大型克拉通内盆地（Intracratonic Basins）的成因机制与深部地质动力学控制因子，一直是全球地学界广泛争论的焦点和前沿科学问题。位于华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地是一个典型的大型克拉通内盆地，其四周被不同走向的造山带/构造带（西缘贺兰山-六盘山、北缘阴山、东缘太行山、南缘秦岭-大别造山带）所环绕。长期以来，关于鄂尔多斯盆地在侏罗纪至早白垩世时期的演化，以及它与周缘逆冲断裂带之间的深浅耦合关系，依然存在显著争议。以往的研究往往侧重于盆地边缘的局部挤压，缺乏在全盆地尺度上对深部地幔动力与表层构造负载贡献的精细定量评估。围绕上述核心科学问题，我校地球科学与资源学院李雪岩博士，在刘少峰教授的指导下，利用大量的钻井和露头资料，建立了高分辨率的侏罗纪-早白垩世地层年代格架。团队运用 Airy Isostatic 回剥与 2D 弹性断裂板块挠曲回剥模拟（Flexural Backstripping）相结合的方法，成功将盆地的总沉降定量分离为：周边逆冲带负载引起的短波长挠曲沉降以及深部驱动的长波长残余沉降（Residual Subsidence）。通过将剥离出的剩余沉降与4D板块-地幔流动力学模型进行时空定量对比，为克拉通盆地的成因提供了全新的动力学视角。研究主要取得以下重要成果：

（1）定量提取侏罗纪-早白垩世鄂尔多斯盆地总沉降中的地幔动力分量

侏罗纪-早白垩世时期鄂尔多斯盆地的总沉降可以被定量分离为三个部分：沉积物负载沉降、逆冲带负载沉降和残余沉降。基于37口钻井和露头数据，重建了盆地侏罗纪-早白垩世时期的高分辨率的沉降演化历史（图 1）。这一结果通过Airy均衡回剥和挠曲均衡回剥方法实现。首先通过去压实校正获得盆地地层的总沉降（ToS），然后利用挠曲模型计算沉积物负载（SeFS）和盆缘逆冲带负载（ThFS）沉降。如果挠曲模拟得到的两种沉降量与总沉降量之间存在差值，则被称为残余沉降，即残余沉降（RS）通过公式RS = ToS - SeFS – ThFS提取。在153-136 Ma期间，残余沉降稳定增长至340-388米，平均振幅达175–197米，表现为长波长（数百公里尺度）和连续增加的特征（图2）。在盆地内部，总沉降由沉积物负载沉降和残余沉降组成，而盆缘逆冲带负载沉降对总沉降的贡献率可达60%以上，形成狭窄的前渊沉降带。

（2）定量提取出长波长、连续稳定增长的残余沉降，明确其具有平板俯冲引起的动力沉降特征。

研究表明，在去除沉积物负载和周缘造山带挠曲负载影响后，盆地内部存在明显的长波长残余沉降，且呈现由东向西连续增大并趋于稳定的演化趋势（在 153-136 Ma 期间，全盆残余沉降量稳定在 340-388 m）。这一可观测的残余沉降在空间分布特征、沉降幅度（177-197 m 振幅）以及时间演化趋势上，均与由 Izanagi板块向西平板俯冲诱发的动力沉降（Dynamic Topography）预测模型高度吻合，有力证实了地幔对流控制了克拉通盆地的主体空间构型。

（3）提出了大型克拉通内盆地演化的“地幔过程主导”二阶段成因演化新模型。

结合盆地边界重塑与物源-沉降中心的迁移历史，团队建立了鄂尔多斯盆地侏罗纪以来的两阶段演化动力学格局（图3）：第一阶段（中侏罗世，ca. 174-161 Ma）：Izanagi 板块初始低角度俯冲，地幔粘性拖拽产生长波长动力沉降，在盆地内部提供广阔的可容纳空间，触发了延安组沉积期大面积的湖泛与湿润气候下的煤系聚积；此时盆缘负载微弱，沉降由深部地幔过程主导。第二阶段（晚侏罗世-早白垩世，ca. 161-136 Ma）：板块俯冲速率增加，华北克拉通内部发生强烈的 NW-SE 向和局部 SSW-NNE 向陆内挤压变形，东侧太行山大幅度抬升剥蚀，西缘贺兰山-六盘山剧烈逆冲和侧向挤压反演，使得短波长挠曲沉降与长波长动力沉降发生强烈时空叠置，最终塑造了现今的稳定克拉通盆地格局。这一机制与美洲典型的“先挠曲、后动力”前陆盆地演化序列截然相反，充分彰显了远端板块俯冲对板块内部陆内变形与克拉通演化的独特控制机制。

图1 基于钻井数据构建的鄂尔多斯盆地侏罗纪-早白垩世年代地层框架

图2 鄂尔多斯盆地两条SW-NE向剖面挠曲沉降模拟结果

图3 鄂尔多斯盆地两阶段演化模型

上述研究得到了国家科技重大专项项目（2024ZD1001100）、国家自然科学基金项目（42241201、41820104004）、国家重点研发计划（2017YFC0601405）、石油勘探开发研究院项目以及深时数字地球（DDE）计划种子基金（GJ-C03-2023-002）等项目的联合资助。  研究成果发表在国际著名地学期刊 《Tectonics》上：Li, XY., Liu, SF.*, Wan, N., Zhang, B., Liu, GT., & Ran, CL. (2025). Mantle-induced dynamic subsidence in the Jurassic-Early Cretaceous Ordos Basin, North China. Tectonics, 44, e2024TC008707.

全文链接：https://doi.org/10.1029/2024TC008707