青藏高原作为印度与欧亚大陆板块碰撞和持续汇聚的产物，其地壳厚度约是平均大陆地壳厚度的两倍。按照常理，如此厚重的高原之下应当有厚实的地幔岩石圈“根基”。然而，地震学观测却显示高原下方的地幔岩石圈并不厚，似乎“缺”了一大块。为了解释这个矛盾，学界提出了岩石圈拆沉与板片断离等模型，认为俯冲的印度板片的前端或（和）高原下方增厚的地幔岩石圈发生了断裂和拆沉，并下沉至地下410-660公里深度范围的地幔过渡带（简称MTZ）中。

地幔过渡带的上、下边界（约410公里和660公里深处）是矿物相变界面，冷的岩石圈物质落入其中，会使得这两个界面距离增大，导致过渡带增厚，同时在地震波成像中表现为高速异常。但在青藏高原，前人观测发现的许多过渡带增厚区域，并非都对应着地震波高速异常。这意味着，除了温度，很可能还有“水”在起作用。地幔过渡带中的主要矿物具有很高的储水能力，其含水量甚至可以超过地表海洋总水量的数倍。如果这些“水”被扰动而向上释放，就会使得大陆碰撞和俯冲不再那么“干燥”了。然而，此前对青藏高原下方地幔过渡带是否含水、含水量分布，始终缺乏可靠的定量约束。

图1 研究使用地震台站的分布图。右上角插图展示了本研究采用的远震事件分布情况。图中标注：LB—拉萨块体；QB—羌塘块体；HOB—喜马拉雅造山带；SGOB—松潘-甘孜造山带；MFT—主前缘逆冲断层；YZS—雅鲁藏布江缝合带；BNS—班公-怒江缝合带；JRS—金沙江缝合带

为此，中国科学院地质与地球物理研究所博士生研究生吴义斌，与导师田小波研究员、梁晓峰研究员，联合浙江海洋大学李仪兵副研究员、何小波副研究员，开展了青藏高原地幔过渡带的地震学探测研究。利用在青藏高原南部新布设的宽频带地震台阵及公开台网数据，构建了覆盖良好的观测网络（图1）。通过接收函数共转换点叠加技术，结合高分辨率三维速度模型进行速度校正，有效消除了上地幔三维速度异常对界面深度的干扰，获取了青藏高原下方地幔过渡带可靠的厚度分布。结果中一些地幔过渡带地震波速度低，通常会认为是温度偏高的区域（如图2中标记C的区域），却显示地幔过渡带增厚，这一异常现象强烈暗示水的存在。因为水既能降低地震波速，又能使地幔过渡带增厚，效果与温度正好相反。该研究进一步以地幔过渡带厚度和地震波速度为已知观测数据，基于前人实验得出的过渡带厚度和波速对温、水的依赖关系，构建方程组，定量计算了青藏高原地幔过渡带温度异常和含水量的横向变化。

图2 接收函数CCP叠加及地震波速度剖面图。图(e)为地幔过渡带厚度分布图，其中标注为L1–L4的红色实线分别对应剖面(a)-(d)。剖面(a)-(d)以常规接收函数波形形式绘制，其中显著的正、负震相分别以深灰色和蓝色表示。Bootstrap获得的上下置信区间用波形两侧的灰线表示。黑色线条标示410公里与660公里的参考深度。图中黑色方框和圆圈A和B指示与高速异常对应的MTZ增厚区域，黑色方框和圆圈C指示与低速异常对应的MTZ增厚区域，黑色方框和圆圈D则指示MTZ减薄区域

研究结果显示：（1）青藏高原下方地幔过渡带的平均含水量至少为 0.31%（质量百分比），这是一个相当可观的数字，表明高原下方地幔过渡带是富水的。（2）以班公-怒江缝合带为界，南北差异显著：北部地幔过渡带相对高温、富水，而南部则相对低温、干燥（图3a,图3b）。（3）更引人注目的是，在410公里间断面的顶部发现有低速层分布，尤其在南部地区更为广泛。这种低速层通常被解释为部分熔融的产物，意味着富含水的物质正在从地幔过渡带向上运移，并在穿过410公里界面时发生减压熔融。

图3 地幔过渡带含水量分布、温度异常及动力学模式。图(a) 计算得到的含水量分布图；D410顶部的低速层用蓝色空心圆圈标出，斑岩铜矿位置用红色实心方框表示，参考自 (Yang & Cao, 2024)；红色实线示意卡通图对应横截面位置。(b) 计算得到的温度异常分布。(c) 动力学模式的卡通图：拆离的印度大陆岩石圈导致南部出现高速异常和地幔过渡带增厚，同时扰动该区域的地幔过渡带向上释放“水”，含水地幔穿过 410公里间断面时发生减压熔融，在南部形成更显著的低速层；大量的含水熔体继续上升，最终抵达藏南地壳底部，为浅部岩浆活动和成矿作用提供了关键的水和挥发份

综合上述结果，研究团队提出了一个完整的动力学模型（图3c）：印度大陆岩石圈拆沉或断离后，沉入南部地幔过渡带，如同将石头投入水中，扰动了周围富含水的过渡带物质。这些含水物质被向上挤出，当它们穿过410公里间断面时，因压力骤降而发生部分熔融，形成观测到的低速层。更大量的含水熔体可能继续上升，最终抵达藏南地壳底部，为浅部岩浆活动和成矿作用提供了关键的水和挥发份。

藏南巨量斑岩铜矿的“水源”是长期困扰矿床学家的一个难题。传统观点认为，大型斑岩铜矿的形成离不开俯冲洋壳释放的富水流体。然而，印度板块是缺乏含水矿物的大陆岩石圈，其俯冲过程中很难向上覆板块供应大量的水。该项研究提出：拆沉板片将地幔过渡带中储存的“水”挤了出来，通过深部上涌的含水熔体，为藏南成矿的深部过程“供水”，从而促成了中新世斑岩铜矿的大规模爆发。这一成果不仅为藏南斑岩铜矿的“水源”难题提供了新的解释，也为理解大陆碰撞带深部水循环与浅部成矿的耦合关系提供了新视角。