于橄榄岩固相线之上，会发生减压熔融；在岛弧环境下，挥发分的加入会大幅降低橄榄岩的固相线(绿色实线)，与地幔绝热线的交点位于岩石圈之下，从而诱发熔融Fig.1 Schematic diagram of mantle melting mechanism in pressure (P)-temperature (T) spaceThe lithosphere in the craton area is thick, and the intersection point of geothermal gradient (black solid line) and normal adiabatic line (black solid line) is under the solidus of peridotite (black solid line) without melting occurred. In the environment of mantle plume, the intersection point of high-temperature adiabatic line (blue solid line) and solidus is under the thick lithosphere, and low degree high-pressure melting will occur. In the rift/active zone with small lithospheric thickness, the intersection point of geothermal gradient (yellow solid line) and normal adiabatic line (yellow dashed line) is above the solidus of peridotite, and decompression melting will occur. In the island arc environment, the addition of volatile will greatly reduce the solidus (green solid line) of peridotite, and the intersection point with the mantle adiabatic line is located below the lithosphere, thus causing melting

(1)橄榄岩固相线 降低固相线的机制(Foley and Pintér, 2018)包括加入挥发份(H2O和CO2等)和升高氧逸度(如金刚石、甲烷等被氧化)。前者最有效的方式是俯冲板片脱出的熔/流体交代地幔楔橄榄岩(Luth and Stachel, 2014; Xuetal., 2021a)；后者既可以与俯冲相关(Kelley and Cottrell, 2009)，也可能是深部地幔上涌时的自氧化作用(Foley, 2011)。值得注意的是，地幔平均氧逸度自地球形成以来逐渐升高，原因可能是歧化反应生成的单质铁或合金进入了地核，残余在地幔中的三价铁比例逐渐升高，出现的结果是发生氧化熔融(redox melting)的可能性越来越大(Frost and McCammon, 2008)。

图2 形成克拉通难熔地幔的几种常见机制(据Lee et al., 2011修改)Fig.2 Several common mechanisms of craton refractory mantle formation(modified after Lee et al., 2011)

(2)地幔潜热温度 地幔潜热温度决定了初始熔融深度，从而对地幔熔融程度具有明显的控制作用。与氧逸度相似，地幔潜热温度与深部地幔上涌和演化历史有关(Servali and Korenaga, 2018)：小规模的地幔上涌一般没有明显温度异常(如洋中脊和板内小体积火山岩)，减压熔融区间较小、熔融程度一般较低(Daviesetal., 2015)；大规模的地幔上涌(如地幔柱)则可能由地幔热异常驱动，减压熔融区间大、熔融程度高。地幔平均潜热温度随时间演化是抛物线式的(Palinetal., 2020)，在中太古代(～3.2Ga)达到峰值(Tp=1700°C)，随后持续冷却至现今值(Tp=1350°C，Herzbergetal., 2010)。不难看出，太古宙时期地幔潜热温度高，有利于地幔发生大尺度的垂向运动和高程度的部分熔融作用(Griffinetal., 2009)。

(3)终止熔融深度 地幔浅部是以热传导为主的机械边界层(可视为岩石圈)，难以发生明显的地幔熔融，因此岩石圈厚度决定了对流地幔减压熔融的终止深度。在大洋地区，岩石圈厚度变化主要取决于大洋岩石圈年龄，即年龄越老、厚度越大(Niu, 2021)；在大陆地区，岩石圈厚度既与早期陆核形成机制有关，也与后期构造历史有关(Pearson and Witting, 2008; Pearsonetal., 2021)。总之，薄的岩石圈厚度有利于发生高程度的地幔熔融，形成难熔地幔。

与部分熔融作用相反，交代作用主要是在橄榄岩中加入富含不相容组分的熔体或流体，使地幔属性变得饱满(或再富集作用)。随着交代作用强度增加，可以分为隐性交代、显性交代和隐匿交代三个类型(O’Reilly and Griffin, 2013)：隐性交代一般是在低熔/岩比的条件下，橄榄岩的不相容微量元素发生富集，不改变矿物组合；显性交代会使地幔橄榄岩微量元素富集的同时，出现新的交代矿物，包括角闪石、金云母、磷灰石、锆石等；隐匿交代作用一般是在高熔/岩比的情况下，橄榄岩发生强烈富集，造岩矿物比例发生改变。

