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喜馬拉雅造山作用
2024-12-27 17:04:59

 
    全球層析成像結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動了板塊運動,同時造成了地球深淺物質的循環。隨著大洋關閉大陸發生碰撞作用,由于大陸地殼密度低,在碰撞過程中浮力會造成大陸強烈變形并降低板塊匯聚速率。以往研究認為,碰撞過程中由于大陸浮力大,大洋板塊會隨著碰撞作用與大陸板塊發生斷離,碰撞作用也隨之減弱直至停止。然而礦物學證據和地球物理觀測均表明大陸板塊也能發生深俯沖(俯沖深度大于100km甚至200km)。既然大陸也能發生深俯沖作用,為什么大陸碰撞不能像大洋俯沖一樣持續進行?顯然大陸碰撞為何結束、如何結束需要新的解釋。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,也是正在發生大陸深俯沖的典型地區,是解答上述科學問題最理想的地區。
 
    中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室梁曉峰副研究員、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、紀偉強研究員、美國德克薩斯大學奧斯汀分校Stephen Grand教授、密蘇里大學Eric Sandvol教授和桂林理工大學王敏玲副教授組成的國際研究團隊,基于過去二十年國內外研究機構在青藏高原采集的流動地震臺陣觀測數據(圖1),采用高分辨率有限頻地震層析成像技術,獲得了印度-歐亞碰撞帶上地幔波速精細結構(圖2)。由于分辨率的顯著提高,成像結果揭示地幔過渡帶內(410-660km深度范圍)存在多個分離的高速異常體,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)。基于這一認識,研究團隊進一步重建了印度大陸北緣的初始形態,并利用熱力學平衡方法恢復得到俯沖巖石圈所產生的拖曳力,定量評估了其對于板塊匯聚的貢獻(圖4)。結果表明,俯沖巖石圈的斷離會導致板片拖曳力減小,從而降低印度-歐亞板塊的匯聚速率,且巖石圈斷離時間與板塊匯聚速率降低之間存在時間對應關系。上述觀測意味著隨著俯沖巖石圈的反復斷離,印度和歐亞板塊之間的匯聚將最終停止,導致兩個大陸最終拼合直至穩定。
圖1 本研究使用的地震臺站分布圖。不同顏色代表了不同時間布設的流動臺站。印度板塊上分布的深灰色條帶為前人發現的印度基底隆起,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構圖像。(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為論文重點討論的4個高速異常特征
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) 印度巖石圈部分斷離沉入地幔過渡帶,顯示為高速異常體HV2,而未斷離的巖石圈,則產生板塊拖曳力并維系俯沖繼續進行。巖石圈的斷離啟動了藏南地區的裂谷活動,如圖中的兩個棕色條帶所示。(c) 印度巖石圈的另一部分HV1發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的發生和裂谷活動的延續。(d) 現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,藍色虛線表示板片拖曳力隨時間的變化
 
    該研究通過對印度-歐亞碰撞帶上地幔高分辨率地震層析成像研究,發現地幔過渡帶內存在多個高速異常體,提出俯沖印度大陸巖石圈的持續斷離,將最終使喜馬拉雅造山作用停止的重要見解。
 
轉自:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1788582563178558689



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