近日，国家精密重力测量科学中心地球物理团队基于数值模拟以及地震波观测等地质数据，在拆沉岩石圈深部动力学过程和热演化取得新进展。针对浅地表观测数据对拆沉事件还原的局限性，研究团队利用数值模拟计算了拆沉岩石圈在造山带以及俯冲带环境中的下沉速度、温度和地震波演化，揭示了浮力、地幔对流和热状态的变化如何控制拆沉岩石圈演化过程，并利用研究结果解释了青藏高原下方三个高速异常体的形成时间及来源。相关研究成果以“Dynamics and Thermal Survival of Delaminated Orogenic Lithosphere in Deep Mantle”为题，发表在地球物理领域顶级期刊《Earth and Planetary Science Letters》。
地震层析成像研究结果显示，全球造山带下方广泛存在地震波高速异常体，而关于这些高速异常体的形成及其演化过程的研究，主要依赖于地表地质观测。考虑到地表数据的局限性，本研究利用地球动力学模型，定量计算了拆沉岩石圈在地幔中的动力学演化过程。结果表明，拆沉岩石圈在地幔中表现为多阶段沉降：在上地幔中，拆沉岩石圈下沉速度可以达到35-360 km/Myr，并且不超过10 Myr即可穿透上地幔；当拆沉岩石圈运移至过渡带时，下降进程受到阻碍，下沉速度降低为3-13 km/Myr，停留时间超过35 Myr；进入下地幔后，拆沉岩石圈以4-11 km/Myr的速度缓慢下沉，至70 Myr时，停留深度分布在660-1200 km；当下地幔粘度异常低时（1×10²² Pa s），拆沉岩石圈在过渡带和下地幔中的下沉速度达到峰值（27 km/Myr 和23 km/Myr），70 Myr时，停留深度可达到~2000 km。
拆沉岩石圈在上地幔中的下沉速度受拆沉岩石圈密度、初始热状态以及壳幔耦合状态调控。榴辉岩化下地壳、冷的拆沉岩石圈以及较弱的壳幔耦合作用都会增加拆沉岩石圈与上覆岩石圈的分离速度。相比之下，拆沉岩石圈在过渡带和下地幔的动力学过程则受660 km界面的克拉伯龙斜率和下地幔粘度调控，660 km界面更陡峭的负克拉伯龙斜率会增强界面对拆沉岩石圈的阻挡效应，而较高的下地幔粘度也有类似作用，二者均会增加拆沉岩石圈在圈层的滞留时间。
拆沉岩石圈的下沉也伴随着拆沉岩石圈温度、地震波速变化。拆沉岩石圈温度变化在不同模型中表现为一致的上升轨迹。在拆沉初期，拆沉岩石圈下沉诱发的地幔对流导致其在3-5 Myr内平均温度升高~60 ℃，随后热平衡随着拆沉岩石圈的下沉速度降低而减缓。
在地震波结构方面，拆沉岩石圈的ΔVs随着拆沉岩石圈所处深度增加而逐渐减小。在造山带环境中，温度相对较低的拆沉岩石圈和榴辉岩化下地壳导致的拆沉事件在上地幔中表现为更强烈的ΔVs异常，进入过渡带后，ΔVs逐渐缩小并且在下地幔中逐渐收敛至~2%。相比之下，俯冲环境中的海洋板块相对大陆板块平均温度更低，因此在上地幔中海洋板块的ΔVs比造山带环境中的拆沉岩石圈ΔVs高~4%，而到下地幔后这种差距逐渐降到~1%。
本研究界定了青藏高原拉萨地体下方（250-410 km）和青藏高原北部下方（220-500km）的高速异常体，分别是在~10 Myr和~13 Myr内由岩石圈拆沉作用形成，而喜马拉雅地体下方（~1000km）的高速异常体则可能来源于早期的海洋板块俯冲残留。
华中科技大学国家精密重力测量科学中心2021级博士生曹振辉为第一作者，王慧琳副研究员为论文通讯作者，合作作者包括国家精密重力测量科学中心宛家宽博士和杨成硕士。研究工作获得国家自然科学基金的资助以及国家精密重力测量科学中心的支持。
文章链接：Cao Zhenhui, Wang Huilin, Wan Jiakuan, Yang Cheng. Dynamics and thermal survival of delaminated orogenic lithosphere in deep mantle[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2026, 673: 119727. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119727