当交代介质为拉斑玄武质熔体时，交代作用会消耗橄榄石形成斜方辉石，最终出现富斜方辉石的方辉橄榄岩或斜方辉石岩(Kelemenetal., 1992)；当交代介质为碱性玄武质熔体时，交代产物一般是单斜辉石和石榴石，最终可能形成辉石岩/榴辉岩(Griffinetal., 2009)；当交代介质为富钙熔体时(如金伯利质熔体、碳酸岩熔体等)，交代作用会消耗斜方辉石生成单斜辉石，最终导致形成异剥橄榄岩(Yaxley and Green, 1996)。交代作用的介质性质一般与构造环境相关，例如在俯冲环境下，俯冲的玄武质板片熔融或者受板片流体交代的地幔楔发生高程度熔融，都容易产生拉斑质(高硅)熔体，这种熔体会交代更浅部的岩石圈地幔出现富含斜方辉石的地幔交代岩(Kelemenetal., 1992)；相反，在巨厚的克拉通岩石圈底部，软流圈通常只能发生低程度熔融，产生金伯利质或者碳酸岩熔体，这样的熔体容易引起克拉通地幔的异剥橄榄岩化(Aulbachetal., 2020)。

2 克拉通岩石圈地幔形成的可能机制

大陆岩石圈地幔属性具有明显的横向和垂向空间变化。在横向上，陆块内部至边缘，壳幔物质逐渐变年轻，岩石圈地幔厚度减小、组成变饱满(Griffinetal., 2003)；在垂向上，大陆岩石圈地幔显示上部多为亏损玄武质组分的难熔方辉橄榄岩和贫单斜辉石的二辉橄榄岩、下部为富含玄武质组分的饱满二辉橄榄岩和辉石岩等(O’Reillyetal., 2001)。造成地幔上述空间变化的原因有不同的认识(图2)：横向的变化可解释为大陆岩石圈的向外侧向生长(Whitmeyer and Karlstrom, 2007)，也可能是古老地幔被侵蚀改造的结果(Griffinetal., 2003; Bédard, 2018)；垂向结构可视作大陆岩石圈地幔起源于地幔柱的证据(Ishikawaetal., 2011)，也可能与古老难熔地幔被熔体自下而上再富集有关(Aulbachetal., 2017)。可见，这些争议的核心是：不同属性地幔(难熔的或饱满的)起源的问题(Leeetal., 2011)，即难熔地幔是由地幔柱活动形成的高度熔融的残余(Boyd, 1989; Canil, 2004; Griffinetal., 2009; Aulbach, 2012)，显示地幔柱对大陆地幔的再生作用(Liuetal., 2021; Xuetal., 2021b; Zhangetal., 2022)，或是饱满大洋地幔俯冲叠置后再熔融的结果(Pearson and Witting, 2008; Servali and Korenaga, 2018; Pearsonetal., 2021)；饱满地幔是直接由软流圈冷却转换形成(Araietal., 2007; Griffinetal., 2009)，或是难熔地幔交代富集的结果(Griffinetal., 1999; O’Reillyetal., 2001; Zhangetal., 2001; Ionovetal., 2005)。不难看出，大陆岩石圈地幔的属性和结构，与大陆起源的动力学背景息息相关。控制大陆命运的关键因素可能与：(1)稳定与不稳定大陆根的地幔属性异同；(2)不同大陆根形成的熔融条件和交代过程有关。因此，为了解开大陆命运之谜，需要开展不同稳定程度的克拉通区(如长期稳定的南非克拉通和显生宙时期破坏的华北克拉通)与地幔性质和形成过程相关的早期地幔熔融和交代演化历史的对比研究。

图3 南非克拉通结构及含地幔捕虏体金伯利岩分布图南非主要由Kaapvaal和Zimbabwe两个太古代克拉通及其之间太古代Limpopo变质带组成，西侧与古元古代Rehoboth和Kheis活动带相接，南侧被中元古代Namaqua-Natal活动带包绕(de Kock et al., 2021)，更南侧为具有显著地震波速负异常(黑色至深蓝色区域)的显生宙增生带. 地质界线及金伯利岩分布地名参见Smart et al. (2021)，地震波速引自James et al. (2001)Fig.3 Structure of the South African Craton and distribution of kimberlites containing mantle xenolithsSouth Africa is mainly composed of two Archean cratons, Kaapvaal and Zimbabwe, and the Archean Limpopo metamorphic belt between them. On the west side, it is bounded by the Paleoproterozoic Rehoboth and Kheis active belts. The south is surrounded by the Mesoproterozoic Namaqua-Natal active zone (de Kock et al., 2021), and further south is a Phanerozoic accretion zone with significant negative seismic velocity anomalies (black to dark blue areas). See Smart et al. (2021) for geographical names of geological boundaries and kimberlite distribution, and the seismic wave velocity is cited from James et al. (2001)

