伊朗高原由新生代時期新特提斯洋俯衝及隨後的阿拉伯—歐亞大陸碰撞產生（圖1a）。相比於印度—歐亞大陸碰撞形成的青藏高原，伊朗高原海拔較低、面積較小，且阿拉伯與歐亞大陸不僅碰撞時間較晚，碰撞後的匯聚量也較少。因此，伊朗高原可能類似於尚未成熟的青藏高原，是研究陸陸碰撞早期階段陸內變形及相關構造響應的理想實驗室。
圖1 (a) 伊朗高原地形及研究區位置。紅色大虛線框與圖1(b)和圖2(b)相對應。小虛線框與圖2(a)相對應。(b) 地震臺站分佈（紅三角）、GPS速度場（橘黃色箭頭）、地震分佈（黃點）和地表應變率分佈。插圖為用於遠震剪下波分裂分析的地震事件分佈
大地測量和地表地質研究顯示，伊朗高原具有顯著的應變分割槽特徵（圖1b）：1）變形主要集中於南部的碰撞前緣（即Zagros造山帶）及北部邊界帶（如Alborz和Kopeh Dagh造山帶）。2）高原中部被一系列大型南北向走滑斷裂分成若干塊體，塊體內部變形較小。有學者認為這些塊體是剛性的，並在走滑斷裂的調節下以剛性運動的方式響應大陸碰撞——塊體的北向運動為阿拉伯大陸的北向擠入提供空間，而逆時針旋轉則可吸收阿拉伯—歐亞大陸的匯聚。但最新的地震學成像研究顯示高原中部的岩石圈較薄（< 100km）且波速相對較低，可能對應溫度較高、強度較低，並非是剛性塊體。高原內廣泛分佈的新生代幔源岩漿作用也表明，活躍的地幔動力學過程可能改變了高原岩石圈性質。這就引發了問題：既然伊朗高原中部塊體強度較低、容易變形，為什麼在其將應力從碰撞前緣傳遞至高原北部邊界區域時沒有發生顯著地表變形？要回答這一問題、認識伊朗高原的變形模式，首先需要認識高原內部地幔（包括岩石圈地幔和軟流圈）流變性和變形特徵及其與淺部地殼和地表變形的關係。
圖2 (a) 伊朗東北部—東部密集臺陣剪下波分裂結果。短線方向代表快波方向，長短代表延時大小。藍線為前人研究結果；(b) 單層各向異性結構、Lut塊體中部的雙層各向異性結構以及地表變形場。粉線和藍線為前人研究結果
伊朗高原東北部和東部遠離碰撞前緣，且分別囊括北部造山帶東側和高原中部塊體的Lut塊體，是研究阿拉伯—歐亞大陸碰撞背景下陸內變形和相關構造響應的理想地區。中科院地質地球所岩石圈演化國家重點實驗室大陸岩石圈演化動力學學科組博士後高一帆與導師陳凌研究員以及來自伊朗地質調查局等的學者合作，基於“中—伊伊朗高原地質地球物理綜合探測(CIGSIP)”計劃第二期密集流動地震臺陣觀測資料，利用遠震剪下波分裂分析方法對伊朗高原東北部和東部的地震各向異性結構和殼幔變形模式開展了細緻研究。研究結果顯示，大部分臺站的平均延時約為0.75 s，表明研究區具有中等程度的各向異性；而剪下波快波方向則表現出小尺度的空間變化，反映複雜的陸內變形特徵(圖2和圖3)。
圖3 (a)快波方向、(b)延時、(c)地殼和岩石圈厚度以及(d)地表應變率隨空間變化特徵。剖面沿臺站N02到N52大致呈南北向（臺站位置見圖2）
基於新觀測，並結合已發表的多種研究資料（尤其是地表變形場和岩石圈—軟流圈系統結構橫向變化資訊；圖3），研究團隊構建了研究區的三維岩石圈—軟流圈變形模型（圖4）：
（1）力學薄弱帶控制陸內岩石圈變形。高原東北部的快波方形、造山帶走向和活動斷裂都近平行於古特提斯洋縫合帶（圖2）。結合較高的地表應變率和較厚的地殼、岩石圈地幔（圖3c和圖3d），該地區作為先存薄弱帶，其岩石圈在阿拉伯-歐亞大陸碰撞過程中可能經歷了顯著的縮短增厚變形。在高原東部，位於Sistan縫合帶北端的快波方向不僅近平行於斷裂走向，還與地表右旋剪下方向近平行（圖2 b），反映了大型右旋走滑斷裂主導的岩石圈變形。Lut塊體中部具有雙層各向異性結構，其中上層各向異性可能也反映了岩石圈的剪下變形（圖2 b），進一步證明該塊體不是剛性塊體。其較低的地表應變率表明（圖3d），岩石圈變形可能主要發生在地幔部分以及下地殼。
（2）碰撞前緣兩側阿拉伯板塊與歐亞活動陸緣的岩石圈厚度差異可能引發區域性的北東向軟流圈流動（圖4）。在Lut塊體中部，軟流圈流動引發的各向異性與岩石圈變形產生的各向異性程度相當（延時相近）、方向不同，因此顯示雙層各向異性特徵。而在Lut塊體北部，較薄的岩石圈一方面對整體的各向異性貢獻較小，另一方面則有助於軟流圈頂部的熔體在此發生堆積，因剪下變形而定向排列的熔體腔可能進一步增強軟流圈各向異性的貢獻。因此，該區域的各向異性由軟流圈變形主導。
這項研究有助於瞭解在大陸碰撞早期階段的陸內變形模式。伊朗東北部和東部的陸內變形可能不僅受板塊邊界碰撞過程的控制，還受大陸岩石圈本身的性質和結構不均一性所控制。在伊朗高原中部的Lut地塊以及其它陸塊，較小的地表變形並不意味著這些地塊是剛性的，而可能是大陸碰撞影響更傾向於先由陸內的構造邊界及深部變形所調節。最近一項低溫熱年代學研究揭示了伊朗高原北部造山帶變形和隆升的時空差異性，同樣強調了岩石圈性質和結構不均一性對陸內變形的控制作用（見《新特提斯消亡與Talesh-Alborz造山帶的重生》）。
圖4 伊朗高原東北部和東部三維岩石圈—軟流圈變形模式卡通圖。地表的藍色雙箭頭表示岩石圈變形，紅色雙箭頭表示軟流圈變形
研究成果發表於國際學術期刊EPSL（高一帆，陳凌*，Morteza Talebian，吳子木，王旭，蘭海強，艾印雙，姜明明，侯廣兵，Mohammad Mahdi Khatib，肖文交，朱日祥. Nature and structural heterogeneities of the lithosphere control the continental deformation in the northeastern and eastern Iranian plateau as revealed by shear-wave splitting observations[J].Earth and Planetary Sciences Letters, 2021, DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117284）。
美編：傅士旭
校對：姜雪蛟
