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地质地球所与合作者研究发现印度大陆俯冲到缅甸下方的结构证据

  

    印度大陆俯冲(subduction)或底冲(underthrusting)是解释印度与亚洲碰撞以来青藏高原新生代地壳变形、岩浆活动和隆升的一个强有力的构造模式。在喜马拉雅地区,地震成像揭示了包括中下地壳的印度板块向青藏高原之下的底冲构造()。在印度-欧亚大陆碰撞带两侧,存在东西两个构造结的独特构造。在西构造结,对兴都库什-帕米尔地区的地震学研究显示:包括中下地壳的印度大陆板块以高角度向北俯冲到兴都库什之下约180公里深度;只包括下地壳的欧亚大陆板块向南俯冲到帕米尔之下150 km深度,且倾角随俯冲深度逐渐增大到近垂直()。然而,由于缺乏喜马拉雅东构造结的深部结构信息,对东构造结区域缅甸下方的印度俯冲板块的精细结构、性质和构造机制完全不清楚。 

  在国家自然科学基金委重大项目“喜马拉雅山构造结碰撞变形过程”的支持下,中国科学院地质与地球物理研究所与缅甸地球科学学会、中国科学院青藏高原研究所合作,由地球内部结构学科组研究员率队,在缅甸中部布设了该国第一个大尺度的密集地震观测台阵,开展深部结构探测研究。他们基于高质量的台阵地震数据,采用P波接收函数共转换点成像(CCP)分析,首次寻找到了包括完整陆壳的印度大陆板块平缓俯冲到缅甸下方的直接结构证据。CCP成像揭示了位于上覆缅甸板块之下的一个以低角度向东倾斜的低速构造。基于该构造的剪切波速度结构和超过30 km的平均厚度,推测其为具有中等矿物成分的印度大陆地壳。他们的研究表明,印度大陆以低角度向缅甸下方俯冲至100 km的深度(图1)。 

  基于在喜马拉雅西构造结和东构造结都发现了大陆俯冲构造,他们研究的一个关注点是西构造结和东构造结的俯冲结构和状态存在显著差异。西构造结是下地壳或中下地壳俯冲,而东构造结缅甸下方为全地壳俯冲。西构造结俯冲到兴都库什下方的印度大陆板块和俯冲到帕米尔下方的欧亚大陆板块均比东构造结俯冲到缅甸下方的印度大陆板块更深,更陡峭。该研究提出,喜马拉雅东西两侧大陆俯冲的差异主要归因于印度-亚洲大陆碰撞作用的横向差异。在西构造结的正向挤压状态下,地壳上部与下部解耦,只有中下地壳能随着大陆岩石圈地幔俯冲到深部。而亚洲岩石圈向东的侧向挤出,减弱了大陆聚合对俯冲的阻力,导致整个大陆地壳平缓的俯冲。这些结果揭示了一种由大陆正向碰撞和侧向挤出共同作用形成的独特的大陆俯冲机制。 

 

  1 缅甸中部东西向地震观测剖面下的地壳-上地幔速度结构(A)和印度大陆板片东向俯冲的构造示意图(B 

  研究成果发表于国际顶级学术期刊Nature Communications。(Zheng T Y, He Y M*, Ding L, Jiang M M, Ai Y S, Mon C T, Hou G B, Sein K, Thant M. Direct structural evidence of Indian continental subduction beneath Myanmar. Nature Communications, 2020, 11: 1944. DOI: 10.1038/s41467-020-15746-3)( 

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