《Earth-Science Reviews》：Deep crustal structure and collision dynamics in the Western and Central European Alps
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阿尔卑斯山脉西段和中段深部地壳结构基于最新S波和P波速度模型及地质数据研究，揭示两个深部低速异常带与欧陆地壳基底终止现象。通过平衡横截面分析，显示地表构造变形与深部速度异常具有一致性。研究提出存在厚层深部拆离带，其可能由阿尔卑斯期动力变质作用（麻粒岩相）发育于深部塑性拆离带形成。碰撞期缩短量达103-191公里，速率变化显示构造活动时空差异
N. Bellahsen|C. Rosenberg|A. Paul|L. Labrousse|M. Sonnet|A. Nouibat|J.B. Girault|B. Huet|P. Agard|L. Jolivet|D. Marquer|M. Bernet|R. Pik
ISTeP，索邦大学，CNRS，UMR 7193，巴黎，法国
摘要
我们基于最新的S波和P波速度模型以及先前的地震图像，并结合地质表面信息，研究了西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山的深层地壳结构。S波速度模型的关键观测结果包括两个深层地壳低速异常区（一个位于前缘，另一个位于内部）以及欧洲大陆地壳在楔形构造下的终止位置。平衡剖面显示，来自地球物理约束的深层地质结构与地质数据中的浅层结构是一致的。在西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山，从碰撞开始（32 Ma）到大约22 Ma，都存在一个早期碰撞阶段，其特点是整个造山带范围内分布的缩短作用。在西阿尔卑斯山，从22 Ma开始的晚期缩短作用主要发生在前缘地壳斜坡上，位于外部结晶岩体下方。在欧洲地壳中，这些碰撞结构起源于内部速度异常区（中下地壳的低S波速度区域），该区域被解释为一个厚层剪切带，起到深层地壳解离的作用。这种速度异常可能是由于在深层可塑性解离带中形成了同运动学阿尔卑斯变质作用（角闪岩相）所致。因此，1000万年的时间间隔（32–22 Ma）内的缩短作用及其在前缘逆冲带上的局部化现象，可能反映了深层解离带内变形的典型过程。
引言
对造山带深层地壳结构的地震成像为理解中下地壳在汇聚过程中的变形和行为提供了一些约束。然而，在许多造山带中，地表结构与深层结构之间的联系仍然不清楚。在中欧阿尔卑斯山（图1），几条地震测线为深层结构提供了关键信息，人们对于从欧洲地壳在楔形构造下俯冲（例如，Bois和ECORS科学团队，1990年；Roure等人，1990年；Burkhard和Sommaruga，1998年；Schmid和Kissling，2000年）到由于亚得里亚海板块嵌入而导致的完全增生（例如，Hitz，1995年；Schmid等人，1996年；Rosenberg等人，2015年）的演变过程达成了一定共识。在西阿尔卑斯山（图1），ECORS-CROP深地震反射剖面显示，在25公里深度及以下没有反射体。因此，提出了不同的模型，如多个叠加的莫霍面（例如，Bois和ECORS科学团队，1990年；Thouvenot等人，2007年）、增厚的大陆地壳（Roure等人，1996年；Schmid和Kissling，2000年），或者两者的结合（Roure等人，1990年），这些模型暗示了下地壳具有不同的力学性质，在某些情况下表现为耦合层，在其他情况下则表现为解耦层。
在地表，阿尔卑斯碰撞引起的缩短作用形成的结构已被广泛描述（例如，Argand，1916年；Pfiffner等人，1997年；Schmid和Kissling，2000年）。在外部区域，已经绘制并确定了适应造山带垂直方向缩短作用的分布式剪切带（位于外部结晶岩体中，图1）（例如，Leloup等人，2005年；Marquer等人，2006年；Simon Labric等人，2009年；Bellahsen等人，2012年，Bellahsen等人，2014年；Bellanger等人，2014年，Bellanger等人，2015年；Boutoux等人，2014a，Boutoux等人，2014b，Boutoux等人，2016年；Herwegh等人，2024年；Janots和Rubatto，2014年；Nibourel等人，2018年，Nibourel等人，2021a，Nibourel等人，2021b）。除了这些剪切带外，还有地壳逆冲断层适应了ECM下方的缩短作用（例如，Mugnier等人，1990年；Deville等人，1994年；Deville和Chauvière，2000年；Philippe等人，1998年）。然而，这些逆冲断层的起源存在争议：它们可能起源于中地壳层（例如，Mueller，1990年；Hitz，1995年；Burkhard和Sommaruga，1998年），也可能起源于下地壳层（例如，Mugnier等人，1990年），这表明上/下地壳边界具有不同的流变性质。值得注意的是，许多剖面并未显示这些逆冲断层在深处的确切起源位置。
在内部区域，识别出多种碰撞结构，如后 Nappe 折叠、向东南和西北方向的剪切带（例如，Bucher等人，2003年；Tricart和Schwartz，2006年；Schmid等人，2017年）。然而，地表结构与深层结构之间的联系仍然不清楚，平衡剖面很少见（部分原因是内部区域的碰撞缩短作用非常复杂），而且地壳结构的最深层部分从未得到直接约束。因此，楔形构造内部的变形及其同碰撞流变特性尚未基于可靠的结构约束得到确定。