3 南非克拉通地幔：板块离散背景下主体保持难熔属性、局部发生富集

南非克拉通位于广袤的非洲大陆最南端，是世界上典型的长期稳定古老克拉通之一，最老岩石的年龄达3.6Ga，最老锆石的年龄达3.9Ga (de Kocketal., 2021)。南非主要由古老陆核(Kalahari)和环陆核的增生/变质带组成(图3)，经历了漫长复杂的太古宙陆核增生、拼贴和后太古宙陆壳增生/变质等演化历史。在太古宙，Zimbabwe 克拉通和Kaapvaal 克拉通的地壳增生时间主要集中在3.5～3.1Ga间，并于2.7Ga左右发生强烈的再造作用(Oriolo and Becker, 2018)，标志着二者沿着Limpopo变质带拼合形成统一的Kalahari陆核(Xieetal., 2017)。当然也有研究者根据地层或岩浆岩分布，认为二者的拼合时间是在古元古代。Kaapvaal克拉通在此之前经历更为复杂的古老陆核拼贴历史，包括2.85Ga之前由三个古老陆核(Swaziland 、Witwatersrand、Pietersburg)拼贴形成东部陆块，随后在2.75Ga之前与Kimberley陆块拼贴成统一的Kaapvaal 克拉通(de Kocketal., 2021)。

在元古宙，Kalahari克拉通先后经历了多期与超大陆聚合有关的增生作用(Oriolo and Becker, 2018)，包括：(1)与Columbia超大陆聚合有关的多个古元古代岛弧地体(含微陆块)增生(Djeutchouetal., 2021)；(2)与Rodinia超大陆聚合有关的环绕陆核的复杂地体增生和变质作用(Collistonetal., 2017)；(3)泛非造山运动时期(新元古代-古生代早期)形成了与Gondwana陆块群聚合有关的环陆核造山带(Grayetal., 2008)。至此，南非克拉通与非洲其他主要地块(如Western Africa、Congo、Saharan Metacraton、Arabian-Nubian Shield)拼合形成了具有现今特征的统一非洲大陆(Zhaoetal., 2018)。在显生宙，多期地幔柱作用(Courtillotetal., 1999)导致Pangea超大陆的裂解，大西洋、西南印度洋、西北印度洋先后打开(Merdithetal., 2021)以及东非裂谷的形成(Cellietal., 2020)，南非克拉通的东、南、西侧长期保持被动大陆边缘的特征，北侧远离特提斯构造域的影响(Mülleretal., 2019)。可见，南非古老陆核在太古宙完成拼合后，长期处于超大陆内部或被动大陆边缘环境(Merdithetal., 2021)，太古宙之后的超大陆聚散过程的影响主要集中在陆核边部。

南非的岩石圈地幔结构与地壳年龄结构具有很好的对应关系，壳幔结构是耦合的(Beggetal., 2009)。地震波速显示，南非太古宙陆核(Kalahari)地区有明显高速异常，高速体可延伸至300km深度，表明陆核之下至今保留有巨厚难熔的岩石圈根(Jamesetal., 2001)；陆核周边的元古宙增生/变质带区域的波速正异常较弱，高速体零星分布，厚度局限在100km以内，显示岩石圈整体较为饱满，局部存在难熔地幔残余(Fouchetal., 2004)。由地震波速擘画的地幔组成结构特征得到了大量地幔捕虏体/捕虏晶的证实(Kobussenetal., 2009; Pearsonetal., 2021)：高速异常区域内部的捕虏体，显示岩石圈地幔厚度>250km，主体由高度难熔的方辉橄榄岩组成，仅有少量相对饱满的二辉橄榄岩和地幔交代岩(Simonetal., 2007)，且存在深度越浅、难熔方辉橄榄岩的占比越高的规律(Griffinetal., 2003)；波速正异常较弱区域的地幔捕虏体，显示岩石圈厚度<150km，饱满的二辉橄榄岩和榴辉岩占比明显高(Janneyetal., 2010; Le Roexetal., 2020)，局部存在高度难熔地幔(Smithetal., 2009)，但地幔属性向下逐渐变饱满的趋势依然存在(Griffinetal., 2003; Beggetal., 2009)。地幔捕虏体/捕虏晶的年代学研究显示，太古宙陆核地区的难熔地幔年龄主体为3.6～3.2Ga(Griffinetal., 2004)，环陆核增生/变质带地区的地幔年龄为主体晚于太古宙(Janneyetal., 2010; Le Roexetal., 2020)，二者都与各自的上覆地壳主要热事件时代一致(Shuetal., 2013)，指示经历了统一的壳幔分异过程(Brey and Shu, 2018)。

