新生代印度-欧亚板块持续碰撞导致了青藏高原的隆升及陆内大型边界断裂的形成。阿尔金断裂系是地球上最显著的活动走滑断裂系统之一，它是塔里木盆地与青藏高原北部的边界。然而，阿尔金断裂系统在印欧碰撞作用下的变形方式与隆升过程还不清楚。研究跨阿尔金断裂系统的地壳结构及陆内变形特征对于理解青藏高原的隆升和向外扩展机制具有重要意义。
阿尔金断裂系统由1600 km长的ENE走向的左旋阿尔金断裂和该断裂中段北部的北阿尔金断裂，以及两断裂之间的菱形阿尔金山脉所组成（图1）。阿尔金断裂系统的陆内变形模式取决于印度-欧亚板块汇聚产生的应变分配方式。一种观点认为阿尔金断裂表现为左旋走滑运动，而北阿尔金断裂为逆冲断裂，走滑量有限。另一种观点认为，阿尔金断裂与北阿尔金断裂均为左旋走滑断裂。为研究阿尔金断裂系统的陆内造山及应变分配机制，中国科学院地质与地球物理研究所武澄泷副研究员、徐涛研究员、田小波研究员、Ross Mitchell研究员、杨建锋特聘研究员、王新特聘研究员，联合中国地震局物探中心林吉焱高级工程师、中国地质科学院卢占武研究员等人，通过开展跨塔里木-阿尔金-柴达木的短周期密集地震剖面探测，利用接收函数方法揭示了研究区精细的地壳结构。
图1 阿尔金山构造背景以及密集台阵位置（红色三角）。蓝色十字为Ps转换波50 km深度穿透点。右上角小图为所使用远震事件。左下角小图为青藏高原及周边构造单元图，红框和红线分别代表研究区和测线，蓝色箭头为平均GPS速度场。TDF，塔东断裂；CF，车尔臣断裂；NAF，北阿尔金断裂；NABF，北阿尔金分支断裂；LF，拉配泉断裂；ATR，阿尔金山脉；ATF，阿尔金断裂
高分辨率接收函数结果清晰显示塔里木块体向阿尔金山下方底冲（underthrusting）。东塔里木地壳约为50 km，至阿尔金山下方地壳厚度逐渐变深至75 km，西柴达木Moho隆升至45 km后又变深。塔东隆起区结晶基底与康氏界面均表现出明显的上隆特征。向东南倾斜的界面D1和D2分别代表北阿尔金断裂及其分支断裂。Moho深度与H-κ扫描所得地壳厚度一致，验证了Vp/Vs波速比的可靠性（图2）。东塔里木、阿尔金以及西柴达木平均波速比分别为1.84、1.75和1.77。用混合法进行波场模拟，得到合成地震记录并进行CCP成像，合成记录CCP与实际数据CCP主要特征一致证明所得地壳结构可信（图3）。
图2 沿测线的综合地球物理观测。（a）应变率和布格重力观测；（b）地形和台站；（c）CCP图像，黑色圆圈为地震事件；（d）和（e）中心台站H-κ叠加得到地壳厚度与波速比。三个构造单元的平均波速比用粉色实线表示
图3 实际CCP图像与合成记录CCP图像对比，以及Moho平衡剖面分析。（a）地形及台站；（b）实际CCP图像；（c）基于（b）构建的二维Vp速度模型；（d）基于（c）进行波场模拟得到的合成地震记录CCP成像结果；（e）平衡剖面分析得到的跨阿尔金山新生代地壳缩短量
水平层状地层表明塔里木盆地新生代没有发生明显变形，东塔里木地壳结构反映了古老地质事件的遗迹。塔东断裂Moho错断位于塔里木盆地中部航磁异常带，1.9 Ga广泛岩浆活动表明该带为南、北塔里木两地块聚合形成的古元古造山带，推断塔东断裂为南、北塔里木块体聚合的缝合带。泥盆纪天山-塔里木碰撞导致东塔里木壳内界面的上隆，形成塔东隆起。东塔里木高波速比反映其地壳为铁镁质组分，可能与二叠纪地幔柱活动相关。地幔柱与岩石圈相互作用将铁镁质物质侵入下地壳并强化了塔里木块体。
倾斜Moho与北阿尔金断裂刻画了塔里木下地壳向阿尔金山下方底冲，本研究倾向于北阿尔金断裂是以逆冲活动为主的断裂。结合GPS方向推测塔里木下地壳南向底冲到阿尔金山下方。塔里木与柴达木块体斜向汇聚导致阿尔金山经历压扭变形，上地壳在斜向汇聚力作用下沿北阿尔金断裂及其分支断裂挤出，形成冲起构造（pop-up structure），造就了阿尔金山。上地壳增厚造成波速比降低，剧烈变形导致阿尔金山强地震活动性及高应变率（图2）。阿尔金山下地壳底冲楔表现为高速、高密度、高布格重力异常，推测其在高压作用下发生部分榴辉岩化。阿尔金断裂下方近30 km的Moho错断表明其为岩石圈尺度的深大断裂。
平衡剖面分析结合地貌学、测地学观测推断阿尔金山隆升于晚中新世。平衡剖面方法得到新生代阿尔金地区地壳沿NW-SE方向缩短18 km（图3），结合断裂野外调查、GPS速度等推测地壳显著缩短至少始于9-5 Ma，与热年代学、沉积学等方法得到的阿尔金山快速隆升年龄（晚中新世，约10 Ma）基本一致，支持晚中新世以来阿尔金山陆内变形显著加剧的观点（图4）。
图4 塔里木下地壳向青藏高原下方底冲（underthrusting）模型图。白色箭头表示GPS观测指示的块体相对运动方向。铁镁质塔里木下地壳底冲至阿尔金山下方约75 km处，底冲楔经历了部分榴辉岩化。斜向汇聚力导致上地壳物质沿着北阿尔金断裂及其分支断裂挤出，形成阿尔金山脉的冲起构造
研究成果发表于国际学术期刊GRL（武澄泷，徐涛*，田小波，Ross N. Mitchell*，林吉焱，杨建锋，王新，卢占武. Underthrusting of Tarim Lower Crust Beneath the Tibetan Plateau Revealed by Receiver Function Imaging [J]. Geophysical Research Letters,2024,51: e2024GL108220. DOI: 10.1029/2024GL108220.）。研究得到了第二次青藏高原综合科学考察项目（2019QZKK0701-02）、王宽诚教育基金（GJTD-2019-04）和国家自然科学基金（42030308、42130807、42104102）联合资助。
