伊朗高原經(jīng)歷了新特提斯洋俯沖和阿拉伯板塊與歐亞大陸碰撞，發(fā)育廣泛的新生代巖漿活動(dòng)（圖1a）。地質(zhì)和地球物理觀(guān)測表明，伊朗高原下方殘存的新特提斯洋板片可能發(fā)生了斷裂或拆離。然而，對板片斷離的具體位置尚存在爭議，因而難以對由此產(chǎn)生的巖漿活動(dòng)進(jìn)行約束，進(jìn)而制約了對深部板片斷離如何影響淺部陸陸碰撞過(guò)程的認識。通常采用地球化學(xué)方法測定地表巖漿巖的年齡和化學(xué)組分，利用地球物理觀(guān)測方法獲取深部較大尺度結構，從而判斷地表火山活動(dòng)的深部熱物質(zhì)來(lái)源。然而，對幔源巖漿如何從軟流圈地幔運移至地表的直接觀(guān)測非常困難。地震Pn波主要在上地幔頂部傳播，其振幅衰減對上地幔頂部的溫度和部分熔融非常敏感。因此，測量Pn波衰減特征能夠有效約束俯沖板塊前緣形態(tài)及熱異常分布范圍，從而對解決上述科學(xué)問(wèn)題提供進(jìn)一步的啟示。
圖1（a）伊朗高原新生代巖漿活動(dòng)分布。Az: 阿爾博爾茲山脈；CI: 伊朗中部盆地；CS: 里海；KD: Kopet-Dogh山脈；LC: 小高加索山脈；Lut: Lut地塊；Ma: Makran增生區；OS: 阿曼海；PG: 波斯灣；SSZ: Sanandaj-Sirjan變質(zhì)帶；Ta: Talesh山脈；UDMA: Urumieh-Dokhtar巖漿弧；ZFTB: 扎格羅斯褶皺推覆帶。（b）地震事件和臺站分布圖。藍色三角形代表 “中-伊伊朗高原地質(zhì)地球物理綜合探測（CIGSIP）”計劃多期密集流動(dòng)地震臺陣位置
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗室地震學(xué)學(xué)科組的博士研究生楊庚、導師趙連鋒研究員、巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗室巖石圈演化動(dòng)力學(xué)學(xué)科組陳凌研究員、美國加州大學(xué)圣克魯茲分校的謝小碧研究員與其他合作者一起，基于“中-伊伊朗高原地質(zhì)地球物理綜合探測（CIGSIP）”計劃多期密集流動(dòng)地震臺陣觀(guān)測數據（圖1b），聯(lián)合其他區域臺網(wǎng)數據，構建了伊朗高原及周邊地區寬頻帶高分辨率（1°×1°）Pn波衰減模型（圖2b-圖2c）。根據這一Pn波衰減模型，進(jìn)一步結合此前得到的Lg波衰減特征（圖2d）（Yang et al., 2023），獲得了上地幔頂部和地殼內不同深度處的熱結構信息。
圖2 伊朗高原上地幔頂部Pn波、地殼Lg波衰減成像結果。（a）不同地質(zhì)塊體
-頻率依賴(lài)性分析。灰色陰影覆蓋的0.5-5.0 Hz被選做Pn波衰減模型的特征頻帶。（b）研究區內 0.5-5.0 Hz寬頻帶Pn波衰減模型。（c）伊朗高原內部上地幔頂部 
分布的放大圖像。（d）相應的伊朗高原內部地殼 
圖像（Yang et al., 2023）。黑色區域代表新生代Urumieh-Dokhtar巖漿巖出露的位置。扎格羅斯主逆沖斷層（MZT）指示了兩個(gè)大陸板塊的縫合線(xiàn)，新特提斯洋板塊沿著(zhù)該縫合線(xiàn)俯沖至伊朗高原下方。縫合線(xiàn)的紅色部分表示下方可能存在板片斷離的區域（Agard et al., 2011）。低 
和低 
異常區L1和L2以及高 
異常區H1和H2分別由黑紅兩色矩形框標記
結果表明，扎格羅斯造山帶下方Pn波弱衰減異常勾勒出了阿拉伯板塊俯沖前緣的邊界，其西北部和東南部向俯沖方向延伸得更遠（H1 和 H2），與速度成像揭示的深部板片斷離位置吻合。因此，兩側突出的俯沖前緣形態(tài)很可能與深部板片斷離后淺部阿拉伯板塊的回彈現象有關(guān)，板塊回彈使得俯沖前緣向前延伸，同時(shí)產(chǎn)生的擠壓力也使得上覆地殼增厚（圖4）。Lg波和Pn波強衰減所揭示的熱異常與巖漿活動(dòng)帶具有良好的對應關(guān)系。UDMA西北和東南段下方的地殼和上地幔均較熱（L1 和L2），與地球化學(xué)測定的更年輕巖漿活動(dòng)相對應（圖3）（Chiu et al., 2013），也與發(fā)生板片斷離和大陸巖石圈回彈的位置吻合。因此，UDMA中新世-第四紀巖漿活動(dòng)可能與板片斷離引起的地幔上涌有關(guān)。軟流圈熱物質(zhì)從板片斷離的窗口上涌，進(jìn)一步侵入地幔頂部和地殼，為地表年輕的火山活動(dòng)提供熱源和物源（圖4）。地殼Lg波和上地幔頂部Pn波雙層衰減模型為扎格羅斯造山帶下方發(fā)生板片斷離，阿拉伯大陸板塊回彈，幔源熱物質(zhì)上涌和地表火山形成等不同深度的一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了較為統一和滿(mǎn)意的解釋。
圖3 UDMA巖漿巖年齡分布及沿走向Q值變化。（a）UDMA巖漿巖年齡分布（修改自Chiu et al., 2013）。實(shí)線(xiàn)勾勒出年輕巖漿活動(dòng)沿走向的年齡變化。（b-c）沿UDMA走向的 
和 
曲線(xiàn)。弱衰減和強衰減區分別用藍色和紅色表示。紅色箭頭表示與板片斷離相關(guān)的地幔熱物質(zhì)上涌
圖4 UDMA下方板片斷離和地幔上涌示意圖。在地殼衰減圖像中，UDMA中的新生代巖漿巖分布填充為黑色。在UDMA西北部和東南部觀(guān)察到埃達克巖，標記為矩形陰影區域。扎格羅斯主逆沖斷層（黑線(xiàn)和紅色虛線(xiàn)）代表兩個(gè)大陸板塊的縫合線(xiàn)，其中紅色虛線(xiàn)表示可能發(fā)生板塊斷離的區域（Agard et al., 2011）。紅色箭頭表示地幔熱物質(zhì)從板片斷離的位置上涌，侵入地幔頂部和地殼，為地表年輕的火山活動(dòng)提供熱源
研究成果發(fā)表在國際地學(xué)學(xué)術(shù)期刊JGR-Solid Earth（楊庚，陳凌, 趙連鋒*，謝小碧, 姚振興. Segmented up-bending of the Arabian continental plate revealed by Pn attenuation tomography[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2023, 128: e2023JB028062. DOI: 10.1029/2023JB028062.）。研究受到國家自然科學(xué)基金（91855207, U2139206, 41974054, 41974061）的資助。
