板内裂谷的形成和演化为我们理解板块内部动力学和地壳演化提供了关键视角，涉及板内伸展应力、地壳热结构变化和岩石圈挠曲等复杂因素。位于华北克拉通内的山西裂谷系是亚洲最大的裂谷之一（图1），其形成机制和演化历史仍存争议，为研究上述科学问题提供了重要素材。

尽管已有研究对山西裂谷的部分剥露历史和构造演化提出了假设，但其具体驱动机制和时空演变过程尚未完全明确。为解决这一问题，吉林大学李世超教授团队与国内外学者合作，采用低温热年代学分析，结合地震反射剖面数据，系统性地研究了山西裂谷的剥露速率变化，揭示了裂谷关键构造活动阶段及其与深部动力学的关系。这项研究为深入理解板内裂谷的形成机制及其与区域构造背景的相互作用提供了新的见解。

具体研究成果如下：

图1 华北山西裂谷系区域地形与新构造图

1. 研究揭示了山西裂谷系的时空剥露模式。低温热年代学数据显示，裂谷肩的剥露历史存在显著的空间和时间差异（图2）。北部和中部地区的剥露主要发生在晚侏罗世至早白垩世，而南部集中在新生代。剥露速率模型表明，150-130 Ma期间，北部的恒山、五台山和吕梁山剥露显著，随后剥露范围逐渐向南扩展（图3）。特别是30 Ma以来，裂谷南部剥露速率显著增加。同时，北部在35 Ma后快速冷却，反映出新生代构造活动的影响（图4）。

图2 （A）山西裂谷系侧翼低温热年代学数据集的稳态剥露速率;（B）低温热年代学数据集的闭合深度

图3 山西裂谷系近150Ma以来的空间剥露历史，时间间隔为10Ma

图4山西裂谷北部口泉山基岩样品的磷灰石裂变径迹热历史模拟结果

2. 确定了山西裂谷系的构造演化过程：讨论了板内挤压与伸展的构造驱动因素，包括晚侏罗世—白垩世期间Izanagi板块向欧亚大陆的俯冲导致华北克拉通的挤压和后续的伸展（图5）。在始新世—渐新世，印度与欧亚板块的碰撞和太平洋板块的俯冲回退共同影响了区域的伸展。在中新世，青藏高原的隆升和太平洋板块的后撤进一步影响了山西裂谷系的剥露和伸展。

图5 东亚晚中生代以来的地球动力学模型

3. 确定了山西裂谷系的形成过程：山西裂谷系的形成可分为自中生代以来的四个主要阶段：（A）晚侏罗世：构造缩短导致地层褶皱和逆冲断层作用，造成逆冲断层上盘岩石的冷却剥露。（B）白垩纪：裂谷肩两侧的剥露，导致伸展性隆升、侵蚀，并在伸展裂谷盆地中沉积碎屑物质。（C）古近纪至新近纪：地壳发生水平伸展，岩石圈减薄，软流圈物质上涌，山西裂谷系开始形成。（D）晚中新世以来：裂谷系经历持续的伸展，逐步演化为成熟的裂谷体系。

以上研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊《GSA Bulletin》上，博士研究生王洪涛为论文第一作者，李世超教授为论文通讯作者，参与本项研究的还有杨小鹏、Andrew V. Zuza（University of Nevada）、刘方斌（齐鲁师范学院）、Thomas C. Sheldrick（University of Leicester）、何笑琪和张进（中国地质科学院地质研究所）。该工作由国家自然科学基金（41872234）和吉林省教育厅科学技术研究重点项目（JJKH20241255KJ）的联合资助。研究的详细信息请参考原文。

论文信息：

Hong-Tao Wang, Shi-Chao Li*, Xiao-Peng Yang, Andrew V. Zuza, Fang-Bin Liu, Thomas C. Sheldrick, Xiao-Qi He, Jin Zhang, 2024. Exhumation history of the Shanxi Rift, Central Asia, derived from low-temperature thermochronology: Geological Society of America Bulletin. doi: https://doi.org/10.1130/B37693.1