造山带的地壳厚度和地形地貌，与造山过程密切相关，不仅影响着大陆的稳定性和构造演化，更与大气环流和降雨等气候要素密切相关。定量估算造山带的古地壳厚度和古高程，对理解地球系统过程，特别是构造、地貌和气候之间的互馈机制，具有重要意义。作为典型的中生代安第斯型大陆边缘，东亚东部陆缘为研究构造、地形和气候之间的相互作用提供了契机。晚中生代，古太平洋板块俯冲诱发了安第斯式造山作用，导致东亚东部陆缘可能形成了一条海岸山脉，造就了“东高”地貌，与现今“西高东低”地貌格局形成鲜明对比。然而，如何约束造山过程的古地壳厚度演变、量化“东高”地貌及其气候影响，一直是一个具有挑战性的科学问题。
地壳厚度直接影响斜长石、角闪石、石榴子石等矿物的稳定性，进而控制俯冲相关中酸性岩浆的Sr/Y比值。低压条件下，斜长石稳定而角闪石和石榴子石不稳定，Sr相容而Y不相容，导致低Sr/Y比值；高压条件下，Sr/Y比值升高。因此，俯冲相关岩浆的Sr/Y比值可反映地壳部分熔融和早期岩浆分异作用的压力（即地壳厚度）。值得注意的是，岩浆后期的斜长石堆晶或分离结晶会导致异常的Sr/Y和Rb/Sr比值：堆晶会导致Sr/Y升高和Rb/Sr降低；分离结晶会导致Sr/Y降低和Rb/Sr升高。除此之外，地壳厚度还会影响地幔的部分熔融程度，从而控制弧玄武岩的Ce/Y比值变化。基于上述原理，前人基于近现代俯冲相关岩浆岩的Sr/Y和Ce/Y比值与实测地壳厚度（即Moho深度）的协变关系，建立了中-酸性岩浆岩Sr/Y和基性岩Ce/Y与地壳厚度之间的公式，并成功重建了科迪勒拉和阿巴拉契亚等多个造山带的地壳厚度演变。东亚东部陆缘发育大规模（> 200,000km2）与俯冲相关的晚中生代岩浆岩（图1），呈NE-SW向带状展布，是重建古地壳厚度演变的理想载体。本研究建立了华南晚中生代岩浆岩的岩石学、地球化学和年代学数据库，参考前人建立的筛选标准，对数据进行了严格筛选，排除了因斜长石堆晶或分离结晶导致的Sr/Y和Rb/Sr比值异常的样本（标准及方法见原文）。在此基础上，利用符合标准的岩浆岩Sr/Y和Ce/Y比值，重建了东亚陆缘晚中生代地壳厚度演变，结合重力均衡公式估算了海岸山脉的古高程，并开展古气候模拟揭示了海岸山脉对东亚气候的影响。
图1 华南大陆及邻区主要断裂、褶皱和岩浆岩分布图。右下角为东亚大陆构造纲要图
图2基于中-酸性岩浆岩Sr/Y（A）和基性岩Ce/Y（B）比值重建的古地壳厚度随时间变化图。实线为利用OriginPro®2024b获得的地壳最大厚度数值多项式回归拟合曲线
图2展示了东部陆缘古地壳厚度随时间的变化规律。在晚侏罗世-早白垩世（160-125 Ma），岩浆岩的Sr/Y比值逐渐下降，表明古地壳厚度从50-60km减薄到20-30km。125-120Ma，Sr/Y比值开始上升，至110-105Ma达到最高点，对应地壳增厚至50-55km（图2）。105-95Ma，Sr/Y比值逐渐减小，反映地壳再次减薄，至95Ma减薄至<40km。基性岩Ce/Y结果表明，120-105 Ma，古地壳厚度从~25 km增厚至45-50 km，随后105-80 Ma，地壳减薄至30-40 km（图2）。总体上，Sr/Y和Ce/Y结果揭示的地壳厚度变化规律基本一致。