2024年10月，国际知名地学期刊《JGR: Solid Earth》以《Deflected Mantle Flow and Shearing-aligned Lithospheric Melt under the Strike-slip Dead Sea Rift》为题发表了海洋与地球科学学院硕士研究生许惠凯关于走滑型死海裂谷构造演化的最新研究成果。研究发现该裂谷上地幔各向异性是大型软流圈偏转流和岩石圈内部熔融共同作用的结果，并揭示出裂谷演化的推动力来源于远场板块的拖拽。
大陆裂谷，代表着威尔逊旋回的开端，是大陆分离至大洋开始发育的最初阶段的构造类型，其形成演化伴随岩石圈减薄和地壳变形，可分为地幔上涌引发的主动裂谷和板块拉伸作用形成的被动裂谷。相较于汇聚构造背景下板缘裂谷发育机制的研究，对位于转换板块边界的走滑型板缘裂谷的研究仍很不足。死海裂谷是形成于非洲板块与阿拉伯板块边界，长约1100千米的左旋走滑型板缘裂谷，其年滑移速率约5毫米且总走滑位移达105千米，集中在裂谷东侧的火山活动标志了其多期的演化历史。因此，死海裂谷是研究走滑型板缘裂谷动力学机制的理想区域。
该研究基于死海裂谷地区187个地震台站所记录到的地震波形数据，通过横波分裂方法系统分析了该地区的上地幔各向异性结构。结果显示（图1）：
研究区域整体的快波方向平均为7.2度，与裂谷的走向一致，但与板块的绝对运动方向有近40度的偏差；横波分裂延迟时间平均为1.49秒，高于全球大陆平均值（1秒）。然而，裂谷地区的岩石圈较薄，平均厚度仅为70千米（图1d），不足以解释观测到的高达1.49秒延迟时间，因此需要考虑软流圈对延迟时间的贡献。
通过对地震事件方位角覆盖较好的5个固定地震台站进行各向异性两层匹配约束，发现上层各向异性方向与裂谷走向一致，而其下层各向异性方向与板块的绝对运动方向存在20度的偏差。阿拉伯板块东侧岩石圈厚度高达180-200千米，远大于死海裂谷下方的岩石圈厚度，形成南北走向的岩石圈阶梯。因此，板块运动牵引所诱发的地幔流会受到岩石圈阶梯的左向偏转作用，可以解释死海裂谷地区大多数的观测结果（图1d）。
图1. （a）死海裂谷的横波分裂结果，（b）横波分裂时间与地表出露火成岩分布对比图；（c）速度异常（60千米）与地表应变率结果对比图；（d）阿拉伯板块的岩石圈厚度与横波分裂观测（绿色）、理论计算（白色）结果对比图
此外，裂谷内观测到了局部升高的分裂时间，主要分布在裂谷区的东侧。通过对比发现，分裂时间的高值区域与地表出露的火成岩分布呈现出良好的空间相关性。该结果同样与地表应变率高值区、岩石圈地幔中的地震波低速异常区相吻合（图1），共同表明岩石圈内部熔体的存在。这些熔体沿着走滑剪切的方向排列，可能促进了裂谷带的发育和局部岩浆作用，进而导致了裂谷区域岩石圈形变的轴向不均一性（图2）。
图2. 死海裂谷上地幔构造演化模式图
自至少1.5亿年以来，新特提斯洋的俯冲使非洲-阿拉伯板块持续向北移动。尽管新特提斯洋消亡与非洲-欧亚板块的碰撞使板块运动的速度减少了50%，但其运动方向没有显著变化。死海裂谷东西两侧岩石圈厚度的显著差异可能导致差异性的基底拖曳力，从而引发相对运动，促进走滑剪切和伸展。因此，该研究提出死海裂谷为被动大陆裂谷，其演化受到板块北向俯冲的远场板块拖拽力驱动。
论文第一作者为我室硕士生许惠凯，通讯作者为于有强教授，合作者为我院博士生席家骥。该研究受到国家自然科学基金、上海青年科技启明星计划、上海市基础研究特区计划以及地震动力学国家重点实验室等项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2024JB029654