尽管南非克拉通主体保留了完整一致的壳幔结构，但饱满橄榄岩和榴辉岩等捕虏体的普遍出现也表明岩石圈地幔经历复杂的改造历史。位于岩石圈地幔深部组成相对饱满的橄榄岩，矿物通常具有核部难熔、边部饱满的结构特点并记录古老年龄往年轻变化，体现深部熔体对岩石圈地幔自下而上的再富集作用(Griffinetal., 1999; Zhangetal., 2001)。位于元古宙陆壳区域的橄榄岩捕虏体，虽然年龄主体上是元古宙，但也常见太古宙年龄(Janneyetal., 2010; Le Roexetal., 2020)，且零星存在波速正异常(Jamesetal., 2001)。地壳中也常出现太古宙的古老物质(de Kocketal., 2021)。这些壳幔特征表明古老陆核周边不只存在岩石圈向外增生，可能也体现了现存的古老岩石圈曾被侵蚀和改造。此外，南非捕虏体常出现辉石岩、榴辉岩等(Burnessetal., 2020)，金刚石中的包裹体甚至主体为榴辉岩组分(Gurneyetal., 2010)。尽管有些榴辉岩可能是由俯冲洋壳转变而来(Jacob, 2004)，但那些具有高Mg#榴辉岩通常同时富集相容元素和不相容元素，一般认为是熔体灌入深部岩石圈的产物(Gréauetal., 2011; Smartetal., 2021)。

引起地幔发生再富集的地幔熔体主要包括从富硅熔体至金伯利质-碳酸岩熔体和富水流体等不同类型(Kobussenetal., 2009)，且与地表记录的岩浆作用有较好的对应关系(Janneyetal., 2010; Burnessetal., 2020)。例如，南非方辉橄榄岩捕虏体明显富集斜方辉石，显著区别于高程度熔融残余体，显示富硅熔体的交代作用特点(Kelemenetal., 1992)，一般认为与板片俯冲有关(Zhangetal., 2001)。出现在陆核区的元古宙Bushveld巨型侵入体之下，地震波速比周边明显低，显示地幔组成相对饱满(Shireyetal., 2002)，岩石捕虏体(Korolevetal., 2018)和金刚石矿物包裹体(Richardsonetal., 1993)表明该区域的岩石圈地幔富含二辉橄榄岩和榴辉岩，明显不同于周边高波速区域的岩石圈地幔组成(Shireyetal., 2002)，这些地幔捕虏体常出现古元古代的形成年龄，可能指示古老岩石圈地幔受古元古代(约为2.0Ga)Bushveld地幔柱活动的影响(Beggetal., 2009; Zhangetal., 2022)。富集玄武质组分的交代橄榄岩的锆石年龄(Giulianietal., 2014)与南非广泛分布的显生宙(约为180Ma)Karoo大火成岩省时代一致(Jourdanetal., 2004)，且具有明显的元素/同位素组成上的相似性，显示深部Karoo地幔柱对深部岩石圈的改造作用(Burnessetal., 2020)。类似的，造成南非深部岩石圈发生普遍交代作用的金伯利质-碳酸岩质熔体，与南非广泛分布的含捕虏体金伯利岩(Tappeetal., 2020)具有相似的年龄和组成(Smartetal., 2021)，包括高度富集Sr-Nd同位素(Group II，120～110Ma)和弱亏损Sr-Nd同位素(Group I，～90Ma)的两个类型(Smith, 1983)。前者一般被认为来自受俯冲沉积物交代的岩石圈地幔(Becker and Le Roex, 2006)；后者一般来自位于核幔边界的低速区之上、且可能含有地幔过渡带或核幔边界的捕获物质(Nestolaetal., 2018)，推测来自深部未扰动的地幔源区(Woodheadetal., 2019)。

