吕彦吉｜兰海强等：全波形成像揭示扎格罗斯—莫克兰转换带地壳结构的深浅差异

论文信息：吕彦吉、Shiva Arvin、陈凌、Morteza Talebian、兰海强*、包雪阳*、王旭、高一帆、吴子木、José Badal、万博、褚杨、Yang Shen. Segmented Crust of Southeastern Iran Reveals Complex Dynamics of the Zagros–Makran Transition: Insights from Ambient Noise Full-Waveform Inversion[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2026, 131(9), e2025JB033196. DOI: 10.1029/2025JB033196.

从大洋俯冲向大陆碰撞的转换，是大陆造山带形成与演化的重要环节。伊朗东南部的扎格罗斯—莫克兰地区恰好保存了两种汇聚过程沿走向毗邻共存的构造格局：西侧是阿拉伯大陆与欧亚大陆碰撞形成的扎格罗斯造山带，东侧则是新特提斯洋残余大洋岩石圈仍在持续向北俯冲的莫克兰俯冲带，两者通过MZP断层系统等构造相衔接（图1）。在这样一个俯冲—碰撞转换带，浅部地壳如何变形？地表的构造分界，向深部是如何延展的？这些问题关系到相邻的大洋俯冲与大陆碰撞如何协调运动，以及造山带为何沿走向呈现不同的结构特征。

以往研究分别揭示了扎格罗斯与莫克兰的部分构造特征，缺乏跨越两侧转换带的连续、高分辨率地壳结构图像。研究区巨厚的沉积层与复杂的断裂系统也增加了地震成像的难度，使莫霍面起伏、俯冲板片形态及不同深度构造边界的识别受到限制。厘清这些深浅结构差异，是理解该区地壳变形与板块汇聚过程的重要基础。

图1 研究区构造背景与地震台站分布。扎格罗斯大陆碰撞带、莫克兰大洋俯冲带及其转换区相邻分布；蓝绿色三角形为研究采用的地震台站（论文原图1）

研究团队依托前期在伊朗东南部布设的宽频带流动地震台阵，选取43个台站的连续背景噪声记录，利用台站间互相关提取经验格林函数，获得1336条高质量面波波形。基于周期为10-50秒的瑞利波，研究团队开展了多尺度全波形反演研究，建立了研究区地表至约60千米深度的三维横波速度模型。相较于主要依赖走时或频散信息的成像方法，全波形反演进一步利用波形信息约束速度结构，有助于刻画横向变化显著的复杂地壳。

成像结果揭示了转换带东西两侧显著不同的地壳结构（图2）。在莫克兰，阿拉伯板块的大洋岩石圈以约8°-10°的倾角向北低角度俯冲，俯冲板片上方覆盖巨厚的增生楔沉积物，沿海地区沉积层厚度可达约20千米。相比之下，扎格罗斯褶皱冲断带也存在厚约10-15千米的低速沉积层，但大陆碰撞导致更明显的地壳缩短与增厚。根据横波速度结构近似估计，沿海莫克兰的地壳厚度约35千米（包括沉积层），而Urumieh Dokhtar岩浆弧（UDMA）下方的地壳最厚可达约55千米。需要指出的是，这些厚度为依据速度结构作出的近似估计，并非各处都存在清晰、锐利的莫霍面。

图2 扎格罗斯—莫克兰地区沿不同构造廊带的横波速度剖面。A—A′显示莫克兰低角度俯冲及Jaz Murian盆地下方高速体；B—B′显示扎格罗斯地壳增厚与中地壳低速带；C—C′显示转换带随深度变化的速度结构；D—D′显示岩浆弧下方的高速体。（论文原图8）

研究还识别出多处具有构造意义的地壳速度异常。在Jaz Murian弧前盆地下方，存在横波速度约3.6-3.8千米/秒的中地壳高速体，可能与该区残留的古大洋岩石圈物质有关（Lan et al., 2026a）；其空间位置揭示，该结构可能在增生沉积物向陆侧运移过程中起到一定的构造阻挡作用。在扎格罗斯一侧，约20-30千米深处发育明显的低速带，横波速度较周围地壳降低约15%，可能记录了大陆持续向东北侧底侵过程中形成的强烈变形。岩浆弧下方另有局部横波速度接近4.0千米/秒的高速体，结合区域地质资料，可能代表早期岩浆活动形成的固结火成岩。

该研究的关键发现是，扎格罗斯—莫克兰构造转换带在不同深度呈现显著不同的结构特征（图3）。在上地壳，断裂系统附近广泛分布低速异常，转换相对弥散，变形可能由较宽的区域共同承担；而在下地壳至最上部地幔，转换带两侧的横向速度差异明显增强，在约40-50千米深度可达约15%。这一深浅差异表明，地表构造边界不能简单地向深部作垂直延伸：浅部可能通过相对分散的变形协调板块运动，深部则保留了更为鲜明的洋陆岩石圈结构差异。

图3 扎格罗斯—莫克兰转换带的深浅差异及构造解释。上部展示碰撞区、俯冲区及二者之间的速度变化，下部示意上地壳宽缓过渡与深部显著横向结构差异并存的特征。（论文原图9）

这一发现与团队近期发表于《Nature Geoscience》的深部地震成像研究形成互补。后者的有限频远震体波层析成像结果揭示，莫克兰大洋板片在弧前低角度俯冲后向深部延伸至至少450千米，而扎格罗斯一侧大陆岩石圈俯冲深度相对较浅，其下方还存在被解释为已断离古大洋板片的高速异常；研究进一步提出，两处不同类型的板片撕裂可能由不同动力学机制分别启动。这些结果表明，从大洋俯冲向大陆碰撞的转换，不仅涉及相邻岩石圈的差异运动，还可能伴随深部板片的分段、撕裂与逐步解耦（Lan et al., 2026b）。

与之相衔接，该研究将结构约束细化至地壳和上地幔顶部，揭示浅部宽缓过渡与深部显著分界并存的特征。两项研究从不同深度共同刻画了扎格罗斯—莫克兰转换带的三维结构，表明俯冲—碰撞转换不仅表现为沿走向的构造分区，还具有显著的深度依赖性。这为进一步探讨新特提斯洋闭合过程中深部板片变形与浅部地壳缩短、沉积增生及区域地震活动之间的关系，提供了新的地震学约束。