克拉通被认为是稳定的构造单元，具有低热流和刚性强的特点，从而使其在漫长的地质演化过程中基本保持稳定。但在后来的地质构造过程中，克拉通岩石圈地幔会遭到改造甚至破坏，我国学者系统研究了华北克拉通改造和破坏的演化过程。然而在强烈的构造挤压作用下，克拉通岩石圈结构变形与改造过程尚不明确，是大陆动力学中重要科学问题之一。
扬子克拉通，西邻龙门山断裂带分割的青藏高原东缘，北至秦岭-大别-苏鲁造山带，东与华夏地块沿江南造山带分界。扬子克拉通西部的四川盆地与青藏高原毗邻，由于受到印度板块的强烈碰撞，青藏高原向东扩展并强烈挤压四川盆地，这得到GPS观测速率和龙门山断裂带的汶川、庐山等强震分布的支持。扬子克拉通受到印度-青藏高原块体、太平洋板块、菲律宾海板块所夹持，陆内可能遭到了强烈变形，是研究构造挤压下克拉通岩石圈结构变形的天然实验室。现有扬子克拉通下方的各向异性分析和地震学结果分辨率不足，阻碍了上述科学问题的研究。
针对此问题，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博士后唐清雅、合作导师孙伟家研究员及其合作者，基于华南板块的固定台站三分量数据（图1A），采用波形拟合的多阶面波层析成像方法，获得了华南板块上地幔的三维剪切波速度结构和径向各向异性特征（图2）。径向各向异性是表征壳-幔结构变形的关键参数，正径向各向异性（VSH > VSV）表示矿物的优势排列方向以水平为主，指示物质以水平流动为主；负径向各向异性 （VSH < VSV）表示矿物的优势排列方向以垂向为主，指示物质以垂向流动为主。径向各向异性可以用于研究由交代作用、岩石圈下地幔流和软流圈地幔向上侵入岩石圈等导致的垂向结构变形或矿物排列的影响。
图1 (A) 华南板块构造背景和地震台站分布。蓝色三角为宽频带地震仪布设位置；TLF:郯庐断裂; RRF:红河断层; LMSF:龙门山断层; SCB: 四川盆地; SGB:松潘-甘孜区块; HI:海南岛; LP:雷州半岛; (B)地震事件分布。地震事件来自中国国家地震台网(红色圆圈)和IRIS(紫色圆圈)。白色箭头表示印度、太平洋和菲律宾海板块相对于欧亚板块的绝对板块运动方向和速度
图2 (A, B) 华南地区SV波速度结构的深度分布图。深度和参考速度显示在图中右下角；(C, D)沿剖面A-A'和B-B'的剪切波速度和径向各向异性的垂向剖面图，剖面位置如图A所示
剪切波速度结构显示扬子克拉通的岩石圈地幔呈现明显的高速异常，尤其是在四川盆地，高速特征可延伸至300 km深（图2A和2C），这与前人的研究结果相一致。值得注意，在四川盆地下方观察到径向各向异性的明显变化，上地幔顶部（80 km以上）表现出正各向异性，在上地幔80-250 km深度范围内呈现较为明显的负径向各向异性结构，表明矿物的优势排列方向为垂向。
印度板块与欧亚大陆的持续碰撞导致青藏高原隆升和物质挤出。青藏高原东向扩展和生长产生的地幔物质流动被厚而坚硬的扬子克拉通岩石圈阻挡而发生分支，一支沿着龙门山断裂带向上流动，这得到GPS观测速率和龙门山断裂带的汶川、庐山等强震分布的支持；一支向下潜入四川盆地的克拉通岩石圈根部从而向东流动，这与热流值观测一致，四川盆地的地表热流平均值为53 mW/m2，明显大于稳定克拉通的平均值，表明四川盆地下方的岩石圈地幔遭受了青藏高原地幔流热侵蚀作用。联合GPS速率、热流和径向各向异性的结果，推测扬子克拉通西部的四川盆地受到青藏高原持续的挤压作用发生了明显改造和变形，并存在明显的地幔流, 动力学演化示意图如图3所示。该研究以扬子克拉通为例，为强烈构造挤压作用下的克拉通岩石圈地幔改造变形过程提供了地震学证据，对全球克拉通的演化过程提供了认识。
图3 青藏高原和四川盆地动力学过程示意图。MDA：矿物定向排列
研究成果发表于国际学术期刊JGR: Solid Earth（唐清雅, 孙伟家*, Yoshizawa K, Fu L Y. Anomalous radial anisotropy and its implications for upper mantle dynamics beneath South China from multimode surface wave tomography[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2022, 127(8): e2021JB023485. DOI: 10.1029/2021JB023485）。研究受国家自然科学基金委(41720104006, 42022026), 中国科学院青年创新促进会等资助。