伊朗高原由新生代时期新特提斯洋俯冲及随后的阿拉伯—欧亚大陆碰撞产生。与青藏高原相比，伊朗高原由于碰撞时间晚（<35-20 Ma）,尚未发育成熟，是研究陆陆碰撞早期阶段高原隆升演化的理想实验室。当前主要有两种端元模型解释高原生长和陆内变形。一种认为大型断裂将陆内岩石圈分为若干刚性块体，变形主要由断裂带调节。另一种则认为大陆碰撞引发岩石圈连续变形，变形主要发生在下地壳或整个岩石圈，而断裂是脆性上地壳变形的产物。尽管对应于不同的岩石圈流变性质，这两种机制都预测从碰撞前缘到腹地发生渐进变形和高原隆升。然而，这与年轻的伊朗高原非渐进式的隆升特征相矛盾（图1）。 

　　伊朗高原具有显著的应变分区特征（图1）：（1）变形和隆升主要集中于南部的碰撞前缘（即Zagros造山带）和北部边界带（包括Alborz和Kopeh Dagh造山带）。（2）高原中部被一系列大型南北向走滑断裂分成若干块体。大地测量学和地质学等基于浅表观测的研究认为，这些块体内部缩短变形较小，在走滑断裂的调节下整体向北运动，可能是刚性块体。但地震学成像研究显示，高原中部的岩石圈较薄（<100 km）且波速相对较低，因此可能温度较高、强度较低。最新的地震各向异性研究表明，高原中部岩石圈虽然地表变形较弱，但岩石圈地幔和下地壳可能分别受地幔流动和大型走滑断裂的影响而发生了显著的剪切变形（《岩石圈性质不均一性控制伊朗高原东北部和东部陆内变形模式》）。这就引发了问题：伊朗高原中部块体强度较低、容易变形，为什么在其将应力从碰撞前缘传递至高原北部边界区域时却没有发生显著浅表变形？要了解伊朗高原的变形模式和非渐进隆升机制（图1），就需要认识高原岩石圈的流变结构及其如何控制陆内的应变分布。 

图1 (a) 地表应变率分布，黄点代表地震分布，SSZ代表锡斯坦缝合带；(b) 地表地形起伏特征，反映高原非渐进式的隆升特征，位置由(a)中橘黄色虚线表示；(c) 伊朗高原主要构造特征及研究区位置；(d) 模型设置

　　中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室岩石圈演化动力学学科组博士后高一帆与导师陈凌研究员、杨建锋副研究员和中国地震局地球物理研究所王坤博士等利用三维数值模拟方法研究伊朗高原的变形隆升机制。构建的地壳尺度模型主要包括三部分（图1d）：一是高原北部，该地区在阿拉伯-欧亚大陆碰撞前就经历了复杂的构造演化，古特提斯洋缝合带位于其中。第二、三部分为位于高原中部的西部高原和东部的Lut地块。新特提斯洋俯冲过程引发了伊朗高原岩石圈伸展变形和强烈的幔源岩浆作用，可能导致高原中部岩石圈的整体弱化。而在阿拉伯—欧亚大陆碰撞前，Lut块体和阿富汗块体沿锡斯坦缝合带发生碰撞，后续可能发生增厚岩石圈的拆沉和软流圈上涌，导致Lut块体内部广泛的幔源岩浆活动，可能减薄并改造了其岩石圈。因此西部高原和Lut地块间的岩石圈性质可能存在差异。 

　　通过综合多学科观测，尤其是应变率分布、地表隆升和高原内部块体边界大型断裂活动特征等观测（图2），研究人员绘制了伊朗高原一阶流变结构（图3），获得了对伊朗高原隆升变形模式的新认识。高原北部最弱，西部高原和Lut块体的地壳强度分别是其～4.2和～2.4倍，强度最大的西部高原与全球中等强度的大陆性质相当。岩石圈流变性横向差异与由此产生的大型走滑断裂共同主导高原内部变形模式。最弱的高原北部是优先发生缩短增厚变形和隆升的区域(图2a-图2c，图3)。高原中部Lut块体与锡斯坦缝合带和西部高原的流变性差异对Lut块体东、西走滑断裂的形成至关重要(图3)。这些走滑断裂一方面进一步加强高原北部的应变集中，另一方面使高原中部地表呈现低应变率、表现为较弱的缩短变形和隆升(图2a-图2c，图3b)。但该区域较弱的下地壳则具有高应变率，并在走滑断裂活动的影响下发生显著的剪切变形（图2d，图3b）。 

图2 高原流变结构横向不均一模型（Model_4），即同时考虑最弱的高原北部、Lut块体与西部高原和锡斯坦缝合带的流变差异。其它模型（未显示）不考虑流变结构的横向变化（Model_1）或者仅考虑部分横向变化（Model_2、Model_3）。(a) 地表水平应变率的二阶不变量；(b-c) 地形的演化特征，位置由(a)中紫线所示；(d) 沿P2垂直剖面水平应变率的二阶不变量；(e) 各个模型中西部高原和Lut块体北向汇聚速率与GPS观测的对比

图3 伊朗高原的一阶流变结构和陆内变形模式。黑色虚线分隔上、下地壳

　　结果显示，地表观测可能难以有效反映岩石圈深部的变形特征和性质。大陆岩石圈往往由多个块体拼贴而成。不同块体因经历不同的构造演化历史而可能具有不同的流变性质。研究表明，大陆碰撞作用优先由大陆岩石圈流变边界和力学薄弱区所调节，而非靠近碰撞前缘的地区。因此非渐进式变形隆升可能是高原演化的普遍模式。最近的研究推测青藏高原具有类似的非渐进式变形隆升模式（Ding et al., 2022; Fang et al., 2020），为本研究获得的认识提供了佐证。 

　　研究成果发表于国际地学学术期刊GRL（高一帆，陈凌^*，杨建锋，王坤.Rheological Heterogeneities Control the Non-Progressive Uplift of the Young Iranian Plateau[J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50(3): e2022GL101829. DOI: 10.1029/2022GL101829）。