自古生代以来，中亚造山带东段经历了古亚洲洋闭合、蒙古–鄂霍次克洋闭合以及古太平洋-太平洋板块的西向俯冲等多阶段构造叠加改造（Eizenhöfer and Zhao, 2018; Liu et al., 2017），形成了地块与缝合带交替分布的复杂构造格局（图1; Liu et al., 2017）。因此，该区域是研究古老缝合带的深部结构与构造演化的理想区域。其中，索伦缝合带与黑河–贺根山缝合带（以下简称贺根山缝合带）是该区最主要的两条缝合带，与古亚洲洋的演化过程密切相关。然而，由于岩石露头零散和典型碰撞构造特征出露少，这两条缝合带的俯冲碰撞特征仍存在较大争议，进而限制了对古亚洲洋俯冲闭合过程的深入理解。深部地壳结构约束的缺失，是造成上述争议的关键因素之一。已有研究表明，古老的俯冲板片残余可长期保留在大陆岩石圈中，并可顺利获得地球物理方法有效识别（Wu et al., 2023; Xu et al., 2020）。因此，利用地球物理成像手段探测古老缝合带的深部结构并识别俯冲相关特征，对于厘清缝合带的形成与演化机制具有重要意义。
图1 中亚造山带东段地质构造简图(参考Xiao et al., 2018)。(a)为大区域构造简图，(b)为图(a)中黑色框区域。(b)中绿色区域为蛇绿岩带(参考刘永江等, 2019)。AA'-本研究所使用的短周期密集台站；BB'-宽角反射与折射测深剖面(王海燕等, 2022)和深反射地震剖面(Tan et al.,2023, 2024)；CC'-宽频带地震台站(Zheng et al., 2015)；DD'-深反射地震剖面(Zhang et al., 2014)。NCC-华北克拉通，SXB-松嫩-锡林浩特地块，XAB-兴安地块，XMS-西拉木伦缝合带，LF-林西断层，EXHB-二连浩特-锡林浩特-黑河缝合带，HHS-黑河-贺根山缝合带，1-阿巴嘎火山，2-达里诺尔火山
为此，中国科研实验室地质与地球物理研究所地球与行星学科中心博士生潘冬雪，在导师陈棋福研究员与王新特聘研究员和吉林大学许文良教授的指导下，利用中亚造山带东段布设的一条长约250 km的短周期密集地震测线，以及测线邻近的4个NECESSArray宽频带地震台站和锡林浩特固定地震台站（图2a）的观测资料，基于相干接收函数方法（Coherent Receiver Function, CRF; Wang et al., 2021）对索伦和贺根山两条缝合带的地壳结构进行了成像分析（图2）。接收函数成像结果（图2d）在索伦缝合带中下地壳成功识别出了规模较大且稍有间断的北倾和南倾正信号，可能反映了古亚洲洋南北双向俯冲板片界面的信息。而在贺根山缝合带处，虽未见明显的倾斜结构，但观测到显著的Moho面间断，可能是古亚洲洋北向俯冲相关构造特征的反映。
图2 地震台站分布和地震成像结果。(a)地震台站分布。黄色线标记了CCP叠加剖面，绿色叉号为40km深度穿透点的分布。火山区分别标记了对应的火山活动周期(Ho et al., 2008)。(b)台站高程。(c)时间域CRF结果，黑色圆圈标记了浅层沉积层转换波震相(Pbs)。(d) CCP成像结果，黑色实线勾画了深地震测深方法取得的沉积盆地形态(Li et al., 2013)。(c)和(d)黑色实线和白色圆圈分别代表倾斜界面和Moho面转换波震相
结合该研究的成像结果与前人地球物理和岩石地球化学资料，他们提出了古亚洲洋演化构造模型（图3）：自奥陶纪至三叠纪，古亚洲洋主洋盆经历了南北双向俯冲，最终于索伦缝合带闭合；而贺根山缝合带的形成则可能与古亚洲洋分支洋盆在二叠纪至三叠纪的闭合过程有关。侏罗纪后，蒙古-鄂霍茨克洋及古太平洋板块的俯冲引发强烈的岩浆活动，以及新生代的多次火山事件，共同改造了地壳结构，破坏了部分俯冲残余体。白垩纪之后，区域地壳进入稳定阶段，使部分深部结构得以保存至今。该研究是地球物理成像与地质构造演化研究相结合的有益尝试，不仅深化了对中亚造山带缝合带深部结构的认识，也展示了短周期密集地震台阵探测在古构造研究中的优势。
图3 中亚造山带东段构造演化示意图(改自Tan et al., 2024等)，问号和虚线表示构造形态和演化过程仍旧需要进一步的研究
研究成果发表于国际学术期刊GRL（潘冬雪，王新，陈棋福*，许文良. Seismological Constraint of the Fossil Suture Zone: A Case Study in the Eastern Central Asian Orogenic Belt [J]. Geophysical Research Letters, 2025, 52, e2024GL113628. DOI: 10.1029/2024GL113628.）。研究受国家自然科学基金项目（91958209, U2244201, 42430303）资助。
潘冬雪（博士生）
