汕头大学吴扬名博士最新成果揭示俯冲板块拆离诱发板块汇聚的动力学机制

汕头大学吴扬名博士最新成果揭示俯冲板块拆离诱发板块汇聚的动力学机制

汕头大学赖忠平教授团队的吴扬名博士等在Nature旗下的期刊Communications Earth & Environment发表题为“Mantle-driven plate convergence due to slab detachment”的最新研究成果。文中将全球板块拆离区划分为洋中脊-海沟碰撞和大陆-海沟碰撞两大类，通过地球动力学数值模拟表明，板块拆离诱发的地幔流能够驱动板块汇聚，板块汇聚在这两类碰撞过程中表现出截然不同的地质响应，这其中俯冲板块上的洋中脊对板块汇聚过程有重要的影响。该研究对解释法拉隆-太平洋洋中脊56 Ma的加速扩张和喜马拉雅山脉的强烈隆起有重要的启示。审稿人高度评价了这一成果，认为：“这项研究非常有价值，其与板片吸力重要性的长期争议密切相关，目前聚焦该主题的地球动力学数值模拟研究极为匮乏。本研究通过计算多种板片拆离构造情景下的数值模型，取得了重要进展。该研究具有及时性，且论证坚实可靠。“

俯冲带作为汇聚板块边界，是全球地震、火山活动的聚集区，对海洋地质灾害的发生和矿产资源的富集有重要影响。自板块构造理论提出以来，俯冲板块的拖拽力一直被认为是驱动板块运动最主要的力源。但是最近十几年大量的地质和地球物理研究发现，在一些俯冲板块发生拆离的区域板块汇聚仍在持续的发生。这说明板块运动的驱动力可能从俯冲板块的重力拖拽向地幔流的黏性拖拽转变。然而，对于板块拆离过程中的地幔流如何驱动板块汇聚仍不清楚。

一个有意思的现象是，在全球不同的板块拆离地区，板块汇聚诱发的地表抬升幅度差别很大。比如，在喜马拉雅造山带表现为强烈的抬升，在地中海-喀尔巴阡造山带和扎格罗斯造山带的隆升幅度相对较小，而在环太平洋俯冲带地表抬升很微弱（图1）。因此，研究俯冲板块拆离的动力效应必须考虑复杂地质构造背景的影响。

文中将全球板块拆离区域分为洋中脊-海沟碰撞区和大陆-海沟碰撞区，并结合俯冲板块一侧的板块边界类型，将这两类板块拆离划分为四个端元构造模式。通过构建大尺度、高精度的黏-塑性板块拆离模型，求解斯托克斯方程和能量守恒方程，模拟计算板块拆离过程中的地幔流演化、板块运动速度以及地形变化规律（图2）。研究结果表明，板块拆离过程中诱发的强烈地幔流能够驱动板块汇聚，在这一过程中俯冲板块一侧是否存在洋中脊对板块汇聚有重要的影响。在洋中脊-海沟碰撞过程中，俯冲板块上洋中脊的存在会导致俯冲板块朝向海沟一侧快速运动，但是地表抬升不明显。在大陆-海沟碰撞过程中，俯冲板块上洋中脊的存在会导致缝合带位置的大陆岩石圈明显抬升，但是几乎无朝向海沟一侧的板块运动。

团队通过现今全球地幔对流模型以及拖拽系数的定量计算，进一步讨论了不同板块拆离区域的地幔流强弱差异原因以及地幔流拖拽力对板块运动的影响大小（图3）。并将模拟结果与全球典型地质实例进行对比，为解释法拉隆-太平洋洋中脊56 Ma的加速扩张和喜马拉雅山脉的强烈隆起提供了新的视角（图4）。

吴扬名博士为论文的第一作者和通讯作者，论文的合作者包括意大利帕多瓦大学的Manuele Faccenda教授，中山大学的廖杰教授，中科院海洋所的范建柯研究员，长江大学的郭锋教授，和汕头大学的赖忠平教授。

文章信息：Yangming Wu^*, Manuele Faccenda, Jie Liao, Jianke Fan, Feng Guo & Zhongping Lai. Mantle-driven plate convergence due to slab detachment. Communications Earth & Environment, 2025, 6. https://doi.org/10.1038/s43247-025-02484-x 

（图文：理学院赖忠平团队）