研究背景与前人工作和认识

华北地区岩石圈演化历史复杂，导致现今岩石圈热结构和流变学结构具有强烈的非均匀性；同时华北地区的许多有用矿产资源的形成，与其岩石圈的热状态、构造—热事件和相应的动力学过程密切相关，是本次专项计划提出的“实现地表地质工作与深部地质工作的结合，为划分中国岩石圈结构构造单元和创立中国大陆岩石圈形成演化理论提供突破口”的典型区段之一。

对华北地区而言，最引人注目的地质现象是自燕山期以来大陆岩石圈发生了巨大的减薄作用，可能丢失了约100～150km的岩石圈根带；新生代以来华北东部地区陆壳厚度也明显减薄。在华北地区的地学研究中，岩石圈热状态的研究是不可或缺的重要组成部分。总结岩石圈热结构特征将为划分华北岩石圈结构构造单元提供地热学方面的参照。

华北地区大地热流实测值数量约占我国大陆地区的30%（Wang Jiyang et al.,1996），前人对辽河盆地、鄂尔多斯西部等地区的岩石圈热结构亦有研究文章发表。但前人的地热学研究仅仅局限于地热学本身，方法单一，没有对岩石圈流变学性质进行研究，没有讨论岩石圈热结构与其他物理性质的关系，也没有探讨大地热流对岩石圈整体化学成分的制约关系，同时划分的岩石圈热—构造单元不尽合理。所以，十分有必要以当今最新的认识和研究方法对华北地区岩石圈热结构和相关的关键科学问题进行创新性的研究和总结。

20世纪90年代后期以来，对华北地区的地热学研究大为减少。本章作者攻读博士学位期间，在汪集旸院士指导下以中国大陆和海域及邻区大地热流实测值为基础，编制了中国及邻区1 °×1 °热流分布图和中国及邻区大地热流图（1 °×1 °网格精度），并对中国大陆主要沉积盆地的岩石圈热结构和流变学强度进行了计算（汪洋，1999a;Wang Yang et al.,2000）。在此研究中，发现了受岩石圈热状态制约的中国大陆岩石圈流变学强度空间非均匀性，并且认识到这种流变学非均匀性是影响中国大陆现今构造变形格局的重要因素（汪洋，1999a,b;Wang Yang et al.,2000）。此外，还发现中国大陆东部的大地热流及地幔热流的空间分布格局与邓晋福等（1996）根据新生代玄武岩分布提出的中国东部新生代岩石圈大地构造格架相吻合（汪洋，1999a）。同时，根据对中国大陆热流空间分布的小波变换分析，发现400～1000km尺度的上地幔对流胞是影响中国大陆及邻区热流分布的重要深部动力学因素（汪洋，1999a）。因此，根据华北地区大地热流资料，采用深部地热学的方法，将地质模型的定性分析与模拟计算等定量研究相结合，首先探讨研究区地壳平均生热率及其横向变化，检验区域地球化学研究得到的地壳成分模型的放射性生热元素铀、钍、钾丰度是否可靠，讨论由地壳平均生热率所反映出的华北地区地壳成分特征；其次，根据地壳成分研究得到的生热率信息进行岩石圈热状态和流变学结构的计算，以此为基础讨论华北地区岩石圈厚度、岩石圈流变学强度的横向非均匀性。

同时还探讨了前人尚未加以关注或很少予以关注的一些与深部地热学密切相关的重要科学问题，主要包括：①大地热流资料对区域地球化学研究得到的地壳成分模型的铀、钍、钾丰度值的检验；②根据大地热流资料研究中国大陆地区的地壳平均生热率及相关的铀、钍、钾元素丰度的上限约束；③利用地壳平均生热率推算地壳整体的Si O₂质量分数（含量）；④采用Monte Carlo法反演陆壳平均生热率和地幔热流值；⑤华北地区岩石圈有效弹性层厚度（EET）的计算；⑥岩石圈流变学强度横向非均匀性的构造动力学意义。

我们在对中国大陆主要构造单元热流值与构造－热事件时代关系的统计研究中，采用按构造单元平均值进行统计的方法，从而在很大程度上克服了按热流实测值统计所带来的数据分布地理偏差对统计结果的不利影响。

本章工作是在充分发掘大地热流资料的基础上开展的，主要通过有针对性地采用一些新的研究方法和提出新的研究思想，以实现充分发掘热流数据所反映的研究区地壳成分、岩石圈热状态及流变学特征等深部地球化学和地球物理信息的目的。我们根据前人（Rudnick and Fountain,1995）发表的全球典型地壳单元Si O₂质量分数及平均生热率数据，统计得到两者的线性相关关系，提出可以以此关系利用地壳平均生热率推算相应地区的地壳Si O₂质量分数。同时，采用Monte Carlo反演方法制约陆壳生热率和地幔热流，也是此次研究中采用的新方法。