从后弧伸展到大陆碰撞：安纳托利亚岩石圈的地球物理视角

《Tectonophysics》：From back-arc extension to continental collision: A geophysical view of the Anatolian lithosphere

本研究通过整合重力、磁性、P波速度及地震分布数据，揭示了土耳其西部至东部构造特征的系统性差异。提出三阶段构造模型：中生代晚期至新生代碰撞-抬升，发现地壳厚度、磁异常及速度结构的空间分异与继承性缝合带和地幔拆解密切相关。首次建立中央安纳托利亚结晶复合体（CACC）的稳定地幔核，并定义东安纳托利亚高原为碰撞后动态 crustal 系统。引入微板块再激活与碰撞带地壳新生成机制。

　　这项研究通过整合多种地球物理数据，探讨了土耳其如何识别和描述大规模构造块和继承的岩石圈边界。尽管已有大量局部研究，但尚未有统一的、从地壳到上地幔的综合分析，来理解该地区的构造分段情况。研究选择了三条区域剖面（A–A'、B–B′ 和 C–C′），分别穿越小亚细亚西部、中部和东部，以捕捉从西部的伸展构造到东部活跃大陆碰撞的构造动力学过渡。分析整合了三维重力反演、线性密度对比估算和P波层析成像，并结合地震分布统计和磁异常解释。研究结果揭示了不同的岩石圈域：小亚细亚西部表现出较浅的莫霍面深度、较低的P波速度、较弱的磁异常和较浅的地震活动，这与中新世后弧伸展和核心地块形成一致。中部小亚细亚，特别是中央小亚细亚结晶复杂区（CACC），显示出中地壳速度升高和强烈磁异常，表明碰撞后岩浆稳定作用。东部小亚细亚则表现出明显的重力低值、广泛的低速异常和东安纳托利亚高原下更深的地震活动，这与正在进行的地壳增厚和岩石圈剥离一致。综合解释强调了继承缝合带和后期构造热叠加对当前地球物理模式的影响。研究提出了一个三阶段构造模型，包括晚中生代至古新世的碰撞和缝合、中新世后弧伸展，以及新近纪至今的碰撞和动态抬升。此外，研究还引入了两个新的构造视角：中央小亚细亚作为微板块核心的重新激活和稳定，以及将东安纳托利亚高原分类为一个活跃演化的、碰撞后的地壳动态系统。这些发现为土耳其提供了一个新的构造框架，并对理解大陆碰撞带的岩石圈过程具有广泛的贡献。

土耳其是研究大陆-大陆碰撞、继承缝合带和岩石圈分段如何塑造上地壳结构和活跃构造的理想实验室。它位于非洲、阿拉伯和欧亚板块的交汇处，是阿尔卑斯-喜马拉雅造山带中地质构造最为多样和变形最为显著的区域之一。小亚细亚向西构造逃逸、阿拉伯板块与欧亚板块的逐步碰撞，以及希伦板块俯冲带的回撤，共同形成了复杂的岩石圈块、缝合带和构造省的拼图。尽管已有大量区域地质和地球物理研究，但对这些过程如何在上地壳和岩石圈地幔中表现仍缺乏一致、大规模的理解。特别是在土耳其，地壳厚度、热状态、地震活动和继承缝合带之间的空间关系仍未完全厘清。

在过去几十年中，许多地质和地球物理研究致力于揭示土耳其复杂的构造和动力学演化（Seng?r和Yilmaz, 1981；Jackson和McKenzie, 1984；Okay和Tüysüz, 1999；Bozkurt, 2001；Pamuk?u等人, 2007；Türko?lu等人, 2008；Okay, 2008；?ubuk-Sabuncu等人, 2017；Do?ru等人, 2017；?zs?z, 2021a；?zs?z和Toker, 2022；Pamuk和?zs?z, 2022；Seyito?lu等人, 2022；?zs?z等人, 2025）。Jackson和McKenzie（1984）对阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的新生构造框架进行了全面分析，特别关注了西部土耳其的构造。他们阐明了该地区的复杂动力学，由大陆汇聚和显著的走滑断层作用相互作用所主导。他们的研究强调了安纳托利亚微板块向西逃逸的关键作用，这一过程由阿拉伯和欧亚板块的持续碰撞驱动，并识别出北安纳托利亚断层带（NAFZ）作为主要结构走廊，承载这一侧向构造逃逸及相关的地壳应变。

