克拉通是地球上最古老、相对稳定的大陆核心区域，由于其厚实的岩石圈根部，历来被认为是地球上保留最持久、难以破坏的地区。然而，近年来的研究发现，一些克拉通区域在深部地幔过程和板块运动的作用下，可能经历了显著的变形甚至部分破坏。这对克拉通长期稳定性的传统认识提出了挑战，并引发了对克拉通变形机制的广泛关注。尽管已有研究表明，克拉通变形可能与俯冲板块、深部地幔柱等动力学过程密切相关，但其具体机制仍未完全理解。因此，一个核心的基础科学问题亟待解决：究竟是什么引发了克拉通的变形与破坏？

为解答这一科学问题，中国地质大学（北京）刘少峰教授团队与国际科学家合作，开展联合研究。团队利用了先进的四维地幔流动模型，整合岩石圈变形、地震层析成像以及地表地形演化等多种数据，系统研究了自晚中生代以来华北克拉通的变形过程，取得了以下创新性认识：

1.平板俯冲导致岩石圈收缩与加厚：研究发现，在平板俯冲的初期阶段，俯冲板片向内陆的运动导致岩石圈发生了显著的收缩和加厚。这种作用不仅使得克拉通岩石圈内部发生变形，还对地表地形产生影响（图1-3）。

2.板片回撤引发岩石圈伸展与减薄：随着俯冲的板片后撤，原本被压缩的岩石圈开始发生伸展和减薄。该过程不仅改变了岩石圈的厚度，还对区域地貌和沉积环境产生了重要影响，控制了盆地的形成与沉降中心的迁移（图1-3）。

3.大地幔楔形成与克拉通变形：研究表明，在板片回撤过程中，俯冲的板片与660公里深度的黏度跳变和相变相互作用，形成了大地幔楔。这一过程不仅驱动了克拉通岩石圈的变形，还导致大洋板片与软流圈之间发生强烈的交代与部分熔融，进一步加剧了克拉通岩石圈底部的加热和侵蚀。因此，平板回撤俯冲引发的大地幔楔的形成与演化是导致克拉通破坏的主要因素 （图 4）。

图 1  东北亚可变形板块构造重建

图 2  华北地区裂谷盆地和挠曲盆地的构造沉降曲线

图 3 板片俯冲演化

图4  平板俯冲-后撤、大地幔楔形成与克拉通变形的概念模型

上述研究成果以“平板后撤式俯冲诱发克拉通变形”（Craton deformation from flat-slab subduction and rollback）为题，发表在国际著名期刊《Nature Geoscience》上。刘少峰教授为该论文的第一作者和通讯作者，合作者包括刘少峰教授团队成员张博、马鹏斐、林成发、万能和冉成泷，以及西北大学和塔斯马尼亚大学的Simon Williams 教授和加州理工学院的Micheal Gurnis 教授。中国地质大学（北京）为第一署名单位。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院先导项目（B类）、国际地科联深时数字地球国际大科学计划种子基金项目及深时数字地球前沿科学中心项目的联合资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-024-01513-2。