大陆动力学是在板块构造理论基础上发展的前沿研究领域。在印度-欧亚板块碰撞带西缘的兴都库什-帕米尔地区，印度大陆岩石圈可能俯冲到上地幔底部并发生垂向撕裂，同时伴随频发的中深源地震活动，是研究大陆动力学的理想场所。前人认为板块俯冲可能扰动含水的地幔过渡带（410-660 公里深度之间）物质上涌至上地幔，进而影响俯冲带的几何形态和大地震的发生过程（图1）。
地震探测和地震波形为地球深部结构研究提供直接的观测依据。地震波三重震相拐点和反射点位于地震和台站的中间位置，研究区域不受地震和台站分布所限；直达P波和地表反射sP波信号优势频段较高，对地下小尺度的结构变化比较敏感。为此，研究团队发展了网格搜索技术拟合观测地震波形，将研究区域划分为三个不同子区域，定量分析了大陆板块强碰撞带和深俯冲区的地幔过渡带小尺度速度结构（图2）。
研究结果发现，兴都库什地区地幔过渡带顶部上覆低速层并具有显著的横向速度结构变化，根据低速层的厚度变化、速度降低范围、及其与俯冲印度板块的相对位置，判断该低速层是板块俯冲过程诱发的部分熔融层，并具有低粘度的性质。研究人员推测，在大陆板块俯冲碰撞之前，青藏高原上地幔底部可能存在与古大洋板块俯冲有关的含水低粘度部分熔融层，这样俯冲大陆岩石圈可以相对容易穿过上地幔底部并进入地幔过渡带。在现今尺度和地幔浅部，大陆岩石圈由于密度较低难以向下俯冲，这种板块俯冲在深、浅部的差异运动，促进印度岩石圈发生强烈变形，伴随着板块挤压过程同时发生俯冲板块的撕裂和断离，导致在大陆内部70-300公里的深度频繁发生大地震；进入地幔过渡带的大陆岩石圈地幔扰动含水（或其他挥发分）的地幔过渡带物质上涌至上地幔，在上地幔底部诱发形成新的部分熔融（图3）。
上述研究成果近期以 “Upper mantle melt caused by a subducted slab in the Indian-Eurasian continental subduction zone”为题，发表在Nature旗下期刊《Communications Earth & Environment》。我所2017级博士毕业生、现在中国地震局地震预测研究所的李国辉研究员为本文的第一和通讯作者，我所碰撞隆升及影响团队白玲研究员为合作者。该研究受到国家自然科学基金委重点（42130312）、国家自然科学基金委基础科学中心（41988101）、第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK07）等项目的联合资助。
论文信息：Guohui Li*, Yuanzhe Zhou, Ling Bai, Yuan Gao, Yanan Li. 2023. Upper mantle melt caused by a subducted slab in the Indian-Eurasian continental subduction zone. Communications Earth & Environment, 4, 455. doi:10.1038/s43247-023-01132-6.
原文链接: https://www.nature.com/articles/s43247-023-01132-6
图 1 (a) 兴都库什-帕米尔地区构造背景；(b) 俯冲带结构和地震分布；(c) 三重震相反射点位置及地震与台站分布
图2 (a) 3个分区最优P波速度模型；(b-d) 观测（黑线）与最优速度模型计算的理论（红线）三重震相波形
图3 大陆板块强碰撞和深俯冲相关的地幔过渡带顶部低速层结构与动力学模型