Türko?lu等人（2008）提出了针对阿拉伯-欧亚碰撞带的改进构造动力学模型，强调了地壳增厚和侧向构造逃逸作为区域变形的主要驱动力。他们的分析突出了安纳托利亚高原的地壳厚度变化——从45到55公里不等，并指出高原存在显著的等静力补偿不足，暗示其下方存在动态支撑。这些发现提供了关于地壳结构、热状态和地震活动分布之间相互关系的关键见解。该研究还批判性地评估了早期概念框架的不足，倡导采用更加综合的方法，利用多学科地球物理数据集，以实现一致的构造解释。

?ubuk-Sabuncu等人（2017）进行了一项高分辨率的地震调查，采用全波形层析成像技术，以确定地壳中显著的横向和垂直速度异质性，深度达到约35公里。他们的结果捕捉到了与主要构造结构相关的独特地球物理特征，特别是北安纳托利亚断层带（NAFZ）以及活跃的火山区域。该研究建立了地震速度异常与底层动力学过程之间的直接联系，包括俯冲带回撤以及伸展和走滑变形的复杂相互作用。

Seyito?lu等人（2022）通过综合现代大地测量和地震观测数据，结合先进的块体建模技术，显著提升了土耳其的新生构造框架。这种综合方法提供了一个更精确、动态一致的活跃断层系统的表示，揭示了区域构造块的相对运动，并对变形模式的空间变化提供了关键见解。这项研究还为评估安纳托利亚复杂构造拼图中的地震危险性提供了更坚实的基础。

本研究的目标是通过整合多种地球物理数据，揭示土耳其岩石圈的结构和构造演化。所采用的数据包括重力异常、磁异常、P波速度模型和地震分布。研究选择了三条精心挑选的地壳尺度剖面，分别横贯小亚细亚西部、中部和东部。通过这种多学科方法，研究旨在刻画地壳厚度、岩石圈成分和地震结构的空间变化，并评估这些变化与主要构造缝合带和动力学过程（如后弧伸展、碰撞后岩浆作用、地壳增厚和岩石圈剥离）之间的相关性。

一个关键的未解问题是如何利用整合的数据集来识别和区分地壳和岩石圈块——这些块在不同的构造时期被组装。虽然许多先前研究关注于局部地壳结构或单一参数解释，但本研究旨在通过构建区域一致、跨剖面的模型，联合解析重力、磁、地震和P波速度信号，来弥补这些不足。这种整合框架用于检验主要构造域及其边界缝合带是否产生独特的地球物理信号，并评估这些信号如何从伸展构造过渡到碰撞构造。

土耳其的岩石圈结构是多种动力学事件的产物，包括俯冲-增生、地壳伸展、碰撞后岩浆作用以及活跃的大陆碰撞。本节通过这些演化过程的视角，概述了区域构造背景，强调了主要缝合带、伸展机制、与抬升相关的岩浆作用以及正在进行的汇聚。小亚细亚的构造背景将通过四个相互关联的动力学方面进行讨论。

在重力方法中，计算三维密度界面是一个常见且重要的挑战。许多方法已被提出以解决这一问题，每种方法都有其独特的优点和方法论。一种主要的方法涉及隔离地壳重力异常，以有效检测地下断层（Syberg, 1972；Chakraborty和Agarwal, 1992；Lefort和Agarwal, 2000）。此外，一些作者（Cordell和Henderson, 1968；Dyrelius和）也提出了其他技术。

重力和磁异常的解释是本研究的重要组成部分。重力异常图（图1a）显示出从西向东逐渐降低的趋势，反映了土耳其地区地壳厚度和岩石圈结构的区域差异。小亚细亚西部，包括门德雷斯块（MM）、利西亚褶皱（LN）和伊斯帕拉角（IA），表现出相对较高的重力值（+20到+40 mGal），这表明地壳变薄和可能的地幔上涌，与希伦板块俯冲带的回撤有关（Ring等人, 2010）。门德雷斯块显示出局部重力高值，表明其地质结构可能与更深层的物质密度差异有关。

