阿尔卑斯大陆碰撞带是典型的多板块俯冲构造体系，其演化受控于欧洲板块与亚得里亚微板块之间的持续汇聚。在俯冲碰撞过程中，亚得里亚微板块持续向北运动，并同时发生西南向与东北向的背向双俯冲（图1a）。现有的地质学和地震学观测表明，在西阿尔卑斯-亚平宁过渡带和东阿尔卑斯-迪纳里斯过渡带可能均存在俯冲板片的相互作用，并进一步控制着周围软流圈地幔的流动模式。而对于俯冲板片是否连续、板片之间的接触关系或俯冲板片是否干扰地幔流模式这一关键问题，目前仍然缺乏可靠的观测。近年来，针对阿尔卑斯造山带的深部结构研究新布设了大量的宽频带地震台站，为开展高精度的地震成像研究提供了坚实的数据基础，也为更深入了解多板块俯冲体系的动力学演化过程提供了新的契机。
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室的毛元彤博士后、唐笑天硕士，与赵亮研究员、意大利米兰比克卡大学Marco G. Malusà教授，以及中-意-法西阿尔卑斯地震台站观测计划（CIFALPS）团队的合作者们针对阿尔卑斯大陆碰撞造山带的上地幔结构进行了高精度的地震学成像研究。该研究收集了阿尔卑斯地区2012-2020年丰富的地震数据，涵盖共一千余个地震台站，分别来自欧洲综合数据库（EIDA）提供的固定台站、中-意-法西阿尔卑斯地震台站观测计划两期宽频带密集台阵（CIFALPS & CIFALPS-2）以及欧洲科学计划（AlpArray）布设的宽频地震台网(图1b)。
图1 研究区域构造图（a）及地震分布（b）。图a中，EUROPE和ADRIA分别表示欧洲板块和亚德里亚板块；Alps，Apennines和Dinarides分别表示阿尔卑斯、亚平宁和迪纳里斯造山带；WA，CA和EA分别表示西阿尔卑斯、中阿尔卑斯和东阿尔卑斯区域。绿色折线代表亚德里亚-欧洲板块的相对运动速度和方向。图b为地形图，黑色虚线为主要断层线；三角形表示地震台站（灰色为赵亮等（2016）应用的地震台站，红色为新增临时地震台站，蓝色为新增固定地震台站）
研究团队采用有限频层析成像方法（Finite Frequency Tomography，FFT）获取了阿尔卑斯地区上地幔高精度的P波和S波速度模型。研究结果清晰地展示了阿尔卑斯碰撞带下方俯冲板片（高速异常）之间的相互接触关系，以及周边的地幔流（低速异常）连通性（图2，P波速度结构）。值得一提的是，该研究使用了高分辨率的三维地壳速度模型对研究区域的浅部不均匀结构进行了三维校正，获取了更精确的上地幔速度异常，进一步验证了欧洲板块的俯冲连续性。一直以来对欧洲俯冲板片是否断裂的争议逐渐归于统一。
图2 P波地震速度成像结果。（a）三维高速（蓝色）、低速（红色）异常体分布；（b）西阿尔卑斯-亚平宁过渡带上地幔速度异常剖面；（c）东阿尔卑斯-迪纳里斯过渡带上地幔速度异常剖面。WA：西阿尔卑斯，CA：中阿尔卑斯，EA：东阿尔卑斯，AP：亚平宁，DI：迪纳里斯，L1 & L2：低速异常体
研究表明，在西阿尔卑斯-亚平宁过渡带（图2b），可以清晰分辨西阿尔卑斯俯冲板片和亚平宁俯冲板片，板片之间无明显间隙，地幔热流分别被限制在俯冲板片的两侧而不发生联通。这样紧密的板片位置使得亚平宁板片后撤期望的地幔环流（Toroidal Flow）很难发生。而阿尔卑斯板片后方的软流圈地幔反向流（Counter Flow）以及地幔过渡带上涌的热流补充了板片西侧的低速异常（L1）（图3）。软流圈地幔热流（L2）被限制在中阿尔卑斯俯冲板片之上(175 km-300 km)，横向上也被西阿尔卑斯、亚平宁和迪纳里斯板片所限制，不与其他地幔热流所联通。这一低速特征在本研究的S波速度结构中尤为显著。该观测支持L2地幔热流为含碳熔体的假设，其挥发分来源于俯冲板片中碳酸盐和含水矿物的释放。因此，在俯冲板片两侧的低速异常L1和L2可能存在不同的来源：L1来自地幔热流的上涌，而L2来自流体从俯冲板片的的释放。
在东阿尔卑斯-迪纳里斯过渡带（图2c），同样观测到俯冲板片的相互作用。北向俯冲的迪纳里斯板片调转了东阿尔卑斯板片的俯冲极性——从南西向转为北东向，同时使东阿尔卑斯板片发生了垂向撕裂（图3），撕裂产生的上升热流也被该地区年轻的岩浆岩所印证。
图3 阿尔卑斯地区俯冲板片和地幔流三维模式图
基于以上结果，研究团队提出了一个全新的阿尔卑斯碰撞带上地幔模型，由于俯冲板片的相互作用，软流圈上涌和俯冲板片释水所导致的低速异常可能同时存在于上地幔中。这一发现为深入理解多俯冲板片体系下的上地幔动力学过程提供了新的地震学依据，进一步深化了关于板片俯冲以及地幔流动之间耦合机制的认识。该模型可能也适用于解释其他复杂板块相互作用体系下的深部动力学过程（如台湾、帕米尔造山带，存在双向俯冲板片）。
研究成果发表于国际学术期刊EPSL（毛元彤, 唐笑天, 赵亮*, Malusa G. Malusa*，et al. P and S wave finite-frequency tomography reveals the impact of slab interference on mantle flow beneath the greater Alpine region[J]. Earth and Planet Science Letters, 2025, 673: 119716.DOI: 10.1016/j.epsl.2025.119716.）。研究受到国家自然科学基金“特提斯地球动力学系统”重大研究计划（92355001）与“大陆演化与季风演变”基础科学中心项目（42488201）联合资助。
毛元彤（博士后）
