近日，南方科技大学地球与空间科学系副教授胡佳顺课题组在Nature Geoscience发表题为“Ongoing India–Eurasia collision predominantly driven by Sumatra–Java slab pull”的研究论文。该研究通过高分辨率的三维全球数值模拟方法，结合多种地球物理观测数据，对岩石圈-地幔耦合对流系统中的各种驱动力进行了定量计算，阐明了在单一速度观测约束下驱动机制的多解性；而当板内应力被用作额外约束时，印度-欧亚碰撞的主要驱动力则可以被完全确定下来。研究结果表明，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。这一驱动机制不仅解释了当前两个板块之间的汇聚，也适用于硬碰撞以来的持续汇聚过程。这种周缘俯冲带的板块拉力主导的造山过程也暗示着青藏高原的隆升可能是地球演化历史中的一个特殊事件。

图1 印度-欧亚碰撞带及邻区地球动力学背景

自印度板块与欧亚板块发生初始碰撞（>50Ma）以来，两者的汇聚一直持续至今，导致了广泛的板内变形和青藏高原的隆升。传统板块构造理论认为大陆岩石圈较轻，难以俯冲进入地幔，因此陆陆碰撞必然无法长久维持。因此，印度-欧亚板块长期汇聚的动力学机制，长期以来引发了广泛的争议，对人们理解板块构造理论与大陆动力学造成了巨大阻碍。

目前，许多研究在探讨印度-欧亚板块汇聚的驱动机制时，提出了几种可能的因素，包括岩石圈底部的地幔剪切力、印度大陆俯冲产生的板片拉力、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、印度洋中脊推力等（图1）。以往的数值模型或物理实验由于使用简化的模型设置，无法在统一框架下对所有驱动力进行系统定量分析，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高分辨率以及精细的非线性流变结构，这也是解决这一科学难题所面临的挑战。

为应对这一挑战，研究团队构建了高精度的三维岩石圈-地幔耦合模型。模型用最小约1km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。在此基础上，研究从印度-澳大利亚板块一侧的视角，对印度-欧亚板块汇聚的驱动因素进行了定量分析，包括板块边界力、地幔剪切力和洋脊推力等各个因素。

图2 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。

基于上述模拟方法，研究团队首先对当前全球板块运动速度进行了拟合（图2）。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，这证明了在单一观测约束下驱动机制存在多解性。然而，当将应力和应变观测数据作为额外的多重约束条件时，可以精确确定其主要驱动力来源（图3a）。研究发现，印度-澳大利亚板块内部的应力方向转换面（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3）。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；地幔剪切力虽然在不同区域的影响各异，但总体上起次要作用，不构成主要驱动力（图2a）。

图3 不同模型的SHmax（主压应力）方向与观测数据的对比。

印度板块运动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。因此，研究团队提出，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。本研究不仅为具体科学问题提供了答案，其采用的研究思路和方法也具有重要意义。通过在高精度全球三维框架下聚焦区域构造的研究方法，将多种因素统一放入一个耦合系统中进行整体评估，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4）。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的研究框架。

图4 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的对比。 

胡佳顺课题组高级研究学者郑群凡博士为论文第一作者，胡佳顺为论文通讯作者。南科大为论文第一单位。论文合作者还包括美国加州理工学院Michael Gurnis教授、中国科学院地质与地球物理研究所陈凌研究员、中国科学院大学石耀霖教授、南方科技大学包雪阳助理教授、南方科技大学杨英杰教授。该研究得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金委面上项目、特提斯地球动力系统重大研究计划的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01771-8

供稿：地球与空间科学系