青藏高原是研究地球陸-陸碰撞和造山運(yùn)動時(shí)期巖石圈動力學(xué)過程的天然實(shí)驗(yàn)場。青藏高原構(gòu)造演化與隆升機(jī)制一直是國際地學(xué)界持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)科學(xué)問題。一直以來，青藏高原東緣的隆升機(jī)制都存在著較大爭論，國內(nèi)外學(xué)者們基于該地區(qū)地球物理學(xué)證據(jù)提出了眾多隆升模型。目前，殼幔垂直連續(xù)變形模型、塊體擠出模型和中下地殼流模型三種最為流行。但是，此三種模型都存在一定的不足，其在實(shí)踐中的合理性仍需要進(jìn)一步探討。

地球所陳石研究員團(tuán)隊(duì)利用關(guān)聯(lián)貝葉斯參數(shù)估計(jì)的導(dǎo)納-相關(guān)性譜分析聯(lián)合反演方法，估算青藏高原東緣巖石圈有效彈性厚度（Te）和初始載荷比（F）。改進(jìn)了理論布格導(dǎo)納法，基于獲得的Te和F結(jié)果計(jì)算研究區(qū)域撓曲均衡重力異常（FIA）。發(fā)現(xiàn)青藏高原東緣存在較低的Te值（~20 km）、較高的F值（~0.8）和明顯的重力均衡負(fù)異常（~-60 mGal），如圖1a、1b和圖2a所示。

結(jié)果表明青藏高原東緣巖石圈力學(xué)強(qiáng)度較低，板下載荷較大，并且存在明顯的物質(zhì)盈余。上述特征參數(shù)與中下地殼流模型對應(yīng)的理論參數(shù)相一致，而與殼幔垂直連續(xù)變形和塊體擠出模型的理論參數(shù)存在一定的沖突。故該研究從重力均衡特性的角度上認(rèn)為，與其它兩種模型相比，中下地殼流模型在解釋青藏高原東緣隆升機(jī)制時(shí)更具有合理性。同時(shí)，該研究也給出了中下地殼流可能存在的位置和流動方向，如圖1a、1b和圖2所示。

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圖 1 青藏高原東緣及鄰區(qū)（a）巖石圈有效彈性厚度（Te）（b）初始載荷比（F）（c）Te結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差（d）F結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差。深藍(lán)色箭頭表示中下地殼流可能存在的位置和流動方向

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圖 2 青藏高原東緣及鄰區(qū) （a）撓曲均衡重力異常（b）由圖2a推算的山根深度（c）艾力均衡重力異常（d）由圖2c推算的山根深度

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本研究改進(jìn)了用于計(jì)算撓曲均衡重力異常的理論布格導(dǎo)納法，使其能夠在Te和F分布不均勻的情況下使用；發(fā)展了基于重力均衡特性研究巖石圈結(jié)構(gòu)及屬性的方法，首次聯(lián)合分析Te、F和FIA，討論青藏高原東緣巖石圈屬性；評估了三種主流的青藏高原東緣隆升機(jī)制解釋模型，為探索高原隆升機(jī)制提供了有效約束和更多地球物理學(xué)證據(jù)。本研究改進(jìn)和發(fā)展的新方法可以成為我國西部地區(qū)巖石圈結(jié)構(gòu)研究的新工具，為研究區(qū)域提供更多的重力學(xué)信息和地球物理學(xué)資料，成果于2023年發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Terra Nova》，受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（批準(zhǔn)號：2017YFC1500503）和國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：42104090, U1939205, 42274117和 42174127）共同資助。

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【作者簡介】

侍文，重力與地殼形變研究室助理研究員，主要從事重力學(xué)和地球動力學(xué)方面的研究工作。Email: shiwen@cea-igp.ac.cn

陳石（通訊作者），重力與地殼形變研究室研究員，主要從事重磁位場方法與地球動力學(xué)研究工作。Email: chenshi@cea-igp.ac.cn