地大新聞網(wǎng)訊（通訊員 蔣冰）近日，由地空學(xué)院熊熊教授帶領(lǐng)的地震與地球動(dòng)力學(xué)課題組與國(guó)外合作者，在國(guó)際著名期刊《自然-地球科學(xué)》(Nature Geoscience)發(fā)表了題為《上覆板塊巖石圈地幔拆沉控制青藏高原的隆升》的學(xué)術(shù)論文。論文通過(guò)二維熱-力學(xué)數(shù)值模擬的方式，提出了青藏高原生長(zhǎng)的新機(jī)制，重現(xiàn)了青藏高原的隆升過(guò)程，為青藏高原的構(gòu)造—巖漿演化提供了綜合的解釋。論文的第一作者與通訊作者為地空學(xué)院2020級(jí)博士生謝媛。
由于印度板塊與歐亞板塊的碰撞，誕生了地球上的一大地質(zhì)奇跡——青藏高原。它以寬度超過(guò)1000公里，平均海拔超過(guò)4500米，被譽(yù)為“世界屋脊”與“第三極”。這一獨(dú)特的地貌是由構(gòu)造板塊相互作用、地殼變形和造山過(guò)程的相互作用而形成，其生長(zhǎng)是新生代以來(lái)最重要的地質(zhì)構(gòu)造事件之一，對(duì)亞洲地區(qū)乃至整個(gè)地球的氣候變化，地質(zhì)演化與生物演化具有重大影響。因此，青藏高原的起源一直是地球科學(xué)界研究的中心課題之一。而是什么機(jī)制形成并且維持著青藏高原如此寬廣且高大地形一直備受爭(zhēng)議。
任何關(guān)于高原的演化的模型，都必須解釋以下觀(guān)測(cè)結(jié)果：古高度研究所約束的高原多階段生長(zhǎng)，高原巖漿活動(dòng)的時(shí)空分布，以及地球物理探測(cè)發(fā)現(xiàn)的高原底部地震波低速異常。這些一階觀(guān)測(cè)建立了深部動(dòng)力過(guò)程、巖漿活動(dòng)、構(gòu)造活動(dòng)和地表過(guò)程之間的聯(lián)系，但一個(gè)能夠整合所有這些觀(guān)測(cè)的模型依舊缺失。因此，論文基于印度板塊—?dú)W亞板塊匯聚的地質(zhì)演化背景，通過(guò)二維巖石學(xué)—熱力學(xué)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)研究，首次提出了“上覆板塊巖石圈地幔拆沉”這一概念，即由于俯沖與部分熔融作用而導(dǎo)致的上覆板塊巖石圈地幔逐步剝離的深部動(dòng)力過(guò)程。論文系統(tǒng)地測(cè)試了不同參數(shù)對(duì)于這一動(dòng)力過(guò)程的影響，結(jié)合前人的研究結(jié)果和觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析對(duì)比了數(shù)值模擬結(jié)果與青藏高原生長(zhǎng)的一階特征，包括古高度數(shù)據(jù)所指示的青藏高原的地形演化、地球化學(xué)證實(shí)的巖漿活動(dòng)分布以及地球物理探測(cè)的高原現(xiàn)今深部結(jié)構(gòu)，旨在為青藏高原的生長(zhǎng)及其一階特征的來(lái)源提供一個(gè)新的、自洽的動(dòng)力學(xué)解釋。
覆板塊發(fā)生的巖石圈地幔拆沉的數(shù)值模擬結(jié)果，顯示了歐亞板塊的巖石圈地幔從巖石圈中剝離的過(guò)程并造成了青藏高原的隆升(圖1)。這一過(guò)程的發(fā)生來(lái)源于印度板塊脫水形成的部分熔融物質(zhì)的上涌與聚集，在弧前與弧后區(qū)域形成了一個(gè)軟流圈窗口。通過(guò)該窗口，軟流圈物質(zhì)、部分熔融物質(zhì)與地殼接觸，并侵入莫霍界面，觸發(fā)了巖石圈地幔拆沉。隨著印度板塊的持續(xù)推擠，部分熔融物質(zhì)沿著莫霍界面向歐亞板塊腹地遷移，將巖石圈地幔逐步剝離。這一過(guò)程使得歐亞板塊地表逐步抬升，最終形成一個(gè)青藏高原（寬度超過(guò)1000 千米，高度超過(guò)4 千米）。在印度板塊向下俯沖的過(guò)程中，由于地殼增生與浮力作用，抬升了高原的前端區(qū)域并且造成青藏高原的地殼增厚。
圖1模型演化結(jié)果。圖中展示了完全拆沉模式在不同時(shí)期的地形演化（上）與巖石學(xué)演化（下）。
青藏高原的隆升具有三大一階特征，包括高原的多階段隆升，新生代巖漿活動(dòng)的北向遷移以及高原底部地震波低速異常。巖石圈地幔拆沉所伴隨的地表響應(yīng)解釋了高原的古高度研究結(jié)果以及巖漿活動(dòng)的北向遷移模式 (圖2c,d和圖3a)。同時(shí)，巖石圈地幔拆沉的結(jié)果與現(xiàn)今高原底部巖石圈結(jié)構(gòu)一致，包括地震層析成像顯示的地震波低速異常和接受函數(shù)圖像揭示的雙向結(jié)構(gòu)與地殼厚度 (圖3b)。這些對(duì)比有力地證明了，上覆板塊巖石圈地幔拆沉這一動(dòng)力過(guò)程塑造了整個(gè)印度—?dú)W亞板塊碰撞體系，是青藏高原生長(zhǎng)背后的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)該深部動(dòng)力過(guò)程的提出，也為地球歷史上富巖漿活動(dòng)的造山事件提供了新的地球動(dòng)力學(xué)解釋。
圖2 完全拆沉模型地形演化結(jié)果及其與古高度數(shù)據(jù)對(duì)比。
圖3 完全拆沉模型與實(shí)際觀(guān)測(cè)高原巖漿活動(dòng)以及地球物理特征對(duì)比。
該研究成果收到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等的聯(lián)合資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01473-7
（編輯 王俊芳 審稿 陳華文）
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