在板块构造理论中，刚性岩石圈相互作用，通常在板块边界附近发生造山运动。近年来研究发现，板块间汇聚力可以向大陆内部传递并引起大陆内部的岩石圈变形和造山活动，形成陆内造山带。阿尔泰山和天山是印度与欧亚板块碰撞远程作用下形成的典型的现代陆内造山带。同为印度与欧亚汇聚的远程作用的产物，由于距离汇聚边界更远，阿尔泰山的缩短率只有天山的五分之一，但在如此小的远程作用之下，阿尔泰山造山规模却不亚于天山造山带。是如何在极小的水平挤压力的作用下形成巨大的地形隆起呢，是否缘于陆内变形的深部过程呢？
图1 阿尔泰山及其邻区的总应变率图像。蓝色、黑色和红色线条分别指示走滑断层、逆断层和正断层，紫色线条指示深地震反射剖面位置。灰色圆圈为2007年至2022年震级大于1.0级的地震（下载自中国地震台网中心）。
为了研究阿尔泰造山带的陆内隆起机制，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室的博士研究生张蕾（现北京大学博士后）和导师赵连锋研究员与岩石圈演化国家重点实验室赵亮研究员及其他合作者一起，通过开展横跨东准噶尔盆地和阿尔泰山的深地震反射剖面观测（图2），获得了阿尔泰山地壳内不同深度的变形图像，揭示了晚新生代阿尔泰山通过小的缩短率实现大的隆升造山的动力学机制。结果显示：额尔齐斯断裂带下方地壳底部存在一个倾角为~30°的南倾界面，向北延伸至剖面北端的阿尔泰山南部地区~30 km深度。推测该界面是形成于古生代的逆冲断层，沿此逆冲断层向北的推覆可能导致了阿尔泰山晚新生代的强烈造山。在阿尔泰山南缘山前存在一个额尔齐斯背斜，阻止了造山变形向准噶尔地壳的延伸。造山带向外倾斜的壳内逆冲断层与山前的背斜一起控制了阿尔泰山新生代的变形，成为仅以较小的缩短率而实现大的隆升造山的关键因素。
这项研究根据地壳精细结构重构了阿尔泰山变形过程，强调了陆内继承性结构对新生代变形的控制作用，提高了我们对远程作用下陆内变形造山机制的理解，丰富了人们对陆内构造演化的认识。
图2 深地震反射剖面结果及其他地球物理观测。(a)沿剖面的布格重力异常，标注有断层，扎河坝蛇绿岩和喀拉通克镁铁质岩石。布格重力异常数据来自ICGEM的EGM08模型。 (b)沿剖面的磁力异常数据，来自EMAG2模型。(c)地震反射剖面的构造解释，包括块体边界（黑色实现），断层（红色实现及虚线），地层（蓝色线），莫霍不连续面（黑色虚线），和弱反射区 (W1, W2, 和W3)。
图3 逆冲断层和山前背斜控制的阿尔泰山晚新生代地壳变形模式图。地标红色曲线标注了额尔齐斯断层带。在剖面上，黑色实线表示反射剖面约束的莫霍面，红色曲线标注了阿尔泰山壳内强反射界面。
研究成果发表于综合学术期刊Science Bulletin (张蕾，赵连锋*，赵亮*，谢小碧，田小波，肖文交，姚振兴. Intraplate thrust orogen of the Altai Mountains revealed by deep seismic reflection[J]. Science Bulletin, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.03.011). 研究受到重点研发项目“北方增生造山成矿系统的深部结构与成矿过程”（2017YFC0601206）和国家自然科学基金（41974061, 41974054）的资助。