最近在CIFALPS和Alparray国际项目的框架下获得了重要的地震学数据，这些数据提供了新的接收函数、迁移后的剖面，以及西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山的3D Vp和Vs层析模型（例如，Zhao等人，2015年；Solarino等人，2018年；Nouibat等人，2022年，Nouibat等人，2023年；Menichelli等人，2023年；Virieux等人，2024年；Solarino等人，2024年；Bagagli等人，2025年）。这些新模型揭示了欧洲地壳在较大深度（西南阿尔卑斯山可达75–80公里）的构造特征，表明远端欧洲地壳在造山楔形构造下方发生了俯冲（Zhao等人，2015年；Malusà等人，2021年；Paul等人，2022年）。这些模型还有助于探讨Ivrea地幔体作为挤压体的作用（Schwartz等人，2024年），以及地幔物质在俯冲通道中的作用，以及蛇纹石化板块界面的作用（Malusà等人，2021年）。这些新的地球物理模型还突出了再活化过程（包括瓦里斯坎时期、比利牛斯造山运动和中新生代伸展作用）（Bienveignant等人，2024年）。
在本文中，我们基于Nouibat等人（2023年）的3D Vs模型（来自波动方程层析成像）提供了新的地质解释，以更好地约束阿尔卑斯山的深层地壳结构。首先，我们回顾了相关的地质数据，以约束西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山的碰撞序列。然后，我们重点介绍了地球物理模型（主要是Vs模型）中显示的主要速度异常、莫霍面边界及其与主要地表地质结构的解释和相关性。基于这些观察结果和地质数据，我们提出了欧洲地壳中存在一个厚层深层解离带的观点，并结合了全球其他造山楔形构造的露头类比进行了讨论。最后，我们探讨了欧洲大陆地壳是如何以及在多大程度上在俯冲楔形构造下方发生俯冲和下插的。
章节片段
西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山现今的地壳结构
阿尔卑斯造山根部的性质、变形和变质作用（即Penninic Frontal Thrust（PFT）和Ivrea地幔体下方的欧洲地层，图2）一直存在多种不同的解释，尤其是在西阿尔卑斯山。自从ECORS-CROP深地震反射剖面在西阿尔卑斯山的研究以来，有人提出欧洲大陆地壳的相当一部分在造山楔形构造下方发生了下插（例如，Roure等人，1990年；Bois和
碰撞缩短作用的地质背景和序列
西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山（图1）是由两个扩展域的闭合形成的：海洋性的利古里亚域和瓦莱盆地。利古里亚裂谷作用始于李斯期，早期裂谷作用发生在200–180 Ma（例如，Lemoine等人，1986年；Conti等人，1994年；Froitzheim和Manatschal，1996年）。随后，在180–165 Ma期间，大陆岩石圈发生了颈部收缩和远端边缘的超级伸展（例如，Froitzheim和Eberli，1990年；Froitzheim和
S波速度模型中的莫霍面代理
接下来，我们基于Nouibat等人（2023年）的3D模型提取的三个Vs剖面（图7，图8，图9）提供了新的地质/构造解释。欧洲莫霍面的划定依据以下标准：首先，Nouibat等人（2023年）模型中4.1 km.s?1的Vs等高线被确定为CIFALPS西部地区（水平距离50至250公里）和CIFALPS2剖面中最能代表欧洲莫霍面的代理
剖面恢复所使用的方法
地质剖面是根据地球物理模型（主要是Nouibat等人，2023年的Vs模型）和地表地质信息构建的。在每个剖面上考虑了线性和/或面积守恒（见图13）。
对于欧洲近端边缘，我们假设三叠纪顶部基底的长度是恒定的（参见Bellahsen等人，2012年，Bellahsen等人，2014年；另见Butler，1983年；Butler，1986年；Mugnier等人，
欧洲边缘在造山楔形构造下的俯冲/下插
阿尔卑斯造山根部的性质、变形和变质作用（即PFT和Ivrea地幔体下方的欧洲地层）一直存在不同的解释，尤其是在西阿尔卑斯山。在这里，基于Nouibat等人（2023年）的层析模型，我们证实了Roure等人（1996年）和Schmid等人（2017年）的解释，即PFT下方的造山根部主要由近端和远端欧洲边缘组成（图7
结论
基于最新的S波层析模型和地质表面信息，我们提供了西阿尔卑斯山和中阿尔卑斯山的3个新的平衡剖面。Pelvoux-Dora Maira、ECORS-CROP和Aar-Lepontine剖面上的缩短估计分别为103公里、134公里和191公里。后两个剖面上的缩短估计表明，从32 Ma到22 Ma的碰撞阶段，欧洲-亚得里亚海的汇聚速率为大约1.25 ±0.5厘米/年；从22 Ma到0 Ma的汇聚速率为大约0.24 ±0.07厘米/年。
未引用的参考文献
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利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
这项工作是在ANR项目Alparray-France和BRGM项目“Referentiel Géologique de la France”的框架下完成的。作者感谢Y. Rolland、S. Schwartz、S. Guillot、J.-X. Dessa、A. Plunder、A.-G. Bader和P. Calcagno的富有成果的讨论。作者还感谢两位匿名审稿人的评论，这些评论极大地改进了手稿的质量。
