下地殼粘度控制喜馬拉雅青藏高原造山帶大型走滑斷層

　　大型走滑斷層是陸-陸碰撞帶最顯著的構造特征之一。喜馬拉雅-青藏高原造山過程中形成幾條長達上千公里的大型走滑斷層（圖1）。這些走滑斷層可能強烈地影響碰撞過程中的巖石圈變形分布，其形成機制并不明確。前人對青藏高原的變形機制主要基于三種端元模型：剛性塊體模型、粘性薄板模型、下地殼流模型。其中，剛性塊體模型假設巖石是完全脆性的（塑性變形），后兩者假設巖石是完全粘性變形。這些簡化模型可以解釋部分觀測，但是無法兼顧集中變形和彌散變形兩種端元情形。

　　圖1.青藏高原地質圖。橙色陰影為地震波低速區, 紫色陰影為高電導率區, 藍色箭頭為GPS觀測數據, 虛線區域為該論文研究區域。

主要的大型剪切帶為KF（Karakorum斷裂）、ATF（阿爾金斷裂）、SF（Sagaing斷裂）、RRF（紅河斷裂）、JLF（嘉黎斷裂）、XSH-XJF（鮮水河-小江斷裂）、LMSF（龍門山斷裂）、KLF（昆侖斷裂）和HYF（海原斷裂）

　　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博士楊建鋒（現為意大利帕多瓦大學博士后）聯合地震學、構造地質學團隊，開展動力學數值模擬實驗研究。研究應用三維高分辨率的粘-彈-塑性熱力學模型，模擬喜馬拉雅-青藏高原造山過程中大型走滑斷層的形成機制。研究發現，一個強的上地殼（粘度>1022 Pa·s）和一個中等弱的中下地殼（粘度～1020 Pa·s）可以模擬得到與青藏高原地區類似的大型走滑斷層（圖2、3）。模型結果顯示，在斷層下方同時形成上升的下地殼流，與觀測的地震波低速區及高電導率區存在對應關系。上涌的下地殼表明這些剪切帶可能主要受張扭和壓扭控制。系統性的參數測試發現，下地殼流和青藏周緣的堅硬塊體都能促進走滑斷層的發育，而先存的軟弱帶（如縫合帶）不是必要條件。

　　圖2.在10公里深度的應變率第二不變量的四個演化階段。黑色箭頭指示7個主要的大型剪切帶（SZ），這些剪切帶可以分別與青藏地區的斷裂依次相對應為：S

Z1-Sagaing斷裂、SZ2-紅河斷裂、SZ3-鮮水河-小江斷裂、SZ4-龍門山斷裂、SZ5-昆侖斷裂、SZ6-嘉黎斷裂和SZ7-阿爾金（或海原）斷裂

　　圖3.參考模型的粘度分布圖。綠色為應變集中帶（指示了斷層），白色箭頭為速度流場

　　該研究模擬證明巖石圈垂向上的流變特性變化可以同時解釋集中變形和彌散變形兩種變形狀態，下地殼流變性質控制了上地殼的應變集中。相關研究成果發表在Geophysical Research Letters上。研究工作得到國家自然科學基金委“大陸演化與季風系統演變”基礎科學中心項目與“特提斯地球動力系統”重大研究計劃等的資助。