大量的地震学观测揭示，克拉通岩石圈中部存在一层地震波不连续面。这一不连续面所出现的深度与克拉通LAB的深度明显不吻合，进而被命名为岩石圈中部不连续面（MLD）。近年的多数研究认为，MLD是克拉通岩石圈中强度相对较弱的一层，而这一弱层的存在会导致岩石圈的明显解耦；进而在板块俯冲或地幔柱上涌等过程中，促进岩石圈拆沉甚至克拉通破坏。但是，MLD在全球克拉通中广泛分布，而大多数克拉通都保持了长期稳定，只有极少数的克拉通发生了破坏。因此，MLD对克拉通稳定性的影响值得重新评估。
近日，bevictor伟德国际李忠海教授团队系统研究了MLD的形成，并评估了其在克拉通后续演化中的作用。（1）研究团队提出了MLD形成的“集水器”假说。在克拉通的长期演化中，多次的板块俯冲及其伴随的脱水过程，导致了上覆岩石圈的缓慢水化，以及岩石圈中MLD的形成。MLD可能代表了岩石圈中部的一层高含水层，其在克拉通演化中逐渐吸水，起着“集水器”的作用。（2）通过对比不同形成机制，研究团队约束了MLD的强度变化范围，认为含水橄榄石诱发的MLD和叶蛇纹石诱发的MLD分别代表了MLD强度的上、下限。（3）基于系统的数值模拟，对比了不同构造背景下（挤压、伸展、地幔流剪切、地幔柱），不同强度的MLD对克拉通演化的影响。对于含水橄榄石诱发的MLD，其强度不够弱，无论在何种构造背景下，都无法导致克拉通破坏。相反，强度较弱的叶蛇纹石诱发的MLD，会导致岩石圈的明显解耦，促进岩石圈变形。但是，只有伸展背景或存在地幔柱的情况下，弱的MLD与软流圈地幔相互作用，才有可能导致岩石圈沿MLD的拆沉，甚至克拉通破坏。这一过程需要大量的熔体参与，即需要克拉通的强烈伸展或温度、大小比较极端的地幔柱出现。
基于上述的系统研究，李忠海团队证明MLD对克拉通失稳的作用比较有限。即使存在着强度非常弱的MLD，克拉通破坏所需要的条件依然非常苛刻。这解释了为什么MLD在克拉通中广泛存在，但只有极少数的克拉通发生了破坏。
该研究得到了国家重点研发计划和国家杰出青年科学基金的支持，先后发表在Geophysical Research Letters和Journal of Geophysical Research: Solid Earth期刊。博士研究生付荟颖为论文第一作者，李忠海教授为通讯作者，国科大为第一单位。
论文链接：Fu et al., 2022, GRL <https://doi.org/10.1029/2022GL101569>
Fu and Li, 2024, JGR <https://doi.org/10.1029/2023JB028022>
MLD分布区域与克拉通破坏位置的对比
