陸內(nèi)造山帶，是指發(fā)育在大陸板塊內(nèi)部、遠離匯聚板塊邊緣的造山帶，其形成與演化涉及板塊內(nèi)部應力遠程傳遞、大陸巖石圈流變特性等基本科學問題，是經(jīng)典板塊構(gòu)造尚未系統(tǒng)涉及的理論空白區(qū)。天山造山帶作為中亞造山帶塔里木-哈薩克斯坦拼貼系的主體，是古生代古亞洲洋構(gòu)造域多島洋（海）俯沖消減、碰撞拼貼的產(chǎn)物，其于中生代進入構(gòu)造平靜期并遭受一定程度夷平，但在新生代再次活化、隆升，因此是認識陸內(nèi)造山過程和機制的理想窗口（圖1a）。

自上世紀90年代以來，圍繞天山的殼幔結(jié)構(gòu)和變形特征開展了大量的地球物理研究工作，并提出了以周緣塊體大規(guī)模俯沖為主要特征的多種主流觀點，包括地殼單向或雙向俯沖、巖石圈雙向碰撞拆沉等。但是，在缺乏高密度大洋巖石圈先期俯沖引導、在遠離現(xiàn)今活動板塊邊緣的陸內(nèi)構(gòu)造環(huán)境下，大陸巖石圈通過何種方式實現(xiàn)應力遠程傳遞，究竟能否發(fā)生典型陸-陸碰撞過程發(fā)生的大規(guī)模俯沖，始終缺乏系統(tǒng)性認知。破解這一重要科學問題的關(guān)鍵，在于探明典型陸內(nèi)造山帶的深部精細結(jié)構(gòu)、厘清新老構(gòu)造關(guān)系，合理評估陸內(nèi)造山階段的匯聚量及其根本動力來源。

為此，中科院地質(zhì)地球所巖石圈演化國家重點實驗室殼幔結(jié)構(gòu)探測學科組博士后李瑋與合作導師陳赟副研究員、肖文交院士、德國地學研究中心（GFZ）袁曉暉、英國萊斯特大學Brain F. Windley教授等合作，主要基于MANAS計劃寬頻帶地震觀測資料（圖1），在有效解決不同資料聯(lián)合反演過程中面臨的信息來源同化、敏感度取舍、分辨率協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)問題的情況下，開展遠震接收函數(shù)與面波頻散聯(lián)合反演和共轉(zhuǎn)換點疊加成像研究，構(gòu)建了橫跨中天山典型剖面的地殼上地幔精細幾何、速度結(jié)構(gòu)，揭示了中天山垂向上淺部地殼逆沖推覆、深部莫霍面錯斷疊置、橫向上由構(gòu)造繼承性主導的分布式變形特征；在厘清新、老構(gòu)造關(guān)系的基礎上，通過平衡剖面、變形速率分析等估算得到新生代天山地殼縮短僅為百公里級，其主要活化、隆升啟動時間約為10Ma；結(jié)合這一變形的時間-空間特征，與印度板片向北楔入與塔里木克拉通發(fā)生作用的進程相吻合，從而指示印度–塔里木巖石圈地幔的直接碰撞是天山活化、隆升的根本動力來源（圖3）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造背景和地震臺站位置分布

圖2 (a) 沿剖面GPS速率及應變率；(b) 構(gòu)造分區(qū)及斷層滑移速率；(c) CCP疊加成像結(jié)果；(d) 聯(lián)合反演獲得的S波速度結(jié)構(gòu)；(e) 平衡剖面估算地殼縮短量

圖3 新生代天山活化與隆升機制模式圖

該研究構(gòu)建的新生代天山以構(gòu)造繼承性主導的分布式陸內(nèi)變形模型，整合統(tǒng)一了深部結(jié)構(gòu)、地表形變、構(gòu)造演化等多學科成果，揭示了板塊匯聚應力通過巖石圈地幔碰撞向遠程傳遞、導致先存弱化的古老造山帶再次活化造山的動力學機制。

研究成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊NC。（李瑋，陳赟^*，袁曉暉，肖文交^*，Windley B F. Intracontinental deformation of the Tianshan Orogen in response to India-Asia collision[J].Nature Communications, 2022, 13: 3738. DOI: 10.1038/s41467-022-30795-6）。研究受中科院戰(zhàn)略先導專項（XDB18000000）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFC0600402、2017YFC0601206）、國家自然科學基金（41888101、41804056）、中國博士后科學基金（2019M650034、2020T130650）、中德（CSC-DAAD）博士后獎學金和IGCP662、669聯(lián)合資助。

美編：傅士旭

校對：萬鵬