不难看出，南非克拉通经历了复杂的太古宙陆核增生、拼合历史和后太古宙超大陆聚散相关的环陆核增生、再造过程，可能长期处于被动大陆边缘或与深部地幔上涌有关的拉张背景下。岩石圈地幔主体上保留了太古宙难熔地幔特点，局部(岩石圈地幔底部、克拉通边缘)可能受到了由深部地幔上涌引起的再富集作用。这些地幔属性和早期形成过程是否为其长期稳定奠定了基础，值得研究。

4 华北岩石圈地幔：板块汇聚背景下发生强烈减薄、改造和置换，局部保持难熔特点

图4 华北古生代蒙阴和复县含地幔捕虏体金伯利岩的位置图太古宙活动带据翟明国等(2005)，蓝色虚线代表太平洋滞留板片西边界所对应的位置(Huang and Zhao, 2006)Fig.4 Locations of Paleozoic mantle xenoliths-bearing kimberlites in Mengyin and Fuxian, North ChinaArchaean active zone is after Zhai et al. (2005); The blue dashed line represents the position of the western boundary of the Pacific retained plate corresponding to position on the surface(after Huang and Zhao, 2006)

华北克拉通位于欧亚大陆东部，被不同的显生宙构造活动带环绕(图4，Windleyetal., 2010)。在北侧，古亚洲洋于500～470Ma开始俯冲至华北之下(Zhaoetal., 2018)，并于晚二叠世-早三叠世(260～230Ma)沿着Solonker缝合带闭合(Xiaoetal., 2015)，长期的俯冲过程引起了华北北缘广泛的古生代构造变形和岩浆活动(Cope, 2017)。在南侧，秦岭-大别-苏鲁造山带记录了东冈瓦纳大陆边缘的陆块群向华北汇聚的复杂历史(Lietal., 1993; Zhengetal., 2003)，包括：(1)秦岭地体于500～450Ma沿商丹缝合带拼贴至华北西南缘；(2)古特提斯洋于430～400Ma打开，在320～300Ma期间向北俯冲至华北之下并发生自西向东的 “剪刀口式”闭合；(3)古特提斯洋闭合后，扬子陆块于240～200Ma深俯冲至华北之下(Wuetal., 2009)。在东侧，古太平洋自170Ma开始俯冲(Xuetal., 2013)，在140Ma时俯冲方向指向欧亚大陆内部(Sunetal., 2007)，华北进入长期弧后伸展阶段，广泛发育岩浆作用和伸展变形(Zhangetal., 2014)。地球物理探测显示，俯冲的(古)太平洋板片目前滞留在地幔过渡带中(Huang and Zhao, 2006)，其西边界已到达华北重力梯度附近(Xu, 2007)。由古太平洋滞留板片构成的大地幔楔结构自早白垩世开始形成(郑建平和戴宏坤，2018)，华北东部晚中生代-新生代的构造-岩浆变质过程一般被认为发生在由古太平洋滞留板片构成的大地幔楔框架内(徐义刚等，2018; 郑永飞等, 2018; Wuetal., 2019; Liuetal., 2021)。

