印度-欧亚碰撞是地球上最典型的造山事件之一，形成了喜马拉雅山脉和广阔的青藏高原，并导致了广泛的板内变形。传统的板块构造理论及威尔逊旋回的观点认为，当大陆岩石圈进入海沟后，俯冲板片会发生断离或岩石圈地幔拆离，从而俯冲板片拉力消失，使陆陆碰撞无法长久维持。然而，自印度板块与欧亚板块在新生代早期发生初始碰撞以来，两者的汇聚一直持续至今。那么，是什么力克服了陆-陆碰撞的巨大阻力，维持了两个板块之间的持续汇聚？这一科学问题长期以来都是人们争论的焦点，而争议的持续对理解板块构造理论与大陆动力学造成了巨大阻碍。
一般认为，板块运动的驱动力包括板片拉力、洋脊推力、地幔剪切力等（Forsyth and Uyeda, 1975）。其中，洋脊推力虽然始终作为一种板块运动的驱动力，但其推力大小远不足以克服青藏高原地壳产生的巨大重力势能（Ghosh et al., 2006）。因此，必然仍有其他因素驱动着印度-欧亚板块的汇聚。针对这一问题，前人的研究提出了多种假说，包括印度大陆俯冲产生的板片拉力（如Capitanio et al., 2010）、印度-澳大利亚大洋板块在苏门答腊-爪哇海沟处俯冲引发的板片拉力（如Copley et al., 2010），以及岩石圈底部的地幔剪切力（如Becker and Faccenna, 2012）等（图1）。
图1 印度-欧亚碰撞带及邻区地球动力学背景
然而，以往的数值模型和物理实验由于受限于简化的模型设置，往往只对单一驱动因素进行讨论，难以在统一框架下对所有驱动力进行系统定量分析，导致目前各个驱动力的相对重要性仍然存在争议。解决这一问题的关键在于，在能够代表真实地球内部结构的模型中，对板块边界力和地幔剪切力进行准确的定量计算。其中，解析俯冲带的板块驱动力和阻力需要在全球模型中实现对千米尺度非线性流变结构的高分辨率模拟，这也是解决这一科学难题所面临的挑战。
针对这一问题，南方科技大学、美国加州理工学院、中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院大学组成的研究团队构建了高精度的三维岩石圈-地幔耦合模型，首次在统一的框架中同时对板块边界力、地幔剪切力和洋脊推力等各个因素进行了系统的定量分析（Zheng et al. , 2025）。模型用最小约1 km的可变网格，构建了精细的俯冲通道和俯冲板片结构，并采用复杂的非线性流变，使其能够充分解析当前板块运动中的各种驱动力和阻力（图2）。结合多种地球物理观测约束，研究团队发现当前印度-欧亚板块的汇聚主要受到苏门答腊-爪哇俯冲带板片拉力的驱动。
图2 模型粘度场。（a）穿过青藏高原的剖面图。剖面位置如图1中AA’所示，印度岩石圈俯冲结构来自Chen et al. (2017)；（b）剖面位置与图a相同，但岩石圈俯冲结构来自 Wang et al. (2019) ；（c）穿过苏门答腊-爪哇俯冲带的剖面图。剖面位置如图1中BB’所示，俯冲板片结构来自SLAB 2.0；（d）图c中白色方框放大显示的粘度场，展示了模型的自适应网格以及俯冲岩石圈和上覆板块之间分辨率~1km的低粘度俯冲通道
研究团队考虑了全球板块运动速度和应力应变等多种观测对驱动力的约束作用（Zheng et al., 2025)。他们首先对当前全球板块运动速度进行了拟合（图3）。研究结果显示，多组驱动力组合均能再现现今印度-澳大利亚板块的运动速度，表明在单一观测约束下驱动机制存在多解性。进一步将应力和应变观测数据作为多重约束条件，可以精确确定其主要驱动力来源（图4a）。研究发现，印度-澳大利亚板块内部的应力方向转换面（SOT, stress-orientation-transition interface）的位置对板块边界驱动力的相对强度极为敏感（图4）。在同时拟合板块运动和应力方向转换面位置时，苏门答腊-爪哇俯冲带的板片拉力被确定为现今印度-欧亚板块汇聚的最主要驱动力，而印藏碰撞则对印度板块的北向运动起到阻碍作用（图3a）。对于地幔剪切力，虽然其在不同区域的影响各异，但在印度板块下方是作为驱动力存在（图5），这也与前人的结论一致（Li et al., 2024）。
图3 不同模型的板块运动拟合、板块边界力及地幔剪切力的计算结果
