论文信息：兰海强、郭高山、陈凌*、Morteza Talebian、孟令凯、梁晓峰、万博、褚杨、陈亚光、Sébastien Chevrot、杨建锋、Frédéric Mouthereau、高一帆、吴子木、王旭、Naeim Mousavi、孙继敏. Seismic evidence for double slab tears at the Neo-Tethyan subduction–collision transition[J]. Nature Geoscience, 2026. DOI: 10.1038/s41561-026-02129-4.
大洋岩石圈持续俯冲消减，最终促成洋盆闭合、大陆碰撞拼贴。由大洋俯冲向大陆碰撞的转换，是“威尔逊旋回”的关键转折，也是大陆造山带演化的重要环节。在这一转换过程中，密度较大的大洋岩石圈能够持续向地幔深部俯冲，而浮力较大的大陆岩石圈则难以同步下沉，二者的差异运动可能导致原本连续的板片发生撕裂和断离。然而，当大洋俯冲与大陆碰撞在空间上毗邻共存时，相邻的大洋与大陆岩石圈如何协调这种差异运动？板片撕裂是否仅沿俯冲的洋陆过渡带扩展，还是可能在其他部位独立形成？不同方位、不同成因的撕裂能否同步发育，是否相互影响？厘清这些深部过程及其相互关系，对于理解俯冲-碰撞转换、大陆造山作用以及深部岩浆活动的动力学机制至关重要。
以往研究已通过地质观测、地震成像和数值模拟提出了多种板片撕裂与断离模型，但认识有限。一方面，板片撕裂往往仅持续数百万年，地质记录的时间分辨率不足以清晰分辨不同撕裂事件以及撕裂与其他构造事件的演化时序。另一方面，撕裂过程发生在地下百公里以深，无法直接观测。已有地震成像研究受资料覆盖和空间分辨率限制，常常难以精细刻画俯冲板片深部三维形态及其连续、断离关系。对俯冲-碰撞转换过程中板片撕裂的研究，最有效的方式是对正在发生这种转换的区域开展密集地球物理探测。
伊朗东南部扎格罗斯—莫克兰地区是开展该研究得天独厚的天然实验室。该区位于阿尔卑斯—喜马拉雅造山带中段，西侧是阿拉伯大陆与欧亚大陆碰撞形成的扎格罗斯造山带，东侧则是新特提斯洋残余岩石圈持续向北俯冲的莫克兰俯冲带，大陆碰撞与大洋俯冲两种构造过程在此相邻共存（图1）。依托“中伊伊朗高原地质与地球物理联合探测”项目，研究团队在扎格罗斯—莫克兰转换带布设了由1条主测线、5条辅助测线组成的宽频带流动地震台阵，收集2017年3月至2018年9月期间的远震记录，并整合周边台站观测资料，提取约5.7万条多频段P波和S波走时残差数据，采用有限频走时层析成像方法，构建了研究区上地幔三维地震波速度结构模型（图2，图3）。
图1 扎格罗斯—莫克兰地区的地质构造背景及地震台站分布。西侧为阿拉伯—欧亚大陆碰撞带，东侧为新特提斯洋残余岩石圈俯冲带
图2 穿过莫克兰俯冲带（a）和扎格罗斯碰撞带（b）的P波速度层析成像模型。高波速异常揭示了东侧连续俯冲的大洋板片、西侧相对较浅的大陆板片及深部已断离的古大洋板片
图3 扎格罗斯—莫克兰地区的三维地震波速度结构。展示了洋、陆差异俯冲及板片撕裂的三维空间特征
研究发现，扎格罗斯—莫克兰转换带东西两侧的板片俯冲形态存在显著差异。东侧莫克兰地区的新特提斯洋板片在弧前区域表现为长约300公里的低角度俯冲，随后在火山弧下方转为陡倾，连续下沉至至少450公里深处，进入地幔过渡带（图2，图3）。相比之下，西侧扎格罗斯地区的阿拉伯大陆岩石圈俯冲深度不超过300公里，其下方还存在与上覆大陆板片分离约100公里的古大洋残片（图2，图3）。这些特征为认识洋、陆岩石圈差异俯冲及局部板片断离提供了重要的地震学证据。综合地震成像结果与区域地质、地球动力学和板块运动学证据，研究团队发现，扎格罗斯—莫克兰转换带发育具有不同形成机制、独立启动并逐步演化的双板片撕裂系统（图3，图4）。
