陆内变形机制是地球科学研究关注的焦点。印-藏碰撞及随后持续的汇聚造就了现今欧亚大陆南缘包含青藏高原在内、数千公里的庞大山系。该过程中深处陆内的造山作用如何发生？如何维持？针对相关问题，我实验室环南海地质过程与灾害响应创新团队张培震院士的团队借助物理模拟实验手段，分辨出不同造山驱动条件下对应的地壳变形差异，为解析陆内造山过程及其动力学问题提供了重要支持，推动了南海周缘重大地质事件的变形机制及动力学模型认识的深化。

研究成果揭示造山驱动两大端元模式（挤入作用及俯冲作用）对应迥异的造山带地壳结构和演化特征，主要认识如下：

图1 块体挤入和板片俯冲端元驱动条件下造山带结构特征示意图

挤入作用驱动下的造山带能快速进入双向生长状态(图1a)，而俯冲驱动下的造山带则表现为向俯冲板片的快速、单向扩展(图1b)；这种差异是相应驱动条件下变形分配模式不同的直接反映。因为挤入作用伴随的变形更加集中于挤入块体前缘，可以形成更高的轴部带(axial zone)，也更容易达到轴部带激发向上板片变形扩展的临界值；而俯冲作用下的轴部带抬升缓慢，难以达到该临界值，所以仅表现为俯冲板片方向的变形传递；此外，较低的轴部带还进一步决定了俯冲型造山带整体低缓的地形。

图2 双向挤压条件下造山带上地壳部分特征性运动场

驱动模式交替次序控制地壳变形的响应方式。俯冲作用替代挤入作用时，指向俯冲板片的变形传递会被增强，而在挤入作用取代俯冲作用的情况下，造山带轴部将重新快速抬升。此外，挤入-俯冲同步的双向挤压驱动会形成一种特殊的瞬时变形分布特征，即活动变形仅分布在造山带两侧，轴部缺少活动(图2)。这一特征与青藏高原东北缘祁连山-柴达木地区的地震分布一致(图3e)。双向挤压条件下模拟的造山带还复现了现今祁连山褶皱冲断带一级构造样式及活动次序，在支持晚新生代华北克拉通存在南向俯冲认识的同时，还建立了深部俯冲与地壳变形、地形演化之间的直接关联 (图3)。

图3（a 和b）青藏高原东北缘祁连山地区区域构造位置、(c)地形、(d)剥露时序及（e）深部结构和现今地震分布特征。

上述研究成果于2022年3月在Earth and Planetary Science Letters（中科院SCI一区TOP，影响因子5.255)上，以“Controls of mantle subduction on crustal-level architecture of intraplate orogens, insights from sandbox modeling”为题发表。论文的通讯作者为创新团队核心成员、中山大学地球科学与工程学院李志刚副教授，第一作者为中山大学地球科学与工程学院孙闯副研究员。

该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、青藏高原第二次科学考察项目及南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117476