“松遼沉積為何這么厚”、“南海洋底為何那么深”是徐義剛院士在2018-19年間給團隊成員列出的兩道、又像是同一道難題。一般認為，在巖石圈伸展結束后的熱沉降階段，裂谷盆地仍然會維持一種緩慢、平滑且相對持續的沉降過程；若沒有后續伸展、擠壓等巖石圈改造作用的疊加，盆地基底的深度會無限趨近于某一固定值。然而，在諸如松遼盆地、渤海灣盆地、中國南海等研究區，基底似乎在巖石圈應力趨于中性后又經歷了至少一期的加速沉降，致使基底深度（沉積物厚度）遠大于基于拉伸量的理論預測值。前人研究表明，在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）很難解釋此類出現在較薄陸緣巖石圈之上狹長區域內的“異?！背两惮F象。

圖1.?典型研究區的地幔波速結構。（a）圖d的切面位置圖。（b）圖f的切面位置圖。（c）圖g的切面位置圖。（d）東北亞地幔波速結構切面。（e）東北亞750公里深處的平均波速結構。（f）黃石-斯內克河平原下方的地幔波速結構切面。（g）中國南海下方的地幔波速結構切面。

針對以上特殊地質現象，中國科學院廣州地球化學研究所徐義剛院士團隊經研究發現，在典型研究區正下方的深部地幔內，都（曾）存在有疑似的下地幔上涌（地幔柱？）與地震波高速體共存的現象（此類高波速結構可能代表了俯沖板塊或拆沉巖石圈塊體，在此統稱為“殘余塊體”）（圖1）；團隊成員進而嘗試提出了深部地幔上涌與殘余塊體相互作用導致淺表異常沉降—這一“反常規”的研究假設，并聯合中國科學院地質與地球物理研究所劉麗軍研究員團隊、巴塞羅那海洋科學研究所的Jason P. Morgan教授，基于正演數值模擬與多學科觀測聯合約束的思路開展了系列的探索性研究工作。

團隊模擬結果顯示，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，在上涌物質到達巖石圈底部之前，地表容易出現幾十米至八百米深不等、1000-2000公里寬的沉降區（圖2b）。但是，該沉降區卻難以長久維持，當上涌物質到達巖石圈底部后，地形會出現反轉、甚至恢復到沉降前的狀態（圖2c）。地表的沉降幅度，會因為地幔上涌途中接近正在下沉的殘余塊體而加強至公里級，但沉降中心的寬度卻會顯著縮小至200公里左右（圖2d-2f）。在這類模型中，當上涌物質到達巖石圈底部后，只會導致沉降區一側的地形發生反轉，未受到上涌托舉影響的另一側巖石圈，則可以最終保留公里級的低洼地形（圖2f）。因此，下沉殘余塊體會像“放大鏡”一樣，把深部地幔上涌（柱）對地形的影響放大并聚焦到相對有限的區域，導致狹長帶內出現可維持的地表沉降，研究團隊將該現象稱為殘余塊體對地幔上涌的透鏡式聚焦效應。

圖2. 代表性數值模型結果。（a）-（c）僅地幔上涌的模型。（e）-（f）地幔上涌與沉降殘余塊體共存的模型。團隊測試過的其他動力學演化過程見文章正文。

該研究還表明，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的共存，可能為指示深部地幔存在有快速的物質上涌或正在形成的地幔柱提供判別依據（圖3）。此外，該研究工作所側重的，地球內部在表生系統中作用的研究理念，在我國正逐漸得到重視。約10年前啟動的中國科學院先導專項“地球內部運行機制與地表系統演化”，與在2024年啟動的國家自然科學基金委重大研究計劃“地球宜居性的深部驅動機制”均是在這個方向的有益探索。

圖3. 殘余塊體對深部地幔（柱）上涌的透鏡式聚焦效應示意圖。

????本項工作發表于國際學術期刊Nature Communications，受到國家自然科學基金委重大研究計劃（92479001）、基礎科學中心項目（42288201）、國家重點研發計劃—常規項目（2024YFF0808200）和青年科學家項目（2024YFF0809600）的聯合資助。

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論文信息：

Liu,L.*（劉亮），Cao,?Z.（曹澤斌），Morgan,?J.P.，Hua,Y-Y（華遠遠），Liu,?L.J.*（劉麗軍），Yang,F. （楊帆），Long,S.M.（龍時邁），Xu,Y.G.（徐義剛），2025,Nature Communications,?16,7603.?

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