地球的地幔根据矿物相变可以分为上地幔、地幔过渡带和下地幔。其中，地幔过渡带（Mantle Transition Zone）（上、下地幔之间）以410 km和660 km间断面为界，在地幔对流和地球演化中起着关键作用。越来越多的地球物理观测显示，在现今的环太平洋俯冲区，地幔过渡带顶部（上地幔底部）普遍存在一个低速层（Low-velocity Layer）。目前，一般认为该低速层是水或其他挥发分降低上地幔橄榄岩熔点而产生的部分熔融层。

该低速层的起源和分布，是一个长期存在的关键科学问题。Bercovici和Karato于2003年提出地幔过渡带水过滤器模型，用于解释在全地幔对流模式下地球内部化学分异的现象。该模型预测含水的地幔过渡带物质全球性扩散上涌，从而在地幔过渡带顶部形成全球性的部分熔融低速层（图1）。虽然该低速层在现今的环太平洋俯冲区被不同的地球物理方法大量观测证实，但其形成可能与现今的太平洋板块俯冲有关（图2）。在大陆内部（远离大陆边缘），特别是造山带地区，由于观测有限，该低速层的存在和起源依然很模糊。

该低速层可以被不同的地震震相识别，主要包括：P和S波接收函数、SS前驱波、ScS多次反射波，以及P和S波三重震相。Li et al. (2021)首次采用2组近正交的三重震相波形资料（图3），在使用传统的P波三重震相拟合的基础之上，还同时拟合了sP波（图4）；基于网格搜索方法拟合中国国家数字测震台网记录的三重震相波形，获得了中亚造山带西部（远离大陆边缘）地幔过渡带精细结构的地震学证据。

研究发现，中亚造山带西部（远离大陆边缘）地幔过渡带顶部存在低速层（图5）。结合区域地质构造，推测该低速层的形成可能与古生代时期古亚洲洋板块的俯冲有关，俯冲的古板块脱水或其他挥发分诱发形成了部分熔融低速层。虽然在地质历史时期中，该低速层可能伴随着熔体分数的变化，但依然可以保存至今。同时，本研究首次利用地震波形资料观测到该低速层表现为弱的地震各向异性特征，表明该低速层可能为弱的粘度层，为研究地幔不同圈层解耦变形提供了新的观测依据。

该低速层的发现，表明欧亚大陆上地幔底部可能由于古特提斯、新特提斯、古亚洲和古太平洋的俯冲，普遍存在含水或其他挥发分的部分熔融、低粘度、低波速层，该低速层的长期存在可能在欧亚大陆上地幔变形、化学分异、板内岩浆活动及其成矿作用和断层活动等构造演化过程中发挥了重要作用。

该研究成果近期以 “A low-velocity layer atop the mantle transition zone beneath the western Central Asian Orogenic Belt: upper mantle melting induced by ancient slab subduction” 为题发表在国际知名地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》（EPSL）（中科院1区top，IF=5.25）。中国地震局地震预测研究所的副研究员李国辉为论文的第一和通讯作者，合作者包括中国科学院大学的周元泽教授和地震局预测所的高原研究员以及琚长辉、石玉涛和崔清辉副研究员。本研究获得国家自然科学基金（42074100，41804083，42074065，42074103，41904091）和中国地震局地震预测研究所基本科研业务基金（2021IEF0501）的联合资助。

论文信息：Guohui Li*, Yuan Gao, Yuanze Zhou, Changhui Ju, Yutao Shi, Qinghui Cui, 2021. A low-velocity layer atop the mantle transition zone beneath the western Central Asian Orogenic Belt: upper mantle melting induced by ancient slab subduction. Earth and Planetary Science Letters, 578, 117287. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117287.

图1 地幔过渡带水过滤器模型。

图2 板块俯冲诱发上地幔底部部分熔融。

图3 研究区（红、绿点所示）及所用地震和台站。

图4 P和sP波三重震相射线路径（a）及波形（b）。