作为世界上典型古老克拉通之一，华北广泛出露太古宙基底(Wuetal., 2005; Wanetal., 2012)，已发现最古老的岩石老于3.6Ga(Liuetal., 1992)，深部地壳也主体增生于太古宙时期(Jiangetal., 2013)。综合现有的构造-岩石-变质-地球物理等学科证据，华北克拉通的演化可以划分为两大阶段，即前寒武陆块增生、拼合(Zhaoetal., 2005; Zhai and Santosh, 2011)和显生宙板块汇聚背景下的克拉通破坏(吴福元等，2008; 朱日祥等，2012)。目前普遍认为华北地壳增生于晚太古代，并于太古宙-元古宙之交发生强烈地壳再造(翟明国，2008)，但有关当时存在的微陆块数量和拼合时间还有争议(Zhaoetal., 2005; 翟明国，2011)。一种观点认为，华北由5～8个太古宙陆核和陆核之间的绿岩带组成，拼合时间发生在晚太古代(白瑾等，1993; Wanetal., 2012)；另一种观点认为华北包括为东、西两个古老陆块，二者在古元古代时(～1.85Ga)沿着中部造山带拼合成统一陆块(Zhaoetal., 2005)，其中东部陆块在2.1Ga沿着胶辽吉带发生了裂解-拼合作用(Li and Zhao, 2007)，西部陆块由鄂尔多斯陆核和阴山地块在1.95Ga时沿着孔兹岩带拼合形成(Zhaoetal., 2005)。完成拼合后，华北克拉通整体被古/中元古代至古生代的巨厚、未变形地层覆盖，显示克拉通主体保持了长期稳定特征，在此期间，构造-岩浆活动较弱，仅有元古宙时期沿着古老陆块拼合带发生裂谷-岩浆事件(Peng, 2015)、早古生代陆核内部的金伯利岩活动(张宏福和杨岳衡，2007; Lietal., 2011)以及晚古生代-三叠世时期华北南、北缘分别发育与古特提斯洋和古亚洲洋俯冲有关的构造-岩浆活动(Zhangetal., 2014)。在侏罗纪和早白垩世早期，华北板块发生了以燕山运动为代表的构造-岩浆活动(Wong, 1927)，包括～160Ma和～140Ma时期的两幕挤压构造变形以及幕间伸展和岩浆作用(郑建平和戴宏坤，2018)。晚白垩世至新生代，华北主体处于(古)太平洋板片俯冲和后撤背景下的弧后拉张环境，发生强烈地壳伸展和地幔岩浆作用，明显失去稳定克拉通的特征，即克拉通发生了破坏(朱日祥等，2012; Wuetal., 2019)。

与地壳演化历史对应，华北岩石圈地幔也经历漫长复杂的演化过程，表现为出高度时空不均一性。在时间上，古生代金伯利岩一般富含金刚石，所携带的地幔捕虏体多见石榴石方辉橄榄岩(Menziesetal., 1993; 郑建平，1999)，它们具有太古宙的Re-Os同位素年龄且强烈富集不相容元素和放射性同位素组成(如143Nd/144Nd较低、87Sr/86Sr较高，Gaoetal., 2002; Chuetal., 2009)，指示当时岩石圈地幔具有巨厚、难熔、复杂交代的特征(Wuetal., 2006; Zhangetal., 2008)。相比之下，晚中生代-新生代玄武岩中的地幔捕虏体一般为尖晶石二辉橄榄岩(Xuetal., 1998; Zhengetal., 1998)，它们普遍记录显生宙的Re-Os年龄且具有亏损不相容元素和放射性同位素的特征(Rudnicketal., 2004; Zhengetal., 2007; Xuetal., 2008)，显示先存的克拉通岩石圈地幔在中生代已被新生的、弱交代的饱满地幔改造和最终置换(Menziesetal., 1993; 郑建平，1999, 2009; Xu, 2001；Zhangetal., 2008; Liuetal., 2019)。

在空间上，郯庐岩石圈深大断裂带内部新生代玄武岩中的地幔橄榄岩捕虏体(山旺，Zhengetal., 1998; 女山，Xuetal., 1998)主要是饱满的二辉橄榄岩，华北边缘(栖霞，Zhengetal., 1998; 四子王旗，陈燕等, 2004; 信阳，Zhengetal., 2005; 莒南，Yingetal., 2006; 韩国南部，Yangetal., 2010;狼山，Daietal., 2019)和内部古陆块拼贴带(汉诺坝，Rudnicketal., 2004; 阳原和繁峙，Liuetal., 2011)的地幔捕虏体也具有类似的情况，暗示古老难熔地幔已被强烈改造和置换(Wuetal., 2019)；远离陆块边缘和薄弱带的橄榄岩捕虏体(辉南，Xuetal., 2003; 宽甸，Wuetal., 2006; 阜新，Zhengetal., 2007)主要是过渡型的二辉橄榄岩，克拉通核部(如鹤壁)的地幔捕虏体主要是太古宙强烈交代型方辉橄榄岩(Zhengetal., 2001; Tangetal., 2006)。地幔组成的空间变化说明板内薄弱带和边缘是地幔改造的优先发生区。

