喜馬拉雅山脈傲居世界之顛，由一眾高于7000米山峰構成長(cháng)達2500km山鏈，珠穆朗瑪峰海拔8848米屹立其列，俯視其呈現向南凸出的近乎完美的半個(gè)橢圓弧形，宛如一張拉滿(mǎn)的“天弓”，構成地球上一道靚麗風(fēng)景線(xiàn)，吸引了科學(xué)家好奇和探索欲望。但是喜馬拉雅弧形山脈的成因、與印度板塊與亞歐板塊碰撞的關(guān)系、及其幾何形狀對沿喜馬拉雅山前碰撞帶速率與弧前碰撞帶大地震周期的影響機制等，一直是地學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

作者從分析喜馬拉雅山脈尖端東西部的兩個(gè)構造結：東部的南迦巴瓦峰（7,782 m）和西部的南迦帕爾巴特峰（8,126 m），及其間的喜馬拉雅山脈的幾何與運動(dòng)學(xué)特征，聚焦MFT（主前鋒逆沖斷層））和MCT（主中央逆沖斷層）兩個(gè)運動(dòng)界面，分析沿這兩條大型逆沖斷層走向的大尺度大地測量數據以及歷史大地震震源機制，并結合位于哈扎拉和阿薩姆邦區域內的南迦帕爾巴特峰和南迦巴瓦峰峰前斷裂逆沖斷層的野外測量等基礎數據和分析研究結果，構建了喜馬拉雅山脈大變形數學(xué)力學(xué)模型。

研究結果提出，在喜馬拉雅山脈兩端存在近乎南北走向的走滑斷裂（查曼與實(shí)皆斷裂）尖端，構成了東西兩個(gè)構造結的固定砥柱，其間的喜馬拉雅山脈沿著(zhù)MFT和MCT兩條斷層向南大規模不均勻逆沖，吸收了碰撞主體變形，形成長(cháng)短軸比約3的完美的半橢圓狀的弧形山脈。在這種變形機制下，由于山脈兩端構造結與前弧變形差異，導致了位于構造結處碰撞縮短量較小，地震周期較長(cháng)，而前弧碰撞縮短量較大，地震周期較短，前者約6 mm/yr、2000年，后者約18 mm/yr、700年。通過(guò)離散元(DEM)數值模擬，根據喜馬拉雅碰撞帶幾何與變形受力特征，簡(jiǎn)化邊界條件，設計數學(xué)力學(xué)模型，再現了在印度與歐亞大陸碰撞下，東西兩個(gè)構造結固定并與印度板塊一同以20mm/yr的速度碰撞歐亞大陸，歐亞大陸在碰撞帶持續向南變形，在近18 Myr后形成近乎完美的半橢圓弧形山脈，模擬了喜馬拉雅山脈發(fā)育成形過(guò)程，與現今已有大地測量數據對比，從而揭開(kāi)了這完美弧形山脈的物理力學(xué)機制和奧秘。

該研究顯示了基于地質(zhì)學(xué)、古地震數據觀(guān)測、大地測量學(xué)數據分析、數學(xué)模型分析與數值模擬計算研究在探索山脈成形機制以及碰撞帶地震周期方面的潛力，并將會(huì )引起來(lái)自不同學(xué)科地球科學(xué)家的廣泛興趣，包括地質(zhì)學(xué)、大地測量學(xué)、地震學(xué)、古地震學(xué)和第四紀地質(zhì)學(xué)。

圖1 喜馬拉雅山脈地質(zhì)、GPS與以及大地震分布示意圖

（A和B：喜馬拉雅山脈主沖斷層MCT和MFT以及印度/亞洲雅盧藏布江縫合帶以南以及南迦帕爾巴特峰和南迦巴瓦峰之間的構造弧形；C：北印度/南西藏大規模斷層活動(dòng)）

圖2 DEM數值方法模擬喜馬拉雅山脈弧形形成機制示意圖

成果以“喜馬拉雅山脈弧形：由走滑斷裂尖端構造結固定的橢圓?。═he shape of the Himalayan “Arc”: an Ellipse pinned by syntaxial strike-slip fault tips）”為題，在線(xiàn)發(fā)表于2024年1月17日《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS ，Proceedings of the National Academy of Sciences）[1]，同時(shí)被選入PNAS Showcase（KUDOS Publication）作為本期重點(diǎn)展示作品推出：“Why do the Himalayan mountains exhibit a curved shape?”。成果在國家自然科學(xué)基金項目（批準號：42372273）與中國地質(zhì)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費項目（JKY202202）等資助下，自然資源部深地科學(xué)與探測技術(shù)實(shí)驗室、中國地質(zhì)科學(xué)院焦利青研究員（一作和通訊作者）與國家自然災害防治研究院Paul Tapponnier教授、法國國家鐵路局災害防治中心Aurélie Coudurier-Curveur Mccallum博士，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）徐錫偉教授合作完成。

論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313278121；PNAS Showcase 鏈接：https://www.growkudos.com/publications/10.1073%25252Fpnas.2313278121/reader

特別聲明：論文審稿通過(guò)最后修改之際，Paul Tapponnier教授不幸因病于2023年12月24日在北京去世。此文獻給這位青藏高原巖石圈變形研究先驅和擠出模型、滑線(xiàn)場(chǎng)理論創(chuàng )立者，法國科學(xué)院院士、美國科學(xué)院院士，國際著(zhù)名大地構造學(xué)家，Paul Tapponnier教授。我們永遠懷念他！

圖3 焦利青研究員與Paul Tapponnier 教授 （2023于北京）

參考文獻：

1.Jiao, L.*, P. Tapponnier, A. Coudurier-Curveur Mccallum, and X. Xu (2024), The shape of the Himalayan “Arc”: An ellipse pinned by syntaxial strike-slip fault tips, Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(4), e2313278121, doi:10.1073/pnas.2313278121.