青藏高原東緣的龍門山地區(qū)以其陡峭的地形梯度而聞名，是全球地形變化最劇烈的區(qū)域之一。然而，這一地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)卻表現(xiàn)出緩慢的板塊匯聚速率與快速的侵蝕速率并存的現(xiàn)象。這種看似矛盾的特征引發(fā)了科學(xué)界的廣泛討論：在活躍的造山過(guò)程中，地表侵蝕與深部地殼流變性質(zhì)如何共同影響應(yīng)力傳遞與應(yīng)變分配？這一問(wèn)題不僅關(guān)乎理解青藏高原東緣的演化機(jī)制，也對(duì)評(píng)估該地區(qū)的地震災(zāi)害潛力具有重要意義。

中國(guó)地震局地球物理研究所楊輝副研究員與中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、斯坦福大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等單位的學(xué)者合作，構(gòu)建了二維黏彈性有限元模型（圖1），針對(duì)龍門山造山帶的構(gòu)造特征，分析了地表侵蝕速率變化和高原東部殼內(nèi)軟弱層黏度差異對(duì)區(qū)域地表形態(tài)及深部物質(zhì)運(yùn)移的影響。研究的主要內(nèi)容包括：（1）確定地表過(guò)程在龍門山構(gòu)造變形和演化中的作用；（2）評(píng)估韌性中地殼物質(zhì)是否以及在多大程度上耦合或解耦了上地殼和下地殼以及地幔巖石圈的變形；（3）評(píng)估上地殼縮短和通道流模型兩種模型在研究區(qū)構(gòu)造演化中的作用，并確定它們是相互競(jìng)爭(zhēng)還是共存。

圖1 模型示意簡(jiǎn)圖圖

研究表明，在青藏高原東緣，構(gòu)造擠壓對(duì)整體變形起主導(dǎo)作用，而地表侵蝕的影響相對(duì)較弱。其中，差異侵蝕顯著改變了區(qū)域地形，并影響了不同斷裂帶的地震潛能分布。在龍門山深處向前陸方向抬升變薄的過(guò)程中，高原深部流變軟弱層前緣的通道厚度減小，導(dǎo)致通道內(nèi)低速物質(zhì)的等效黏度增大，流動(dòng)能力迅速降低。這一過(guò)程使得高原東緣軟弱層的流動(dòng)能力不足，難以主導(dǎo)龍門山造山帶的峰面變形。

圖2 位移場(chǎng)和速度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果示意圖（2.4 Myr后）

在龍門山造山帶深部，軟弱層的主要作用是將巖石圈深部的高應(yīng)變向上傳遞，并在這一過(guò)程中解耦。在高原部分，軟弱層在不同區(qū)域的作用存在顯著差異。龍日壩斷裂以西的高原腹地，上、下地殼之間未表現(xiàn)出明顯的力學(xué)解耦，位移場(chǎng)較為一致；而在龍日壩斷裂與龍門山斷裂系之間，軟弱層則表現(xiàn)出明顯的力學(xué)解耦作用，直接改變了上、下地殼物質(zhì)運(yùn)移的同步性（圖2）。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，即使在當(dāng)前較低的匯聚速度下，龍門山仍能形成并維持其陡峭的地形地貌特征。無(wú)論龍門山深部是否存在低速層，在15-20 km深度均可形成剪切帶，該剪切帶起到滑脫層的作用，使龍門山深部的韌性變形特征與上部地殼運(yùn)動(dòng)相解耦。因此，龍門山上部地殼體現(xiàn)出與高原段上地殼近乎一致的整體運(yùn)移狀態(tài)。

在青藏高原東緣和龍門山地區(qū)，地殼通道流與脆性地殼縮短并非相互排斥，而是可能在不同區(qū)域同時(shí)存在。深部過(guò)程（如巖石圈的非均質(zhì)性）在該地區(qū)的構(gòu)造演化中起到了決定性作用。綜合來(lái)看，龍門山地區(qū)主要表現(xiàn)為上地殼縮短模式，可與松潘-甘孜塊體東部下方的通道流“tunnel”模式共存。

這項(xiàng)研究通過(guò)數(shù)值模擬揭示了地表侵蝕與深部流變性質(zhì)的協(xié)同作用如何控制龍門山的構(gòu)造演化，為理解青藏高原東緣的動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了新視角：1. 明確了差異侵蝕對(duì)地形和地震潛能的調(diào)控作用；2. 揭示了中地殼流變性質(zhì)在應(yīng)變分配中的關(guān)鍵角色；3. 提出了多種構(gòu)造模式（如通道流與地殼縮短）可能共存的動(dòng)力學(xué)框架。該研究不僅深化了對(duì)青藏高原東緣造山過(guò)程的認(rèn)識(shí)，也為評(píng)估類似構(gòu)造背景下的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供了理論依據(jù)。未來(lái)結(jié)合更多觀測(cè)數(shù)據(jù)與高分辨率模型，將進(jìn)一步揭示地表-深部耦合作用的細(xì)節(jié)機(jī)制。

研究成果于2025年發(fā)表于國(guó)際地學(xué)學(xué)術(shù)期刊《Global and Planetary Change》（Hui Yang, YuanZe Zhou, Hua Wu, JiWen Teng. (2025), Role of surface processes and deep crustal rheology in the steady-state LongMenShan building: Insights from geodynamic modeling. Global and Planetary Change, 252, 104894. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104894），研究受國(guó)家自然科學(xué)基金（4207040710）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（E3E40401X2）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

第一作者：楊輝，男，中國(guó)地震局地球物理研究所副研究員。主要從事地球動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬和三維原子探針技術(shù)在固體地球物理學(xué)中的應(yīng)用等方面工作。