自古生代以來(lái)，中亞造山帶東段經(jīng)歷了古亞洲洋閉合、蒙古–鄂霍次克洋閉合以及古太平洋-太平洋板塊的西向俯沖等多階段構(gòu)造疊加改造（Eizenh?fer and Zhao, 2018; Liu et al., 2017），形成了地塊與縫合帶交替分布的復(fù)雜構(gòu)造格局（圖1; Liu et al., 2017）。因此，該區(qū)域是研究古老縫合帶的深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造演化的理想?yún)^(qū)域。其中，索倫縫合帶與黑河–賀根山縫合帶（以下簡(jiǎn)稱(chēng)賀根山縫合帶）是該區(qū)最主要的兩條縫合帶，與古亞洲洋的演化過(guò)程密切相關(guān)。然而，由于巖石露頭零散和典型碰撞構(gòu)造特征出露少，這兩條縫合帶的俯沖碰撞特征仍存在較大爭(zhēng)議，進(jìn)而限制了對(duì)古亞洲洋俯沖閉合過(guò)程的深入理解。深部地殼結(jié)構(gòu)約束的缺失，是造成上述爭(zhēng)議的關(guān)鍵因素之一。已有研究表明，古老的俯沖板片殘余可長(zhǎng)期保留在大陸巖石圈中，并可通過(guò)地球物理方法有效識(shí)別（Wu et al., 2023; Xu et al., 2020）。因此，利用地球物理成像手段探測(cè)古老縫合帶的深部結(jié)構(gòu)并識(shí)別俯沖相關(guān)特征，對(duì)于厘清縫合帶的形成與演化機(jī)制具有重要意義。
圖1?中亞造山帶東段地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(參考Xiao et al., 2018)。(a)為大區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)圖，(b)為圖(a)中黑色框區(qū)域。(b)中綠色區(qū)域?yàn)樯呔G巖帶(參考劉永江等, 2019)。AA'-本研究所使用的短周期密集臺(tái)站；BB'-寬角反射與折射測(cè)深剖面(王海燕等, 2022)和深反射地震剖面(Tan et al.,2023, 2024)；CC'-寬頻帶地震臺(tái)站(Zheng et al., 2015)；DD'-深反射地震剖面(Zhang et al., 2014)。NCC-華北克拉通，SXB-松嫩-錫林浩特地塊，XAB-興安地塊，XMS-西拉木倫縫合帶，LF-林西斷層，EXHB-二連浩特-錫林浩特-黑河縫合帶，HHS-黑河-賀根山縫合帶，1-阿巴嘎火山，2-達(dá)里諾爾火山
為此，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星學(xué)科中心博士生潘冬雪，在導(dǎo)師陳棋福研究員與王新特聘研究員和吉林大學(xué)許文良教授的指導(dǎo)下，利用中亞造山帶東段布設(shè)的一條長(zhǎng)約250 km的短周期密集地震測(cè)線，以及測(cè)線鄰近的4個(gè)NECESSArray寬頻帶地震臺(tái)站和錫林浩特固定地震臺(tái)站（圖2a）的觀測(cè)資料，基于相干接收函數(shù)方法（Coherent Receiver Function, CRF; Wang et al., 2021）對(duì)索倫和賀根山兩條縫合帶的地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像分析（圖2）。接收函數(shù)成像結(jié)果（圖2d）在索倫縫合帶中下地殼成功識(shí)別出了規(guī)模較大且稍有間斷的北傾和南傾正信號(hào)，可能反映了古亞洲洋南北雙向俯沖板片界面的信息。而在賀根山縫合帶處，雖未見(jiàn)明顯的傾斜結(jié)構(gòu)，但觀測(cè)到顯著的Moho面間斷，可能是古亞洲洋北向俯沖相關(guān)構(gòu)造特征的反映。
圖2?地震臺(tái)站分布和地震成像結(jié)果。(a)地震臺(tái)站分布。黃色線標(biāo)記了CCP疊加剖面，綠色叉號(hào)為40km深度穿透點(diǎn)的分布。火山區(qū)分別標(biāo)記了對(duì)應(yīng)的火山活動(dòng)周期(Ho et al., 2008)。(b)臺(tái)站高程。(c)時(shí)間域CRF結(jié)果，黑色圓圈標(biāo)記了淺層沉積層轉(zhuǎn)換波震相(Pbs)。(d) CCP成像結(jié)果，黑色實(shí)線勾畫(huà)了深地震測(cè)深方法獲得的沉積盆地形態(tài)(Li et al., 2013)。(c)和(d)黑色實(shí)線和白色圓圈分別代表傾斜界面和Moho面轉(zhuǎn)換波震相
結(jié)合該研究的成像結(jié)果與前人地球物理和巖石地球化學(xué)資料，他們提出了古亞洲洋演化構(gòu)造模型（圖3）：自?shī)W陶紀(jì)至三疊紀(jì)，古亞洲洋主洋盆經(jīng)歷了南北雙向俯沖，最終于索倫縫合帶閉合；而賀根山縫合帶的形成則可能與古亞洲洋分支洋盆在二疊紀(jì)至三疊紀(jì)的閉合過(guò)程有關(guān)。侏羅紀(jì)后，蒙古-鄂霍茨克洋及古太平洋板塊的俯沖引發(fā)強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，以及新生代的多次火山事件，共同改造了地殼結(jié)構(gòu)，破壞了部分俯沖殘余體。白堊紀(jì)之后，區(qū)域地殼進(jìn)入穩(wěn)定階段，使部分深部結(jié)構(gòu)得以保存至今。該研究是地球物理成像與地質(zhì)構(gòu)造演化研究相結(jié)合的有益嘗試，不僅深化了對(duì)中亞造山帶縫合帶深部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，也展示了短周期密集地震臺(tái)陣探測(cè)在古構(gòu)造研究中的優(yōu)勢(shì)。
圖3?中亞造山帶東段構(gòu)造演化示意圖(改自Tan et al., 2024等)，問(wèn)號(hào)和虛線表示構(gòu)造形態(tài)和演化過(guò)程仍舊需要進(jìn)一步的研究
研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊GRL（潘冬雪，王新，陳棋福*，許文良. Seismological Constraint of the Fossil Suture Zone: A Case Study in the Eastern Central Asian Orogenic Belt [J].?Geophysical Research Letters, 2025, 52, e2024GL113628. DOI:?10.1029/2024GL113628.）。研究受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（91958209, U2244201, 42430303）資助。
潘冬雪（博士生）