磁异常图则提供了另一种视角来理解土耳其的岩石圈结构。磁异常的分布与地壳的磁性特征密切相关，通常反映了岩石的成分和形成过程。在小亚细亚西部，磁异常较弱，这可能与该地区的地壳较薄和岩石类型的变化有关。而在中部小亚细亚，磁异常较强，这表明该地区可能存在更多的磁性岩石，如玄武岩和花岗岩，这些岩石的形成与碰撞后的岩浆活动有关。东部小亚细亚的磁异常则表现出更为复杂的模式，可能与该地区的构造活动和岩石圈的动态变化有关。

通过整合这些地球物理数据，研究能够更全面地揭示土耳其的构造演化。重力异常、磁异常、地震活动和P波速度的变化共同描绘了该地区的构造特征。例如，重力低值通常与地壳变薄或岩石圈剥离有关，而重力高值则可能与地壳增厚或密度较高的岩石有关。磁异常的强度和分布则提供了关于岩石成分和形成历史的信息，帮助研究人员识别不同的构造块和地质单元。

此外，研究还结合了地震分布统计，以评估不同构造域的地震活动特征。地震活动的分布模式可以反映地壳的应力状态和构造活动的强度。在小亚细亚西部，地震活动相对较浅，这可能与该地区的伸展构造和地壳变薄有关。而在东部，地震活动更深，这可能与正在进行的地壳增厚和岩石圈剥离有关。这些地震活动的特征与重力和磁异常的变化相互关联，进一步支持了研究中提出的构造模型。

P波层析成像技术的应用为研究提供了关于地壳和上地幔速度结构的详细信息。P波速度的变化可以反映地壳的组成和构造状态。例如，较低的P波速度通常与较软的地壳或存在较多孔隙的区域有关，而较高的P波速度则可能与较硬的地壳或存在较多结晶岩石的区域有关。通过分析这些速度变化，研究人员能够识别出不同的构造块和地质单元，并评估它们之间的相互作用。

研究的结论表明，通过整合多种地球物理数据，可以更清晰地揭示土耳其的岩石圈结构和构造演化。三条区域剖面（A–A′、B–B′ 和 C–C′）的分析显示，从西部的伸展构造到东部的碰撞构造，存在一个系统性的西向东过渡。这种过渡不仅反映了地质构造的变化，还揭示了动力学过程的多样性。研究提出的三阶段构造模型，包括晚中生代至古新世的碰撞和缝合、中新世的后弧伸展，以及新近纪至今的碰撞和动态抬升，为理解土耳其的构造历史提供了新的框架。

此外，研究还引入了两个新的构造视角：中央小亚细亚作为微板块核心的重新激活和稳定，以及将东安纳托利亚高原分类为一个活跃演化的、碰撞后的地壳动态系统。这些视角不仅有助于更深入地理解土耳其的构造特征，还为其他大陆碰撞带的研究提供了参考。通过这些综合分析，研究人员能够更准确地识别和描述不同的构造块和地质单元，并评估它们在不同构造时期的演化过程。

本研究的成果对于地震危险评估和地质资源勘探具有重要意义。通过揭示不同构造域的地球物理特征，研究人员能够更好地预测地震活动的分布和强度，从而为地震灾害的预防和应对提供科学依据。同时，对岩石圈结构和成分的深入理解也有助于识别潜在的矿产资源和地质构造，为相关领域的研究和应用提供支持。

总之，这项研究通过整合多种地球物理数据，为理解土耳其的构造演化和岩石圈结构提供了新的视角和方法。研究不仅揭示了不同构造域的特征，还提出了新的构造模型，为未来的地质研究和工程应用奠定了基础。通过这种综合方法，研究人员能够更全面地解析土耳其的构造动力学，为相关领域的进一步研究提供重要的参考和启示。