捕虏体所揭示的岩石圈地幔减薄、改造和置换，也得到了基性火山岩组成演变的印证(Liuetal., 2008)，即>110Ma的玄武岩普遍具有岛弧型的微量元素组成和高度富集放射性同位素的特点，显示存在古老的、强烈交代富集的岩石圈地幔(Zhangetal., 2002; Gaoetal., 2008)；相反，<110Ma的玄武岩常表现出洋岛型的微量元素组成和亏损放射性同位素(Zhangetal., 2014; 徐义刚等，2018)，指示先存的交代岩石圈地幔已发生强烈减薄、改造并被弱交代地幔置换，岩浆源区主要是软流圈地幔(Maetal., 2014)。

综上所述，华北克拉通经历了太古宙和古元古代陆核增生和拼合过程，其东部在显生宙多板块汇聚背景下发生了强烈的克拉通破坏和岩石圈地幔减薄、改造与最终置换，特别是在内部薄弱带，克拉通西部主体保留有古老地幔。就其形成过程而言，众多小块体的拼合及其内部存在的薄弱带，有可能是其容易被破坏的一个关键隐患，多期次的环克拉通的周缘性俯冲则是导致华北克拉通最终走向破坏的关键驱动因素。

5 利用不同命运克拉通的地幔捕虏体对比研究，对揭示大陆命运制约因素可能有重要启示

不难看出，南非和华北都是典型的古老克拉通，都经历了太古宙和古元古代陆块增生和拼合过程，并形成了难熔的克拉通地幔；在后期的演化过程中，南非主体可能处于地幔柱或被动大陆边缘的环境，华北则受到来自不同方向的俯冲作用影响。在现今，南非和华北出现迥异的命运，前者保持了稳定克拉通特点，岩石圈地幔主体保持了难熔属性，在陆核边缘和克拉通底部存在饱满地幔，来自地球深部(甚至核幔边界)的地幔上升流仍在引起岩石圈的持续伸展(Heron, 2018; Cellietal., 2020)；后者已明显发生去克拉通化作用，特别是在其东部，先存的古老难熔地幔已被饱满地幔强烈改造和置换，只在西部有难熔地幔残留(Zhengetal., 2001)，大地幔楔背景下的软流圈上涌和岩石圈伸展还在继续(Zhuetal., 2021)。那么，造成南非和华北克拉通命运不同的关键因素是构造演化历史的差异？还是克拉通形成时地幔初始属性和形成条件不同？(1)如果是构造历史控制的，板块俯冲和地幔柱上涌哪种环境更利于克拉通保持完整稳定？亦即，不同的构造环境中产生的熔流体性质可能不同，地幔柱条件下通常产生富Mg、Fe的基性-超基性熔体，俯冲环境中则常见富Ca、Al、Si的熔流体，它们对克拉通地幔的交代改造能力是否有差异？这种差异是否最终会导致克拉通命运差异？(2)如果是地幔的初始条件有差异，究竟是由地幔属性差异、还是初始厚度不同所决定？对地球宜居性早期演化有何影响(Foleyetal., 2003; Miyazaki and Korenaga, 2022)？具体来讲，不同机制形成的地幔可能具有不同的性质和结构，地幔柱头冷却转换形成的岩石圈地幔理论上具有自下而上逐渐亏损、组成连续变化的特点，俯冲叠置形成的克拉通地幔则可能有更明显的内部薄弱带以及岩性不均一特征，这种初始组成结构的差异对大陆命运是否有影响？等等这些，都还不清楚！可见，对比研究不同命运克拉通的地幔捕虏体，如南非的和华北的金伯利岩携带的难熔的和交代程度不同的地幔捕虏体，特别是大陆地幔熔早期融条件和后期构造演化方面的对比，可能是揭示制约大陆命运因素的关键，可以提升对宜居星球演化的认知。值得指出的是，金伯利岩中的捕虏体大多经历了多期次的熔流体交代改造作用，有关早期演化的信息可能被不同程度掩盖或抹去，但在现有深地探测技术条件下，对比研究这些深部来源的直接物质仍可能是重要的努力方向。

谨以此文祝贺周新华研究员八十华诞。

致谢感谢张宏福院士的邀约以及刘金高教授和匿名专家的修改意见。