​​編者按：

2025年3月26日淩晨1時21分，河北省廊坊市永清縣發生4.4地震；淩晨1時25分，永清縣再次發生2.9地震，京津冀地區居民紛紛表示午夜時分被手機預警聲喚醒。

這兩場有驚無險的地震，再次將公眾的目光聚焦於華北大地深處——作為全球最"活躍"的古老克拉通，“華北克拉通”究竟隱藏著什麼樣的秘密？

01 古老大陸也在演化

大陸主要由“克拉通”和“造山帶”組成，其中克拉通佔大陸表面積的50%以上。那麼，什麼是克拉通呢？它是由英文“craton”直譯而來的地球科學術語，源自於希臘語中“力量”(κράτος）一詞。其含義為“地球上最古老的陸地板塊，缺乏明顯的火山活動或大地震的大陸”。克拉通又可進一步分為古老的基岩暴露在地表的“地盾”，以及基岩上覆蓋著沉積岩的“地台”。克拉通研究被認為是認識大陸演化的核心。傳統理論認為，克拉通是穩定的。克拉通之所以能夠長期穩定存在，主要是因為它有一個巨厚而且剛性的“岩石圈根”，即位於克拉通地殼之下的古老岩石圈地幔。

我國境內分佈有3個克拉通，它們分別是華北克拉通、揚子克拉通和塔里木克拉通。與全球其他克拉通相比，華北克拉通是研究大陸演化的最佳切入點，這是因為它經歷了非常複雜的演化過程。華北克拉通形成於18億年前，由東西兩個古老地塊聚集而成，直到2億年的中生代一直保持穩定。

我國境內的 3 個克拉通包括從甘肅陝西到遼寧和朝鮮半島的華北克拉通，從我國西南到長江中下游的揚子克拉通，以及新疆的塔里木克拉通。從圖中可以明顯看到，相比於揚子克拉通和塔里木克拉通，華北克拉通內部發生了數量更多的地震（包括 1976 年造成 24 萬餘人喪生的唐山大地震 )，這表明華北克拉通失去了穩定性。

但是，2億年以來卻不穩定了，發生了強烈的地殼變形、大規模的岩漿活動和大地震，如我們熟知的1966年邢臺地震、1975年海城地震、1976年唐山地震等。筆者將這種克拉通屬性整體喪失的地質現象稱為“克拉通破壞”。岩石圈減薄只是華北克拉通演化的表像之一，而克拉通破壞才是其演化的本質所在。這一研究不僅揭示了大陸演化的普遍規律，也改變了古老克拉通“一成不變”的傳統認識。

02 華北克拉通破壞是什麼？

克拉通岩石圈厚約200千米，而目前人類鑽探的最大深度只有12.3千米，僅僅只是地球的表皮。“入地難於上青天”，地球科學家無法進入岩石圈內部直接觀測或採集樣品進行研究。好在地球本身的火山噴發或岩漿活動等過程，能夠將深達數百千米的物質帶到地表，正是這些天然的地球深部岩石樣品，為科學家認識華北克拉通岩石圈的物質性質提供了重要的途徑。

經過十多年的努力，我們最終通過對華北克拉通深部結構的密集流動地震台陣探測，獲得了華北克拉通岩石圈高解析度圖像，從而確定了華北克拉通東部岩石圈薄，地殼變形強烈，屬於克拉通嚴重破壞的區域；華北克拉通西部岩石圈較厚，無明顯地殼變形，主體仍然保持著穩定的狀態，屬於穩定區；華北克拉通中部岩石圈厚度介於東部和西部之間，地殼發生了一定程度的變形，部分岩石圈地幔的組成和屬性發生了改變，屬於改造區。總之，從東到西，華北克拉通破壞的程度逐漸減弱，東部地區強烈破壞，中部地區僅部分破壞，西部地區基本沒有破壞。

朱日祥提出以流動地震台陣探測華北克拉通深部結構的研究思路，通過大規模天然地震觀測，獲得了華北克拉通岩石圈的高解析度結構資訊。發現了東部陸塊岩石圈（厚約 60 ～ 100 千米）明顯不同於典型克拉通型岩石圈結構，西部陸塊岩石圈（厚達 210 千米）則保持典型克拉通的特徵，而中部陸塊地殼則介於東部和西部之間。圖中等值線（單位為千米）表示岩石圈的厚度。

那麼，華北克拉通破壞發生在什麼時候呢？要回答這個問題，先要明確克拉通破壞的標誌是什麼。大規模的岩漿活動、地殼變形、成礦作用等是克拉通破壞的典型標誌。採用新近發展起來的分析測試技術，對岩石（包括礦石）中挑選出來的礦物開展了高精度的同位素定年研究，我們確定克拉通破壞的諸多標誌性事件都集中出現在1.25億年前（白堊紀早期）左右。也就是說，華北克拉通破壞的高峰期為1.25億年前。

03 克拉通破壞的科學意義

在傳統的認識中，大陸被認為是一成不變的，只是隨著大洋板塊的運動而隨波逐流。克拉通破壞的發現，促使人們重新思考大陸演化的整體面貌。大陸通過漂移、碰撞而發生拼合，進而變成穩定的克拉通，但這並不是大陸演化的終結。在受到周邊大洋板塊的俯衝作用影響時，克拉通會發生破壞；待到深部地幔恢復到正常狀態時，上部大陸又趨於穩定，形成新的克拉通。新舊更替，周而復始，作為一種重要地球動力學過程的克拉通破壞是大陸演化的關鍵一環。

通過研究華北克拉通建立的“克拉通破壞”理論，首次發現大洋與大陸板塊之間的相互作用導致克拉通破壞與大陸增生，是全球大陸演化的普遍規律。這些發現為進一步認識大陸演化，如陸內造山與成礦提供了新的研究途徑，並發展了板塊構造理論，為建立新的大陸演化理論體系打下了基礎。克拉通破壞理論還提出預測，我國膠東地區深部可能存在巨量的黃金資源。根據這一理論指導，在膠東三山島西嶺礦區實施了中國岩金第一深鑽（4000米超深鑽探），在地下1000多米處發現黃金儲量約800噸。更重要的是，克拉通破壞理論為國家將遼東地區作為黃金接替基地提供了科學依據：膠東地區有多個超大型金礦床，黃金資源約佔全國三成，而遼東地區僅發現少量金礦床。由於膠東與遼東地區具有相似的古老大陸地殼，它們在中生代具有非常類似的地質、構造和岩漿演化史，同樣經歷了克拉通破壞的影響。因此，遼東地區有著蘊藏大量金礦床的潛力。華北克拉通破壞研究引導了國家深地資源探測重大研發專項的實施，為深部找礦提供了國之利器。

作者簡介

​朱日祥，本科畢業於山西大學物理系，於中國科學院地球物理研究所獲碩士學位，於中國科學院地質研究所獲博士學位，法國奧爾良大學榮譽博士。中國科學院院士，第三世界科學院院士，美國地球物理聯合會會士。

長期從事地球科學基礎理論和實驗研究。在地磁極性倒轉、地磁場與地球深部過程相關性、克拉通破壞以及全球構造等領域取得了富有創新的成果。曾獲首屆法國科學院“法中獎”、第三世界科學院首屆地球科學獎、中國科學院傑出科技成就獎、國家自然科學二等獎、何梁何利科技進步獎。因華北克拉通破壞的研究榮獲 2020 年度陳嘉庚科學獎。

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​本文摘編自雜誌2020年第9期，文章內容略有刪改，文中圖片除標註外均源自雜誌2020年第9期。

新媒體編輯 | 周濛