地幔柱+残余块体“共舞”！中国盆地形成有新解
发布时间：2025-09-29 13:42:04 浏览量：2
咱们直接说正事，中国的松辽盆地、渤海湾盆地这些地方，底下藏着巨厚的沉积层，而这些沉积层跟油气资源关系特别近。
但有个问题一直困扰着科学家：这些盆地沉得比预想中深多了，以前的经典理论根本解释不了。直到中国科学院徐义刚院士团队把目光投向地球深部，才发现原来底下有个“放大镜”在起作用。
首先得搞明白，盆地这东西咋来的，其实就是地势低的地方，河流、湖泊、海洋把泥沙之类的沉积物带过去，堆久了就形成厚地层。
对于裂谷盆地这种类型，地球物理学家McKenzie早在1978年就提出过“纯剪切拉伸模型”，说它的沉降分两步走。
第一步是构造沉降，地壳被拉薄了就往下沉，形成初始盆地，这时候岩石圈底部还容易被地球内部的热量加热。
第二步是热沉降，岩石圈慢慢冷却，密度变大就接着下沉，这个过程能持续几千万年甚至上亿年，要是没别的地质活动干扰，盆地基底深度会慢慢稳定下来。
说实话，这个模型以前在很多地方都挺好用，但到了中国的松辽盆地、渤海湾盆地，就彻底“卡壳”了。
比如松辽盆地白垩纪的时候，基底在岩石圈应力平稳后，突然又加速往下沉，现在的沉积层厚度超6000米，可按经典模型算，顶多也就4000米，差得不是一点半点。
渤海湾盆地也一样，新生代的沉降深度也远超理论预测。本来想是不是前人研究漏了什么细节，比如周缘俯冲、岩浆底侵这些地质活动，但后来发现不是漏了，是这些活动根本解释不了这种“异常”。
这些盆地的异常沉降都集中在薄陆缘岩石圈的狭长区域里，经典理论覆盖不到这种情况，这时候就特别需要新理论来补这个缺口。
为了弄清楚咋回事，中国科学院广州地球化学研究所的徐义刚院士团队，把探究方向从地表往地球深处挪了挪，毕竟地表解释不通，问题大概率出在底下。
他们观测到一个关键现象：在松辽、渤海湾这些异常沉降区域的正下方，深部地幔里同时存在两种东西：一种是往上涌的地幔柱，另一种是地震波速度特别快的“残余块体”。
这残余块体说白了，就是俯冲板块或者拆沉的岩石圈块体，密度比周围大，所以地震波穿过去的时候速度会变快。
接下来就是数值模拟了，老实讲，这个过程挺费功夫的。团队试了好多组参数，一开始结果都不对，地幔柱往上涌的时候，只会让地表抬起来，跟要解释的“沉降”完全反了。
本来以为是不是参数设置有问题，反复调整后才发现，只有当660公里深处满足两个条件：相变密度跳变够大，而且相变克拉贝龙斜率超过某个值时，情况才会变。
这时候，地幔柱还没到岩石圈底部，地表就会先沉下去，形成宽1000到2000公里、深几十米到800米的区域，而且岩石圈越薄，沉得越明显。
为啥会这样？因为这时候地幔上涌会在岩石圈底部诱发快速的离散对流场，对流场一拽，岩石圈就被拉薄、往下沉了。
不过这沉降不持久，等地幔柱到了岩石圈底部，地表又会抬回去。
它就像个“队友”，跟地幔柱配合着来，残余块体往下沉的时候，会引发地幔对流，让地幔岩的粘滞系数降低，这样地幔柱往上涌的速度就变快了，离散对流场的力量也更强了。
如此一来，沉降幅度能从几百米变成一公里级，沉降中心的宽度却缩小到200公里左右。
更有意思的是，地幔柱的路径会偏折，导致沉降中心不在地幔柱正上方，而且只有一侧会抬回去，另一侧的低洼地形就保留下来了，这就是盆地能一直“沉”着的原因。
现在终于清楚了，那个残余块体，其实就是地球深部的“放大镜”。它能把地幔柱对地表的影响放大，还能聚焦在狭长区域里，让那里形成能长期维持的沉降，徐义刚院士团队把这叫“残余块体对地幔上涌的透镜式聚焦效应”。
说实话，这个发现的价值可不只停留在理论上，首先，它把“深部过程怎么影响地表”说清楚了，以前大家可能觉得地表的地质现象跟底下没关系，现在看，底下的“小动作”能直接决定地表盆地的样子。
而且，要是哪个地方同时出现下地幔低波速结构、上地幔高波速结构，还有浅表狭长区域的异常沉降，那就说明底下可能有快速上涌的地幔柱，这为判断深部地质活动提供了新依据。
更实际的是，这对找油气太有用了，油气资源喜欢藏在厚沉积层里，以前可能瞎找，现在知道哪个地方有这种“放大镜”效应，就往哪找，效率能提高不少。
比如渤海湾盆地，后来靠着这个理论指导，新增的油气探明储量超10亿吨，这可不是纸上谈兵的成果。
对比一下国外的例子，比如黄石-斯内克河平原，底下也有地幔柱活动，但因为没有残余块体这个“放大镜”，就没形成像中国这样的厚沉积盆地。
如此看来，中国这些大盆地的形成，还真是“天时地利”，刚好有地幔柱和残余块体这俩“主角”配合，才搞出这么特殊的地质景观。
毫无疑问，这个研究不光解了中国盆地异常沉降的谜，还为地球科学研究提供了新思路。
以后再探究类似的地质现象，说不定大家都会先想想：底下是不是也有这么个“放大镜”在起作用？地球深部的奥秘还有很多，等着科学家慢慢挖，而每一次新发现，都能让我们更懂这颗星球。
