利用EMAG2-v3地磁数据揭示东喜马拉雅构造结地壳磁性结构及其意义

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东喜马拉雅构造结位于印度板块和亚洲板块碰撞前沿，是青藏高原东南缘地形最崎岖、构造变形最复杂的地区。近二三十年，东构造结成为研究喜马拉雅造山带演化过程、构造与地表剥蚀相互作用的热点区域，同时该地区也是未来国家重大交通、能源工程建设的目标区域。因此对该区大地构造演化过程研究，具有较高学术和应用价值。

目前，关于该区构造演化，主要存在两种模式。一种是“水平板片挤入”，认为隶属于印度板块的喜马拉雅地体，通过边界大型走滑断裂活动水平楔入到隶属于欧亚板块的拉萨地体之中。另一种是“构造动脉瘤”模式，认为是冰川活动、河流切割等强烈地表剥蚀作用，诱发深部热、软弱地壳物质发生垂向隆升，使得位于深部喜马拉雅地体在东构造结核心出露。

究竟哪种模式主导东构造结演化过程？这是现今国际研究前沿热点问题，受到较多学者关注与讨论。两种演化模式对应东构造结不同岩性单元空间分布特征。“水平板片挤入” 模式强调板片水平运移，代表板块碰撞边缘的雅江缝合带超基性岩位于东构造结周边，呈马蹄形条带状分布。“构造动脉瘤”模式强调深部岩石垂向隆升，在东构造结核心南迦巴瓦峰地区应存在来自深部的基性、超基性岩石。

为探究东构造结大地构造演化过程，中国地震局地球物理研究所的焦立果副研究员团队通过对EMAG2-v3地壳磁异常进行分析和反演，获取了三维地壳磁性结构（图1、2）；继而结合野外代表性岩样磁化率采集结果，得到了初步地壳岩性结构；最终建立了一个东构造结两阶段大地构造演化模型（图3）。



图1 东构造结及周边区域三维地壳磁性结构不同深度水平切面



图2 三维地壳磁性结构NE及SE向垂向剖面与

地壳岩性、电阻、波速结构对比图

研究表明，东构造结核心南迦巴瓦峰、加拉白垒峰区域存在一强磁性体。该强磁性体从近地表向北西侧深部地壳延伸，并与西北侧地壳深部强磁性体相连通（图1、2）。大地电磁和地震波速研究也表明，东构造结核心存在一低阻、低速带。该低阻低速带与西北侧地壳深部的大片低阻、低速区域相连通，形成一条向西北倾伏的通道。这些地球物理证据共同说明，东构造结核心出露的高喜马拉雅含基性麻粒岩的高级变质岩很可能来自于西北侧地壳深部，而不是南侧。区域磁性结构特征还表明，与西侧雅江缝合带中段不同，东构造结周边应该不存在连续分布的雅江缝合带超基性岩。这两个特征与“水平板片挤入”模式的北东向挤压缩短相矛盾，而与“构造动脉瘤”模式相吻合。相比于“水平板片挤入”，“构造动脉瘤”模式能够更好地解释东构造结磁性结构特征，应更接近真实大地构造演化过程。

基于获得的东构造结地壳磁性结构，并结合其它地质和地球物理资料，推断东构造结存在两阶段构造演化模式（图3）。第一阶段，印度板块的喜马拉雅地体俯冲到亚洲板块的拉萨地体之下，在俯冲碰撞边界形成雅江缝合带；第二阶段在大型河流下切、冰川剥蚀等地表作用的诱发下，喜马拉雅地体深部地壳物质发生减压熔融，并由北西向东南发生强烈侧向隆升。其后上覆拉萨地体和雅江缝合带大部被剥蚀，来自深部地壳的高喜马拉雅高级变质杂岩出露地表，形成现今地壳结构形态。



图3 东构造结大地构造演化两阶段模式图

东构造结大地构造演化机制及地震活动空间分布特征还表明，强震危险性区域很可能主要位于以南迦巴瓦峰-加拉白垒峰为中心的强磁性体边界并靠近强磁性体一侧（图4）。



图4 磁化率13km深度水平切面与热年代学数值及地震活动分布图

本研究揭示了东构造结地壳磁性结构及大地构造演化机制，并推断强震危险区域可能位置。预期能够为地壳结构及地震活动性等研究提供基础资料及科学依据。上述研究成果于2024年12月19日在线发表于《Tectonophysics》（Jiao, L., Tu, J.*, Lei, Y., Zhao, J., Wang, W. Crustal magnetic structure and implications for the Eastern Himalayan Syntaxis revealed by EMAG2-v3. Tectonophysics, 2025, 896, 230608.https://doi.org/10.1016/j.tecto.2024.230608）。研究受国家自然科学基金面上项目（42074072）、中国地震局地球物理研究所基本科研业务费（DQJB23Y32）共同资助。

作者简介

第一作者：焦立果，地磁学研究室副研究员，主要从事地磁学、地震学和地热学研究。Email:[email protected]。
通讯作者：涂继耀，地磁学研究室助理研究员，主要从事地磁学、构造地质学和热年代学研究。Email:[email protected]。