地质和地球物理资料证实，晚白垩世伸展是对华南东部地壳影响最深远且最年轻的构造事件，华南东部主体地壳结构形成于晚白垩世。Sr/Y和Ce/Y结果一致表明，晚白垩世地壳厚度为30-40km，这与地球物理探测（例如深反射地震和接收函数）获得的莫霍深度相吻合，进一步验证了结果的可靠性。同时，Sr/Y和Ce/Y结果均证实，晚侏罗世-白垩纪，地壳经历了“周期性减薄和加厚事件交替”，与基础地质资料记录的“幕式伸展和挤压变形交替”的构造演化序列吻合。
图3华南晚侏罗世-白垩纪构造演化模型图。（A）晚侏罗世-早白垩世，地壳伸展断陷，形成了一系列盆地、伸展穹隆或变质核杂岩（MCC）构造，伴随大规模的岩浆侵位和火山喷发，可能与海沟后撤和板片回卷有关；（B）早白垩世末期，以挤压变形和地壳加厚为主，其导致盆地反转、陆缘造山和海岸山脉形成，可能与板片的低角度前进式俯冲有关；（C）晚白垩世，地壳强烈断陷，形成广泛的盆地和伸展穹隆构造，海岸山脉垮塌，可能与俯冲板片后撤有关
晚侏罗世-早白垩世（160-120Ma）地壳减薄事件与区域伸展和岩浆爆发的时间一致，暗示它们之间存在成因联系。构造变形解析表明，伸展的主应力场方向为NW-SE，其导致区域性地壳断陷，形成了一系列NE-SW走向的盆地和伸展穹隆（或变质核杂岩）构造，并诱发了大规模岩浆活动（图1）。这期伸展事件可能与海沟后撤和板片回卷诱发的弧后扩张作用有关（图3A）。早白垩世末期（120-105Ma）的地壳加厚与区域性NW-SE挤压事件吻合，其导致早期断陷盆地反转，长乐-南澳和莲花山断裂带强烈变形变质（图1），造成东部陆缘地表抬升，形成“东高”地貌。这期挤压事件的动力学，可归因于板片的低角度前进式俯冲（图3B）。值得注意的是，地壳缩短加厚通常会形成高密度的地壳根（crustal root）。然而，地球物理资料均显示现今华南东部缺乏加厚地壳，表明先前的地壳根已被移除，这可能与本研究揭示的晚白垩世地壳伸展减薄有关。这期伸展事件造成岩石圈减薄，地壳强烈断陷，形成盆地和穹隆构造（图1），并导致海岸山脉垮塌，“东高”地貌消失，取而代之的是伸展相关的盆岭地貌格局。这期伸展事件的动力学机制，可能与板片后撤有关（图3C）。
图4 安第斯山脉海拔（h）与地壳厚度（z）的关系及建立的重力均衡公式
在获得古地壳厚度的基础上，结合重力均衡原理，本研究采用两种方法，重建了古高程演变。方法1：基于华南现今“原位”地壳厚度与高程之间的协变关系，通过白垩纪古地壳厚度来估算古高程；方法2：考虑到海岸山脉已不复存在，现今均衡补偿参数（如壳幔密度）可能与白垩纪不同，而晚中生代东亚陆缘具有安第斯型汇聚大陆边缘属性，因此，我们统计了安第斯山脉的高程和地壳厚度等参数，建立了适用于安第斯型造山系统的重力均衡公式（图4），进而应用其进行计算。我们对两种方法的优缺点进行了讨论，并对比了两种方法获得的古高程结果，95%的高程差值<500 m，表明结果可靠。结果揭示，早白垩世末期（120-105 Ma），东部陆缘因地壳加厚导致均衡抬升，形成的高海拔至少达2500 m（图5）。这一结果，与古土壤碳酸盐团簇同位素、大气-海洋环流模拟和裂变径迹模拟等估算的结果基本吻合（图5），为我国白垩纪“东高”地貌提供了定量约束。