第一处板片撕裂主要发育于扎格罗斯大陆碰撞带一侧，受大洋与大陆岩石圈的浮力差异驱动。随着阿拉伯板块持续向北汇聚，其内部的大陆岩石圈紧随先期俯冲的新特提斯洋岩石圈开始俯冲。密度较大的大洋岩石圈在自身重力作用下持续下沉，而密度较小的大陆岩石圈则因浮力作用难以同步俯冲。板片内部因差异俯冲产生的张应力不断累积，促使板片沿洋陆过渡带发生近水平撕裂（图4a、图4b）。该撕裂扩展至俯冲-碰撞转换边界后，转而沿该处的洋-陆岩石圈边界发育为近垂向撕裂，最终导致先后俯冲的大洋板片段与大陆板片段发生拆离，在地幔中形成板片窗（图4c）。
第二处板片撕裂则是发育于莫克兰海沟与俯冲—碰撞转换边界交汇处的垂向撕裂，其形成机制与第一处明显不同。俯冲板片边缘的垂向撕裂通常与海沟后撤及其引起的转换边界增长有关。然而，莫克兰海沟在地质历史时期几乎没有发生明显后撤。研究提出，随着西侧扎格罗斯大陆碰撞前缘持续向北推进，大陆碰撞带与大洋俯冲带之间的转换边界逐渐增长，当其达到临界长度时，便在海沟与转换断层交汇处启动近垂向的板片撕裂（图4b）。随着板片继续向北俯冲，撕裂相对于上覆板块逐渐向南传播。结合区域构造演化及板块运动速率，研究估算这一撕裂可能于约800万年前启动，并已向南扩展约200公里（图4c）。
值得注意的是，上述两处板片撕裂并非同一裂口的简单延伸，而是在不同构造部位、受不同动力学机制控制而分别启动的板片变形现象。第一处主要由洋、陆岩石圈浮力差异引起的差异性俯冲驱动，第二处则主要由大陆碰撞前缘前向推进导致转换边界增长所触发。两种撕裂共同作用，促使相邻的大洋与大陆岩石圈逐步解耦，从而协调俯冲带与碰撞带之间的差异运动。
地震成像还显示，两处撕裂之间可能仍保留一段尚未完全断开的岩石圈连接带（图3，图4c）。这一结构可能限制板片后撤，并有助于维持莫克兰地区的低角度俯冲。同时，板片撕裂与断离形成的窗口可能为高温软流圈物质上涌提供通道，促进局部地幔及俯冲板片物质发生熔融，为解释扎格罗斯东南部晚中新世以来的埃达克质和超钾质岩浆活动（图1，图4）提供了新的观测约束。研究进一步推测，随着两处撕裂持续扩展，其间尚未断开的岩石圈可能逐渐被撕开，最终使两处板片撕裂连通，并可能触发短暂的快速板片后撤（图4d）。
图4 大洋俯冲向大陆碰撞转换过程中的双板片撕裂演化模型。a-d分别展示约2500万年前低角度俯冲、约800万年前板片水平向撕裂扩展与垂向撕裂启动、现今双撕裂共存的空间关系，以及未来两处撕裂可能连通的演化情景
这项研究识别了俯冲—碰撞转换带深部的双板片撕裂结构，揭示两处撕裂分别由不同动力学机制驱动，在同一俯冲—碰撞系统中独立发育、共同作用。扎格罗斯—莫克兰地区处于大陆碰撞早期，且莫克兰古老大洋岩石圈可能延缓了垂向撕裂的启动，使两种通常难以同时发育的板片撕裂得以共存，为解析大洋俯冲向大陆碰撞转换这一短暂演化阶段提供了难得的实例。同时，研究结果也为揭示新特提斯洋闭合、大陆造山带演化，以及区域深部地幔流动与岩浆活动的动力学联系提供了重要依据。
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