全球?qū)游龀上窠Y(jié)果表明大洋巖石圈能俯沖至地幔最深處。俯沖板片的拖曳力驅(qū)動(dòng)了板塊運(yùn)動(dòng)，同時(shí)造成了地球深淺物質(zhì)的循環(huán)。隨著大洋關(guān)閉大陸發(fā)生碰撞作用，由于大陸地殼密度低，在碰撞過程中浮力會(huì)造成大陸強(qiáng)烈變形并降低板塊匯聚速率。以往研究認(rèn)為，碰撞過程中由于大陸浮力大，大洋板塊會(huì)隨著碰撞作用與大陸板塊發(fā)生斷離，碰撞作用也隨之減弱直至停止。然而礦物學(xué)證據(jù)和地球物理觀測均表明大陸板塊也能發(fā)生深俯沖（俯沖深度大于100km甚至200km）。既然大陸也能發(fā)生深俯沖作用，為什么大陸碰撞不能像大洋俯沖一樣持續(xù)進(jìn)行？顯然大陸碰撞為何結(jié)束、如何結(jié)束需要新的解釋。印度與歐亞大陸的碰撞形成了喜馬拉雅造山帶和青藏高原，這里既是世界屋脊，也是正在發(fā)生大陸深俯沖的典型地區(qū)，是解答上述科學(xué)問題最理想的地區(qū)。

 

    中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梁曉峰副研究員、褚楊研究員、萬博研究員、陳凌研究員、陳林研究員、李儀兵博士、田小波研究員、徐濤研究員、陳赟副研究員、李楊副研究員、紀(jì)偉強(qiáng)研究員、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Stephen Grand教授、密蘇里大學(xué)Eric Sandvol教授和桂林理工大學(xué)王敏玲副教授組成的國際研究團(tuán)隊(duì)，基于過去二十年國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在青藏高原采集的流動(dòng)地震臺(tái)陣觀測數(shù)據(jù)（圖1），采用高分辨率有限頻地震層析成像技術(shù)，獲得了印度-歐亞碰撞帶上地幔波速精細(xì)結(jié)構(gòu)（圖2）。由于分辨率的顯著提高，成像結(jié)果揭示地幔過渡帶內(nèi)（410-660km深度范圍）存在多個(gè)分離的高速異常體，且這些異常體與正在俯沖的印度板片前端，形態(tài)貼合，可類似拼圖一樣拼接起來，表明這些異常體可能是俯沖斷離的印度大陸巖石圈殘塊（圖3）?；谶@一認(rèn)識(shí)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步重建了印度大陸北緣的初始形態(tài)，并利用熱力學(xué)平衡方法恢復(fù)得到俯沖巖石圈所產(chǎn)生的拖曳力，定量評(píng)估了其對(duì)于板塊匯聚的貢獻(xiàn)（圖4）。結(jié)果表明，俯沖巖石圈的斷離會(huì)導(dǎo)致板片拖曳力減小，從而降低印度-歐亞板塊的匯聚速率，且?guī)r石圈斷離時(shí)間與板塊匯聚速率降低之間存在時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系。上述觀測意味著隨著俯沖巖石圈的反復(fù)斷離，印度和歐亞板塊之間的匯聚將最終停止，導(dǎo)致兩個(gè)大陸最終拼合直至穩(wěn)定。

圖1 本研究使用的地震臺(tái)站分布圖。不同顏色代表了不同時(shí)間布設(shè)的流動(dòng)臺(tái)站。印度板塊上分布的深灰色條帶為前人發(fā)現(xiàn)的印度基底隆起，可能代表了古老的造山帶

圖2 層析成像獲得的青藏高原深部結(jié)構(gòu)圖像。（a）顯示了沿不同垂直剖面的速度異常分布，其中的虛線勾勒了可能的印度俯沖板片分布范圍。剖面位置顯示在圖b中。（b）顯示了沿不同深度的速度異常分布。HV1-HV4為論文重點(diǎn)討論的4個(gè)高速異常特征

圖3 印度大陸北緣俯沖演化卡通圖。(a) 晚始新世期間，印度板塊北部向北俯沖。(b) 印度巖石圈部分?jǐn)嚯x沉入地幔過渡帶，顯示為高速異常體HV2，而未斷離的巖石圈，則產(chǎn)生板塊拖曳力并維系俯沖繼續(xù)進(jìn)行。巖石圈的斷離啟動(dòng)了藏南地區(qū)的裂谷活動(dòng)，如圖中的兩個(gè)棕色條帶所示。(c) 印度巖石圈的另一部分HV1發(fā)生斷離并沉入地幔過渡帶。其斷離過程伴隨著超鉀火山活動(dòng)的發(fā)生和裂谷活動(dòng)的延續(xù)。(d) 現(xiàn)今地幔過渡帶中高速異常體的分布

圖4 隨著板片斷離，板片拖曳力減小，印度-歐亞間匯聚速率逐漸減小。其中粉色為印度-歐亞間的匯聚速率，藍(lán)色虛線表示板片拖曳力隨時(shí)間的變化

 

    該研究通過對(duì)印度-歐亞碰撞帶上地幔高分辨率地震層析成像研究，發(fā)現(xiàn)地幔過渡帶內(nèi)存在多個(gè)高速異常體，提出俯沖印度大陸巖石圈的持續(xù)斷離，將最終使喜馬拉雅造山作用停止的重要見解。

 

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