青藏高原的生长（包括垂向隆升和侧向扩展）是中国地震科学实验场区构造运动和地震活动的主要动力来源，这一过程受控于一系列地球动力学过程，前人提出了地壳缩短-走滑逃逸、下地壳通道流、岩石圈拆沉以及地幔整体对流等多个高原生长模型，然而这些模型在青藏高原垂向隆升和侧向扩展的驱动机制方面存在明显的区别，其中争议的焦点问题之一是高原生长动力学过程发生的深度（或尺度）。这一争议问题在青藏高原东南部的生长机制研究中表现得尤为突出，目前主要有两种观点。一种观点认为，青藏高原通过地壳缩短实现地表隆升，而后沿大规模走滑断裂体系逐步向东南方向扩展，其中走滑逃逸过程可能发生在岩石圈地幔尺度上；另一种观点则认为，青藏高原地表基本不变形，而是通过下地壳流动实现高原向东南方向的边界扩展，强调地壳尺度上的高原生长动力学过程。由此可见，厘清高原生长动力学过程发生的深度是区分上述模型的关键。综合运用地质、地球物理以及数值模拟等多学科研究方法，能够为理解高原生长动力学过程提供重要的信息，然而目前仍缺乏能够有效指示高原生长动力学过程发生深度的地球化学定量指标。

　　图1 青藏高原东南部基本构造格局和深源He释放特征示意图

　　在中国地震科学实验场项目“安宁河-小江断裂带地下流体地球化学特征及其成因机制”（2019CSES0104）等项目的联合资助下，来自天津大学、中国地震局地震预测研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、美国伍兹霍尔海洋研究所以及日本东京大学等国内外科研机构的研究团队，在Nature Communications发表研究论文，探讨上述争议科学问题。该研究聚焦青藏高原东南部的主要活动断裂带和第四纪火山区（图1），利用温泉气体的化学成分、He-C-N同位素组成以及定量计算模型，有效区分了温泉气体中幔源和壳源气体的贡献比例，厘清了主要活动断裂带和第四纪火山区深源气体释放的空间变化特征，探讨了印度-亚洲大陆汇聚背景下深源气体释放与区域应力分布之间的耦合关系。在此基础上，结合区域构造与岩浆活动历史，系统分析和总结了中-晚中新世（13–10 Ma）以来青藏高原东南部侧向扩展和局部地表隆升的基本特征和可能机制，为理解高原生长动力学过程提供了新的研究视角。

　　1、青藏高原东南部深源气体释放的空间变化特征

　　基于温泉气体的He-CO₂-N₂元素和同位素组成特征，在腾冲地块和思茅地块的第四纪火山区以及青藏高原东南部的主要活动断裂带（鲜水河断裂、理塘断裂、三江断裂带和红河断裂），识别出显著的幔源气体释放现象（图1）。例如，鲜水河断裂康定-磨西段的幔源He贡献比例达到10–47%，理塘断裂、红河断裂和三江断裂带的温泉气体中也普遍存在1–13%的幔源He贡献（图2）。相比之下，安宁河-小江断裂的温泉气体主要为地壳来源（壳源He比例超过99%），这与四川盆地的温泉和天然气样品一致。上述主要活动断裂带的幔源气体释放特征表明，青藏高原东南部存在一个岩石圈尺度的走滑断裂体系；其中，He同位素证据明确地揭示了部分活动断裂带的切割深度达到了岩石圈地幔，证实青藏高原东南部的侧向扩展过程发生在地幔尺度上。此外，在康定-磨西地区观察到的高³He/⁴He比值、高应变速率和贡嘎山的快速剥露历史表明，受鲜水河断裂带走滑挤压作用控制的局部地表隆升也可能发生在地幔尺度上。气体地球化学证据表明，地幔动力学过程在青藏高原东南部的侧向扩展和局部垂向隆升过程中发挥了重要作用。

　　图2 青藏高原东南部温泉气体的³He/⁴He比值和δ¹³C值分布示意图

　　2、印度-亚洲大陆汇聚背景下深源气体释放与区域应力分布的耦合关系

　　结合温泉气体³He/⁴He比值的空间分布特征与区域应变速率场，建立了青藏高原东南部深源气体释放与区域应力分布的对应关系。沿着印度大陆板块向亚洲板块汇聚的方向，不同断裂带（依次为：三江断裂带、理塘断裂和鲜水河断裂）的温泉气体³He/⁴He比值与采样点对应的应变速率表现出显著的正相关关系（图3）。也就是说，随着采样点与印度-亚洲汇聚边界距离的增加，温泉采样点对应的气体³He/⁴He比值和应变速率均逐渐增加。这一观察结果表明，青藏高原东南部的边界断裂和内部断裂所承载的区域应力存在明显差异。位于高原边界的鲜水河断裂具有较高的剪切应力，有利于断裂带深切岩石圈、断裂渗透性增强以及幔源He的快速释放，即在地表采集的温泉气体中能观察到较高的³He/⁴He比值。相对来说，高原内部断裂所承载的区域应力较低，温泉气体的³He/⁴He比值也相应较低。上述气体He同位素组成与应变速率的耦合关系揭示了印度-亚洲大陆汇聚背景下青藏高原东南部区域应力分布的不均一性。

　　图3 印度-亚洲大陆汇聚方向上的气体³He/⁴He比值和区域应变速率关系

　　3、中-晚中新世以来青藏高原东南部生长动力学过程

　　自印度-亚洲大陆碰撞以来，青藏高原东南部经历了阶段性的生长过程。由于高原生长过程伴随着大规模构造运动和岩浆活动，并且深源气体释放对深部动力学过程具有较高的响应灵敏性，在厘清现今气体地球化学与高原生长动力学关系的基础上，进一步结合区域构造与岩浆活动历史，探讨了中-晚中新世以来印度-亚洲大陆汇聚对高原东南部生长动力学过程的主导作用。其中，以区域活动断裂带和岩浆活动的起始时间（13–10 Ma）作为现阶段青藏高原东南部生长的启动时间节点；在动力学机制上，13–10 Ma以来青藏高原东南部的侧向扩展和局部垂向隆升（图4），可能与印度-亚洲大陆汇聚方向的转变和印度俯冲板块的后撤有关。

　　图4 中-晚中新世以来青藏高原东南部的侧向扩展和局部垂向隆升模式图

　　上述研究首次建立了深源气体地球化学与高原生长动力学过程之间的内在联系，证实了深源气体同位素组成（特别是³He/⁴He比值）是约束高原生长动力学过程及其发生深度的有效地球化学定量指标，对构建高原生长动力学模型具有重要参考意义。研究结果证实，青藏高原东南部中-晚中新世以来的生长过程可能发生在地幔尺度上，为理解高原生长动力学过程提供了新的研究视角和资料。

　　论文链接：

　　Zhang, M., Guo, Z., Xu, S., Barry, P.H., Sano, Y., Zhang, L., Halldórsson, S.A., Chen, A.-T., Cheng, Z., Liu, C.-Q., Li, S.-L., Lang, Y.-C., Zheng, G., Li, Z., Li, L., Li, Y., 2021. Linking deeply-sourced volatile emissions to plateau growth dynamics in southeastern Tibetan Plateau. Nature Communications 12, 4157, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24415-y.