新研究發現地幔內殘余塊體聚焦地幔上涌

　　中國科學院院士、中國科學院廣州地球化學研究所研究員徐義剛團隊同合作者，在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助下，發現地幔內殘余塊體對地幔上涌存在透鏡式聚焦效應。相關成果近日發表于《自然-通訊》。

　　一般而言，巖石圈伸展結束后的熱沉降階段，裂谷盆地會維持緩慢、平滑且相對持續的沉降，若無后續巖石圈改造作用疊加，盆地基底深度會趨近固定值。然而，松遼盆地、渤海灣盆地、南海等地的基底在巖石圈應力趨于中性后，至少經歷一期加速沉降，基底深度（沉積物厚度）遠超基于經典理論的預測值，導致松遼盆地出現巨厚沉積、南海海盆異常深。前人研究表明，巖石圈層位的動力學演化過程（如周緣俯沖、區域伸展、巖漿底侵、地殼流等），難以解釋這類出現在較薄陸緣巖石圈之上狹長區域內的“異常”沉降現象。

　　針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所副研究員劉亮和研究員徐義剛，聯合中國科學院地質與地球物理研究所研究員劉麗軍、巴塞羅那海洋科學研究所教授Jason P. Morgan等中外學者，通過研究發現典型研究區正下方的深部地幔內，曾存在疑似下地幔上涌與地震波高速體共存的現象（此類高波速結構可能代表俯沖板塊或拆沉巖石圈塊體，統稱“殘余塊體”）。在此基礎上提出深部地幔上涌與殘余塊體相互作用導致淺表異常沉降的假設，并基于正演數值模擬與多學科觀測聯合約束的思路開展了探索性研究。

　　研究團隊模擬結果顯示，在長期大洋俯沖背景下，當660公里深處相變密度跳變≥7%且相變克拉貝龍斜率>-2.8 MPa/K時，上涌物質到達巖石圈底部前，地表易出現幾十米至八百米深、1000～2000公里寬的沉降區，但該沉降區難以長久維持，上涌物質到達巖石圈底部后，地形會反轉甚至恢復原狀。若地幔上涌途中接近正在下沉的殘余塊體，地表沉降幅度會加強至公里級，沉降中心寬度會顯著縮小至200公里左右。

　　上涌物質到達巖石圈底部后，僅會導致沉降區一側地形反轉，未受上涌托舉影響的另一側巖石圈，可最終保留公里級低洼地形。下沉殘余塊體如同“放大鏡”，將深部地幔上涌（柱）對地形的影響放大并聚焦到相對有限區域，導致狹長帶內出現可維持的地表沉降，研究團隊將此現象命名為殘余塊體對地幔上涌的透鏡式聚焦效應。這種強調地球深部過程在地表系統中作用的研究理念，在我國正逐漸受到重視。

　　該研究還指出，在缺乏決定性地質學或地球物理學證據的研究區，下地幔低波速結構、上地幔高波速結構與淺表狹長地帶內異常沉降現象共存，可能為指示深部地幔存在快速物質上涌或正在形成的地幔柱提供判別依據。