摘要：“就像给地球做了一次深层CT，我们终于看清了俯冲板块的‘生死抉择’。”2025年10月，英国格拉斯哥大学团队用超级计算机建模，揭开了困扰地质学界数十年的奥秘：地下660公里处，为何有的洋板块戛然而止变平，有的却能突破阻碍深潜至核幔边界？

“就像给地球做了一次深层CT，我们终于看清了俯冲板块的‘生死抉择’。”2025年10月，英国格拉斯哥大学团队用超级计算机建模，揭开了困扰地质学界数十年的奥秘：地下660公里处，为何有的洋板块戛然而止变平，有的却能突破阻碍深潜至核幔边界？

而几乎同一时期，中国地震局、中科院的研究团队通过自主研发的成像技术与数值模拟，不仅验证了这一发现，更在华北克拉通、印缅俯冲带等“家门口”的地质构造中，找到了板块运动与火山、地震活动关联的关键证据。这场由超级计算机驱动的“地心探索”，正让人类读懂地球深层引擎的运转密码。

地心悬疑：660公里处的板块“岔路口”

地球内部从不是静止的世界。地表的岩石圈板块如同巨大的“浮冰”，在软流圈上缓慢漂移，当密度更大的洋板块遇到其他板块，就会俯冲下沉，开启长达数百万年的地心之旅。

但地震断层扫描技术（类似地球的“CT”）却发现一个诡异现象：所有俯冲板块都会在地下660公里处遭遇“命运分叉”。南美洲秘鲁下方的纳斯卡板块能继续下潜超1000公里，形成“阶梯状”轨迹直达核幔边界；而日本附近的伊豆-小笠原板块却在此处“躺平”，再也无法突破 。

这个“岔路口”藏着地球深处的物理陷阱。660公里是地幔过渡带与下地幔的分界线，此处会发生“吸热相变”——地幔矿物从尖晶石结构转为钙钛矿结构时吸收热量，导致周围温度骤降。俯冲板块本身温度极低，其核心物质难以参与相变，就像冰冷的铁块遇到凝固的岩浆，自然会受到强烈阻力。更雪上加霜的是，660公里至1000公里深处的地幔刚度持续增加，进一步封堵了板块的下沉之路。

“要么突破重围，要么停滞变平，是什么决定了板块的选择？”这个问题困扰了地质学家半个世纪。直到超级计算机的算力突破，才让模拟亿万年尺度的地质运动成为可能。

中英联手“透视”：地表大陆竟是“助推器”

格拉斯哥大学团队的突破，在于用英国超级计算机ARCHER构建了高精度二维模型，首次量化了板块俯冲的关键控制因素。首席研究员格里马博士提出的“板块弯曲比”指标，成了预测板块命运的“标尺”。

模型清晰显示，两个核心因素决定了板块的下沉轨迹：

1. 地表板块类型：当俯冲带上方是厚重的大陆板块时，大陆的重量会形成额外推力，如同给俯冲板块装上“加速器”；若上方仅是轻薄的洋板块，缺乏助力的板块便难以突破阻力。

2. 地幔刚度分布：当地幔刚度增强的区域位于1000公里附近时，配合大陆板块的推力，俯冲板块会在660公里处短暂偏转后继续下沉，形成独特的“阶梯状”结构；而若上方是洋板块，无论地幔刚度如何变化，板块都会在660公里处变平。

这一发现完美匹配了实际观测：秘鲁下方的纳斯卡板块正俯冲到南美大陆之下，于是走出“阶梯状”深潜轨迹；日本附近的伊豆-小笠原板块是洋板块间的俯冲，自然在660公里处停滞。格里马博士形象比喻：“大陆不仅塑造地表地貌，更像地球深处的‘舵手’，操控着板块的下沉路径。”

中国科学家的研究则为这一理论提供了更精准的“亚洲样本”。2024年，中国地震局地球物理研究所吴庆举研究员团队，利用中国科学台阵的密集观测资料，通过三维Kirchhoff偏移成像技术，获得了华北克拉通地幔过渡带的高分辨率图像 。

