?地幔過渡帶（MTZ）是地球深部的重要組成部分，其上下界面（410-km間斷面和660-km間斷面）的形態(tài)和厚度受到局部溫度、物質(zhì)組分和水等因素的共同影響。因而刻畫其三維結(jié)構(gòu)對理解地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)、板塊俯沖過程以及地幔對流模式具有決定性意義，是揭示地球動力學(xué)過程的重要窗口。
?塔里木盆地作為中國最大的穩(wěn)定克拉通，位于青藏高原、天山造山帶與帕米爾高原之間，其深部構(gòu)造反映印度-歐亞板塊碰撞所引起的遠程動力學(xué)響應(yīng)。因此對其MTZ的精細刻畫將為理解周緣板片俯沖、地幔對流模式等深部演化過程以及地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)提供關(guān)鍵證據(jù)。然而，塔里木盆地內(nèi)部惡劣的自然環(huán)境使得該區(qū)長期缺乏足夠的地震學(xué)觀測，導(dǎo)致前人在此開展的MTZ成像研究主要集中在青藏高原、天山造山帶以及帕米爾高原等周緣地帶，而對塔里木盆地下方的MTZ結(jié)構(gòu)認知有限。
?中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生胡仲發(fā)在導(dǎo)師鄧陽凡研究員指導(dǎo)下，通過與中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所梁曉峰研究員等合作，利用最近部署的塔里木地震臺陣（TASTE）數(shù)據(jù)、結(jié)合周邊中國地震臺網(wǎng)及GEOFON和IRIS等公開臺網(wǎng)數(shù)據(jù)，共收集了334個地震臺站（圖1）的遠震波形數(shù)據(jù)，獲得超過48,000條高質(zhì)量接收函數(shù)。通過共轉(zhuǎn)換點疊加成像技術(shù)，最終得到了研究區(qū)域410-km和660-km間斷面的深度和MTZ厚度。研究中分別使用區(qū)域和全球三維速度模型（區(qū)域體波速度模型，圖2d-2f和全球伴隨成像模型，圖2g-2i），對地殼和上地幔速度異常進行了系統(tǒng)校正。詳細的合成實驗以及實際數(shù)據(jù)測試，認為沉積層和地殼速度結(jié)構(gòu)對MTZ厚度的影響很少。本研究同時利用速度擾動與MTZ厚度，使用最新參考文獻的實驗參數(shù)，聯(lián)合估算了區(qū)域的溫度異常和相對水含量分布。
?研究結(jié)果（圖2）顯示整個研究區(qū)域的MTZ 結(jié)構(gòu)有顯著橫向變化：天山造山帶西段和東段MTZ較薄，中段較厚，與前人的研究結(jié)果相似。與此同時，帕米爾和興都庫什地區(qū)表現(xiàn)出明顯不同的410-km和660-km間斷面深度，表明這兩個區(qū)域之間存在不同的板塊俯沖深度。塔里木地塊下方的MTZ呈現(xiàn)出明顯的橫向非均一性：塔里木東部和西部的MTZ較厚，可能源于已拆沉或俯沖斷離的巖石圈板片；而中部區(qū)域則表現(xiàn)出明顯減薄，對應(yīng)的高溫異常（圖3）低于典型地幔柱所導(dǎo)致的異常值，結(jié)合古地磁證據(jù)和板塊運動歷史排除了MTZ減薄源自二疊紀地幔柱活動的可能性，認為是由向下俯沖的板塊引起的局部地幔上升流造成。此外，向下的板塊還將水引入 MTZ，導(dǎo)致塔里木大部分地區(qū)下方的水含量高于全球平均值（圖3）。這項研究有助于更好地理解塔里木、天山、帕米爾、興都庫什以及青藏高原的深部動力學(xué)（圖4）過程以及新生代的再活化熱過程。
?本研究給出了水含量的分布，但來源于地幔過渡帶溫度、水含量與厚度的經(jīng)驗公式，受限于沒有考慮組分以及巖石物理實驗的不確定性，研究結(jié)果沒有對水含量進行更多的討論。未來課題組會根據(jù)溫度、組分、水含量對地幔過渡帶的影響進行更深入的研究。
圖1 本研究中使用的地震臺站和遠震事件的分布，臺站覆蓋塔里木及周邊天山、帕米爾等區(qū)域。
圖2 （a-c）使用 1-D IASP91 模型計算的D410 和 D660 的深度，和MTZ厚度。（d-f）與（a-c） 相同，但使用區(qū)域體波速度模型（Koulakov, 2021）。（g-i）與（a-c）相同，但使用 GLAD-M25模型。（j-l）三個模型的均值。
圖3 不同地區(qū)的溫度異常分布（a）和相應(yīng)的水含量分布。
圖4 塔里木MTZ動力學(xué)卡通圖。塔里木中部下方存在由周圍俯沖板塊引起的局部熱地幔上升流。
?相關(guān)成果發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》。本研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項（B）（XDB0840200、XDB18000000）、國家自然科學(xué)基金（92479204）和地球深部探測與礦產(chǎn)資源勘查國家科技重大專項（2024ZD1001103）的支持。
?論文相關(guān)信息：Hu, Z., Deng, Y.*, Liang, X.*, Zhang, Z., Xu, M., & Yuan, X. (2025). The heterogeneous mantle transition zone beneath the Tarim craton and adjacent region: Insight into the thermal processes by the Cenozoic reactivation. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2024JB030831. https://doi.org/10.1029/2024JB030831
附件下載：