中国科大揭示青藏高原东南缘地壳弱化成因新机制

中国科学技术大学地球和空间科学学院张海江教授团队联合中国地质科学院、中国地质大学（北京）、美国威斯康星大学麦迪逊分校和麻省理工学院，通过高分辨率地震衰减成像并结合地球化学数据，揭示了地幔热物质上涌对青藏高原东南缘地壳弱化的控制作用，挑战了经典的“地壳通道流”假说，为理解大陆碰撞带的深部动力学过程提供了全新视角。相关研究成果以“Crustal weakening by mantle upwelling in the southeasternTibetan Plateau”为题，2月16日在线发表在国际地学一流期刊《地质学》（Geology）。

青藏高原的隆升和向东生长是国际地学界持续关注的重大科学问题。传统观点认为，高原中部软弱的下地壳物质在重力作用下向东流动，导致地壳增厚和高原侧向生长，即“地壳通道流”模型。然而，该模型难以解释诸多地质、地球化学和地球物理观测之间的矛盾。

图1.青藏高原东南缘地震台站、地震和断层分布（a），以及锆石Hf同位素的分布（b）

研究团队利用区域地震波形数据（图1），采用双差地震衰减成像技术，构建了青藏高原东南缘高分辨率三维地壳及上地幔顶部地震衰减（Qp）模型。该模型首次清晰揭示出两条垂直连续的高衰减异常带（Q1和Q2），它们不仅存在于中下地壳（15-35公里深度），而且穿过莫霍面延伸至上地幔顶部（50公里深度）。进一步的分析表明，这些高衰减异常带在空间上与新生代岩浆活动、幔源氦同位素（³He/⁴He）高值区、锆石Hf同位素正异常区以及丽江-小金河断裂和小江断裂等主要走滑断裂系统高度吻合（图1）。通过联合地震波速度模型，研究团队还估算出上地幔顶部高衰减区的温度高达1000-1300℃，熔体含量约为4-6%。

基于这些多学科证据，研究团队提出，青藏高原东南缘的地壳弱化并非源于青藏高原内部的水平向地壳流，而是由下方地幔热物质上涌所致（图2）。这种上涌可能与印度板块岩石圈板片的撕裂有关（图2）。地幔来源的热物质沿深大断裂向上侵入，通过热和流体的共同作用降低地壳粘度，形成观测到的低波速、高电导、高衰减异常，并最终控制了高原的侧向挤出和走滑断裂活动。该成果对经典的“地壳通道流”模型提出挑战，强调在大陆碰撞带研究中需耦合深部地幔过程与浅部地壳响应。这一新认识为重新审视青藏高原及全球其他碰撞造山带的形成演化提供了重要依据。

图2.三维可视化图显示红色高衰减区域从地壳延伸穿过灰色的莫霍面，其来源于穿过印度板块撕裂带上涌的地幔热物质

论文第一作者为我校地球和空间科学学院博士研究生王嘉晨，通讯作者为张海江教授和中国地质科学院侯增谦院士。该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划集成项目（92462304）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1130/G54154.1

（地球和空间科学学院、科研部）