地幔柱，作为起源于核幔边界的热地幔上升流，会侵蚀克拉通岩石圈，并促使大陆裂解（Morgan, Nature, 1971; Hu et al., Nature Geoscience, 2018）。然而，最新的研究表明，在挤压应力构造环境中，地幔柱不仅不会导致克拉通裂解，反而会促使岩石圈缝合和再克拉通化（Liu et al., Nature，2021）。那么，地幔柱作用会对克拉通岩石圈的内部性质产生何种影响，在后期变形中又会表现出何种行为特征呢？峨眉山大火成岩省位于扬子克拉通西缘，一般认为其形成与二叠纪末的地幔柱作用有关（Xu et al., Geology, 2004）；同时，该区位于青藏高原、扬子克拉通和印支块体的交汇部位（图1），块体相互作用强烈且深部过程复杂，是研究地幔柱作用对克拉通性质改造效应的理想窗口。
图1 COMPASS-ELIP台阵位置及所用地震事件分布
针对上述科学问题，中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室壳幔结构探测学科组在峨眉山大火成岩省组织实施了系统的综合地球物理探测（图1），通过几何结构－物性结构－动力学属性参数之间的联合约束，可靠地揭示了与古地幔柱作用有关的大规模岩浆活动导致的地壳结构和组分变化（Chen et al., EPSL, 2015），以及对现今青藏高原“地壳流”的阻滞作用（Li et al., EPSL, 2020）。在此基础上，壳幔结构探测学科组博士后李玮与合作导师陈赟、梁晓峰，以及中科院广州地球化学研究所徐义刚院士等合作，利用远震剪切波分裂研究，进一步识别了岩石圈地幔中的地幔柱作用“遗迹”及现今深部地幔的变形特征。研究结果表明，在热效应耗散殆尽后，峨眉山地幔柱垂向作用“遗迹”固结于内带（INZ）核心区的岩石圈地幔中（上地幔呈现高波速异常、低热流，SKS到时提前、视各向异性弱等特征）；地幔柱作用强化了克拉通岩石圈，在其阻挡下现今青藏高原“地幔流”以泊肃叶流的形式沿三江构造带（TRZ）向南挤出（上地幔呈现低速异常、高热流，SKS到时滞后、视各向异性弱等特征）；同时，内带和三江构造带之间却凸显强各向异性，结合该区出露的新生代钾质火山岩的富集地球化学特征，指示新生代印度-亚洲大陆碰撞挤出的青藏高原软流圈地幔与扬子克拉通之间发生了强烈的横向剪切作用，并导致扬子克拉通西缘发生了部分侵蚀（图2，图3）。
图2 (a)150km深度穿透点处的单个事件分裂结果；(b-d)单台平均分裂参数、SKS到时和地表热流沿剖面的变化特征；(e)上地幔S波速度结构及各向异性深度菲涅尔带分析结果
图3 单台平均横波分裂分布特征及动力学解释模型
该项研究揭示了峨眉山古地幔柱作用对扬子克拉通西缘岩石圈的强化效应，并对现今青藏高原东南缘的深部过程产生了深远影响。同时，得益于线性密集阵列探测在高分辨率揭示壳幔横向结构变化方面的效能，该观测也为深入认识上地幔顶部地震各向异性的起源，以及软流圈—岩石圈相互作用提供了新的视角。
研究成果发表于国际权威学术期刊JGR（李玮，陈赟*，梁晓峰，徐义刚. Lateral Seismic Anisotropy Variations Record Interaction Between Tibetan Mantle Flow and Plume-Strengthened Yangtze Craton[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126: e2020JB020841. DOI: 10.1029/2020JB020841.）。本项研究受国家重点研发计划（2016YFC0600402）、中科院战略先导专项（XDB18000000）、国家自然科学基金和博士后科学基金联合资助。