值得注意的是，该研究指出，苏门答腊-爪哇俯冲带的板片拉力不仅是当前印度-欧亚板块汇聚的主要驱动力，也是自碰撞以来这两个板块持续汇聚过程中的主要驱动力。印度板块的运动作为全球对流系统的一部分，其背后的驱动力必须与全球板块网络的大尺度俯冲动力学相协调。始新世时期，印度-欧亚-澳大利亚板块体系内的板块重组事件被认为与印度-亚洲碰撞动力学的变化密切相关。此前的研究在喜马拉雅西北部对超高压折返开展精确的年代测定，认为印度-亚洲碰撞驱动力的转换发生于中始新世（Bidgood et al., 2024）。因此，研究团队认为，上述驱动机制主导了自中始新世以来印度-欧亚板块之间的持续汇聚。鉴于来自周缘俯冲带的驱动力甚至已经超过印度洋板块所能承受的应力（印度洋板块正发生显著变形），这也暗示着青藏高原的大规模隆升可能是地球演化历史中较为特殊的事件。
图4 不同模型的SHmax（主压应力）方向与观测数据的对比。每个模型中，黑色短线为平均后的观测值，彩色短线为模型拟合值，两者的方位角之差用颜色表示。其中，模型1为最佳拟合模型
该项研究一方面为具体科学问题提供了答案，另一方面展示了如何从地球整体动力系统的角度来讨论板块构造问题。地球动力系统的运行过程和机制是复杂的，在约束不足的情况下存在多解性。通过在高精度全球三维框架下聚焦区域构造的研究方法，将多种因素同时放入一个耦合系统中进行整体评估，并结合多种观测数据进行约束，该研究不仅确定了各驱动力的相对重要性，还提供了定量的力的计算结果（图5）。这一研究方法或能为未来的地球动力学研究提供更为有效和全面的研究框架，使其真正朝着解析地球动力系统的方向迈进。
图5 板块边界力、地幔剪切力、洋脊推力的定量计算结果及拟合应力与观测值的对比
主要参考文献
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Capitanio F A, Morra G, Goes S, et al. India–Asia convergence driven by the subduction of the Greater Indian continent[J]. Nature Geoscience, 2010, 3(2): 136-139.
Chen M, Niu F, Tromp J, et al. Lithospheric foundering and underthrusting imaged beneath Tibet[J]. Nature Communications, 2017, 8:15659.
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Ghosh A, Holt WE, Flesch LM, et al. Gravitational potential energy of the Tibetan Plateau and the forces driving the Indian plate[J]. Geology, 2006, 34(5):321-4.
Li Y, Liu L, Li S, et al. Cenozoic India-Asia collision driven by mantle dragging the cratonic root[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 6674.
Wang Z, Zhao D, Gao R, et al. Complex subduction beneath the Tibetan plateau: A slab warping model[J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2019, 292:42-54.
Zheng Q, Hu J, Gurnis M, Chen L, Shi Y, Bao X, Yang Y. Ongoing India-Eurasia collision predominantly driven by Sumatra-Java slab pull[J]. Nature Geoscience, 2025. （原文链接）
（撰稿：郑群凡、胡佳顺/南方科技大学）
