从地表到地幔：解码Betic山脉（西班牙东南部）岩石圈俯冲与撕裂的地貌表达

本研究通过地形分析、裂点测绘和河流剖面指标，揭示了Betic山脉（西班牙东南部）晚中新世以来的千米级隆升与岩石圈板块撕裂的动力学关联。研究发现，区域最大高程趋势与主要构造结构存在斜交关系，且与地震层析成像中板块撕裂区域吻合。通过ksn和χ值分析，证实了主分水岭向大西洋流域的主动迁移，为岩石圈撕裂驱动的幕式隆升提供了独立证据，速率达100–160 km/My。

　　

在地球科学领域，理解造山带的地貌演化与深部动力学过程的关联一直是前沿课题。Betic山脉（西班牙东南部）作为西地中海地区典型的俯冲相关造山带，其晚中新世以来的千米级隆升和独特地形格局长期困扰着研究者。传统观点认为，该区域的地形应与构造走向一致，但Betic山脉却表现出异常的高程分布——最大平均高程趋势斜切主要构造线，这种“不协调”现象暗示深部可能存在未被认知的动力学机制。与此同时，地震层析成像显示该区域下方存在岩石圈板块撕裂（slab tearing）的证据，但地表地貌如何响应这一深部过程尚缺乏系统性研究。

为解决这一科学问题，来自中国和西班牙的研究团队在《Geomorphology》发表了一项跨学科研究。团队通过ASTER全球数字高程模型（30米分辨率），结合地形剖面、局部起伏度、河流陡度指数（k_sn）和χ值分析等方法，首次建立了Betic山脉地貌特征与岩石圈撕裂过程的空间耦合关系。研究揭示，中央Betic山脉的高地形隆起区与地震层析中的板块撕裂区完全重合，而主分水岭的迁移方向与隆升传播方向一致，为深部动力学驱动地表变形提供了直接证据。

关键技术方法
研究采用ASTER GDEM V3数据，通过30公里宽度的条带地形剖面提取最大/最小/平均高程；计算1公里窗口内的局部起伏度（LR）和30公里范围的起伏异常（RA）；基于Flint定律（S=k_sA^-θ）推导标准化河流陡度指数（k_sn）；利用χ变换分析分水岭稳定性；结合已发表的Betic海峡闭合年代约束隆升时序。

研究结果

4.1 Betic山脉地形分布
通过30公里移动窗口计算的平均高程揭示，中央Betic存在一个斜切构造走向的弧形高地形区（>1000米），其东西边界分别以Socovos断层（东侧700米陡降）和Granada盆地（西侧1500米落差）为界。主分水岭在该区呈现四段式结构：Ronda段（SW-NE向平行构造）、Tejeda段（90°转向正交构造）、Sierra Nevada段（平行内部带构造）和Cazorla-Segura段（斜切外部带）。

4.2 起伏异常与局部起伏
高RA值（>2.5）的低起伏面集中分布于中央Betic山脉顶部（如Sierra Nevada、Filabres、Cazorla-Segura），这些横跨不同岩性（变质岩/沉积岩）的平坦面被解释为晚中新世夷平作用的残留地貌。局部起伏分析显示，地中海侧河流比大西洋侧更陡峭（k_sn值高2-3倍），证实分水岭正向大西洋流域迁移。

5.1 标准化陡度指数
12条河流的k_sn值显示：中央Betic山脉（Higuerón河达247 m^-0.9）显著高于周边，且地中海侧普遍高于大西洋侧。例如Guadalfeo河k_sn=247 m^-0.9，而其大西洋对应支流仅184 m^-0.9，这种差异驱动分水岭西移。

5.3 分水岭稳定性（χ分析）
χ值对比揭示分水岭各段稳定性差异：Cazorla-Segura段两侧χ值相近（接近稳态），而Tejeda段差异最大（地中海侧χ=9-12 vs 大西洋侧21-24），对应最活跃的袭夺现象。风隙（wind gaps）和潜在袭夺点的空间分布证实，分水岭西移速率自东向西递增。

6.4 板块撕裂迁移与地貌演化
通过Betic海峡闭合年代约束的隆升时序表明：北Betic海峡（9.5 Ma闭合）最早抬升，Guadalhorce海峡（7.5-6.2 Ma闭合）最晚，对应撕裂自东向西传播速率100-160 km/Myr。隆升速率从东部的0.13 mm/yr递减至西部的0.07 mm/yr，与k_sn值西向递减趋势一致，反映撕裂前锋的动力学衰减效应。

结论与意义
该研究首次将Betic山脉的地貌瞬态特征（低起伏面、裂点迁移、分水岭不稳定性）与岩石圈撕裂过程定量关联：1）高地形隆起区精确对应地震层析中的板块撕裂区；2）分水岭迁移方向揭示隆升传播自东向西；3）海峡闭合年代与地貌参数共同约束撕裂速率达100-160 km/Myr。这一发现不仅为理解俯冲带地表-地幔耦合提供了新范式，其建立的k_sn/χ值-深部过程关联模型，可推广至全球类似造山带的研究。研究还暗示，类似机制可能解释其他地区（如喜马拉雅）的幕式隆升现象，为地球深部动力学与地表过程互馈研究开辟了新途径。