约50个百万年以来，印度和欧亚板块在新生代的持续碰撞、挤压造就了海拔高、地壳巨厚的青藏高原。中新世开始青藏高原上发育了一系列南北走向的裂谷（图1a），被认为代表了高原动力学机制从南北向挤压转变到了东西向伸展，可能指示青藏高原演化已进入垮塌阶段。但青藏高原的裂谷伸展方向明显不同于垮塌伸展方向与前期挤压方向平行的高原垮塌模型的传统认识，因此，青藏高原南北向裂谷的形成机制就成为高原演化研究的关键科学问题。
图1 （a）青藏高原构造背景图；（b）藏南裂谷区域宽频带台站分布图。蓝色三角形表示该研究布设的宽频带地震台站；绿色三角形表示研究区域附近的固定台站。TB01为本研究布设的台阵最东边的一个台站。TYR：当惹-雍措裂谷；PXR：朋曲-申扎裂谷；YGR：亚东-谷露裂谷；CR：错那裂谷。埃达克岩、超钾质岩以及斑岩型铜矿分别用黑色方块、红色方块以及绿色同心圆表示
前人提出了一系列模型来解释青藏高原南北向裂谷的形成原因，包括中下地壳流、重力垮塌以及板片撕裂等模型。这些研究都试图使用统一的变形模式来讨论所有裂谷的成因。然而，不同的地球物理探测结果显示不同裂谷下方的地震波速度结构或者电性结构等存在一定的差异，地球化学研究也显示不同裂谷上的岩浆岩形成与裂谷启动的相对时间先后具有差异，这对使用统一的模式解释裂谷成因提出了挑战。为此，中国科学院地质与地球物理研究所的博士生李聃聃和导师田小波研究员，与梁晓峰副研究员、聂仕潭博士后合作，基于沿北纬30°N穿越当惹-雍措裂谷(TYR)、朋曲-申扎裂谷(PXR)和亚东-谷露裂谷(YGR)的东西方向宽频带地震台阵（图1b），使用背景噪声成像方法，获得了跨藏南不同裂谷的地壳剪切波速度（Vs）结构，揭示了不同的裂谷可能具有不同的发育模式。
图2 （a）沿图1中剖面AA'的地形；（b）沿AA’剖面Vs模型；（c）岩浆岩年龄和裂谷形成年龄的对比图。落在蓝色区域中的岩浆岩或斑岩型铜矿的年龄比裂谷起始年龄要早，而落在红色区域中的则具有相反的年龄模式
跨藏南不同裂谷的Vs模型显示不同裂谷下方的低速异常具有明显的差异（图2）。在TYR和PXR下方中地壳存在明显的低速层，推测可能是中地壳发生部分熔融形成的，但部分熔融熔体百分含量小于7%，因此难以形成大规模地壳流。结合中、上地壳粘度估计显示这两个裂谷下方的地壳强度具有明显的垂向分层性，该研究认为印度板块与欧亚板块的持续碰撞挤压以及重力势能的共同作用导致的东西向拉伸作用，使得TYR和PXR的中地壳发生韧性变形，而脆性上地壳被分段，裂谷和岩浆活动在分段的位置发育（图3a、图3b）。而对于YGR，其低速异常从上地壳延伸至中地壳，与两侧中地壳低速不连通，反映了地壳强度的横向不均匀性。结合YGR区域岩浆活动早于裂谷启动（图2c）和前人对其下伏印度板片撕裂的共识，该研究推测该裂谷下方的地壳强度可能被印度板片撕裂引发的岩浆活动所破坏或弱化，进而在东西伸展背景下，整个地壳被拉伸而形成大型裂谷（图3c、图3d）。因此，该研究认为青藏高原南北向裂谷可能不代表高原垮塌，而是南北向挤压与多种深部动力学过程共同作用于高原巨厚地壳的结果，不同裂谷很可能形成于不同的变形模式。
图3 藏南不同裂谷不同形成模式的解释图。（a-b）Model-1表示TYR和PXR的形成过程，即东西伸展背景下，裂谷发育于弱中地壳之上的强上地壳的分段，随后岩浆沿着裂谷垂直向上运移；（c-d）Model-2表示YGR形成的过程，即与印度板块撕裂有关的软流圈上涌导致了裂谷发育前岩浆作用，进而弱化了地壳，并导致随后在东西伸展作用形成了一个大裂谷
研究成果发表于国际地学权威学术期刊GRL（李聃聃，田小波*，梁晓峰，聂仕潭. Different formation modes of the North‒South -trending rifts in southern Tibet: implications from ambient noise tomography [J]. Geophysical Research Letters, 2024, 51: e2024GL108254. DOI: 10.1029/2024GL108254.）。研究受到国家自然科学基金（42030308, 42204063）和国家重点研发计划（2022YFF0800901）的资助。