结果显示，渤海湾盆地下方660公里间断面明显下沉，地幔过渡带厚度大增，这正是太平洋俯冲板片在此停滞的直接证据；而大同火山下方410公里处的高温异常，与停滞板片脱水引发的热物质上涌高度相关——这说明停滞的板块不仅影响深部结构，更直接触发了地表的火山活动。“英国团队的模型解释了‘是什么’，我们的观测则说清了‘为什么影响地表’。”吴庆举团队的研究成果发表于《Science China Earth Sciences》，为板块俯冲与地表灾害的关联提供了关键实证。

中国“超算+观测”：解锁本土地质密码

如果说英国团队搭建了理论框架，中国科研人员则用“超算建模+密集观测”的组合拳，解锁了中国及周边特殊俯冲带的奥秘，其研究更贴近防灾减灾的实际需求。

在印缅俯冲带，这个印度板块与欧亚大陆碰撞的“前沿阵地”，中国科学院团队通过地应力反演与GPS应变率分析发现，该区域在晚中新世前曾长期处于伸展状态，板块俯冲角度的变化直接导致了缅甸中央盆地的构造反转 。这一发现与英国模型中“大陆板块影响俯冲轨迹”的结论相互印证，但更细化了板块运动的时间演化特征，为理解喜马拉雅构造带的形成提供了新视角。

在爪哇海沟，自然资源部丁巍伟研究员团队则聚焦更微观的“板块破裂”问题。他们利用I2VIS软件建模，模拟了海山俯冲、板块汇聚速率等因素对俯冲板片断离的影响 。研究发现，当携带海山的板块俯冲时，海山的坚硬结构会加剧板片的破裂风险，这解释了该区域频繁发生深源地震的原因——而这正是英国二维模型未涉及的“细节变量”，体现了中国研究对复杂地质条件的精准把握。

观测技术的突破更让中国具备了“透视”深层结构的能力。中国地震局苗文培助理研究员团队首创“两部反演机制”，解决了地震波数据联合反演的误差分配难题，成功构建了加勒比-南美洲板块俯冲带的三维横波速度模型 。该技术已应用于华北地区上地幔研究，让中国在俯冲带精细结构探测上达到国际领先水平。

值得关注的是，中国的超级计算机正成为地质研究的“算力基石”。依托“天河”“神威”等超算平台，中国科学家已能构建三维动态模型，模拟板块俯冲的完整过程——相比英国ARCHER的二维模型，三维模拟能更真实地还原地幔对流、矿物相变等复杂相互作用，这让中国在板块动力学研究中逐渐掌握主动权。

终极价值：从地心奥秘到灾害预警

解码板块俯冲的轨迹，绝不仅是满足人类的好奇心，更关乎数十亿人的生命安全。俯冲带是全球90%强震和75%火山喷发的“策源地”，理解板块的下沉路径，就能更精准地预测灾害风险。

格里马博士的研究指出，“阶梯状”俯冲的板块更容易与地幔发生摩擦，其上方区域发生深源强震的概率更高；而停滞的板块则可能通过热物质上涌引发火山活动。这一结论已得到中国观测的验证：华北克拉通停滞的太平洋板片，与大同火山的岩浆活动直接相关；印缅俯冲带的板块角度变化，则对应着缅甸地区的地震活跃带。

中国科学家正将这些理论转化为实际预警能力。通过监测俯冲带上方的地壳形变、分析地幔过渡带的厚度变化，科研人员已能为华北、西南等地震高发区提供更精准的灾害风险评估。例如，基于渤海湾盆地下方停滞板块的分布数据，地震部门已调整了该区域的建筑物抗震等级标准，提升了灾害防御能力。

未来，随着超算算力的提升和观测网络的加密，人类有望实现更超前的预警。“现在我们能‘看到’板块的位置，未来或许能‘预测’它的移动。”吴庆举研究员表示，中国正计划构建覆盖东亚的地幔成像网络，结合AI算法处理海量观测数据，让板块俯冲的“命运预测”从地质研究走向防灾实践。

从英国超算的模型突破，到中国的观测实证，人类对地球深处的认知正在不断刷新。660公里处的“岔路口”不再神秘，地表大陆与地心引擎的联动机制逐渐清晰。这场跨越国界的地心探索，不仅揭开了地球演化的奥秘，更在为人类与自然的和谐共处寻找答案——毕竟，读懂地球的过去，才能更好地守护未来。

来源：智能学院