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陸內(nèi)造山帶是指發(fā)育在大陸板塊內(nèi)部、遠(yuǎn)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(yīng)力遠(yuǎn)程傳遞、大陸巖石圈流變特性等基本科學(xué)問題。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(jìn)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，因而是認(rèn)識(shí)陸內(nèi)造山過程和機(jī)制的理想窗口（圖1a）。

20世紀(jì)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(diǎn)，包括地殼單向或雙向俯沖、巖石圈雙向碰撞拆沉等。然而，在缺乏高密度大洋巖石圈先期俯沖引導(dǎo)、在遠(yuǎn)離現(xiàn)今活動(dòng)板塊邊緣的陸內(nèi)構(gòu)造環(huán)境下，大陸巖石圈以何種方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)力遠(yuǎn)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，缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知。破解這一重要科學(xué)問題的關(guān)鍵在于探明典型陸內(nèi)造山帶的深部精細(xì)結(jié)構(gòu)、厘清新老構(gòu)造關(guān)系、合理評(píng)估陸內(nèi)造山階段的匯聚量及其根本動(dòng)力來源。

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)室殼幔結(jié)構(gòu)探測學(xué)科組博士后李瑋與合作導(dǎo)師/副研究員陳赟、中科院院士肖文交，以及德國地學(xué)研究中心研究員袁曉暉、英國萊斯特大學(xué)教授Brain F. Windley等合作，主要基于MANAS計(jì)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(yuǎn)震接收函數(shù)與面波頻散聯(lián)合反演和共轉(zhuǎn)換點(diǎn)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(xì)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(cuò)斷疊置、橫向上由構(gòu)造繼承性主導(dǎo)的分布式變形特征；在厘清新、老構(gòu)造關(guān)系的基礎(chǔ)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(jí)，其主要活化、隆升啟動(dòng)時(shí)間約為10Ma；結(jié)合這一變形的時(shí)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(jìn)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(dòng)力來源（圖3）。

該研究構(gòu)建的新生代天山以構(gòu)造繼承性主導(dǎo)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(xué)科成果，揭示了板塊匯聚應(yīng)力通過巖石圈地幔碰撞向遠(yuǎn)程傳遞、導(dǎo)致先存弱化的古老造山帶再次活化造山的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

相關(guān)研究成果以Intracontinental deformation of the Tianshan Orogen in response to India-Asia collision為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、中德（CSC-DAAD）博士后獎(jiǎng)學(xué)金等的支持。

論文鏈接

圖1.研究區(qū)構(gòu)造背景和地震臺(tái)站位置分布

圖2.a、沿剖面GPS速率及應(yīng)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(jī)制模式圖

標(biāo)簽： 陸內(nèi)變形