始于50~65 Ma前的印度—欧亚2个大陆板块持续的碰撞和汇聚造就了世界上最高、最大的高原——青藏高原。古地磁的研究指出青藏高原至少吸纳了印度与欧亚大陆1 800~2 500 km的汇聚量, 虽然高原的地壳明显增厚（约为正常大陆地壳厚度的2倍）, 但作为板块的一部分, 地幔岩石圈却未明显增厚。那么大量汇聚的地幔岩石圈物质到哪里去了呢？是否断离, 并下沉滞留在地幔过渡带中？中新世以来藏北的火山活动和上地幔低速异常表明藏北的上地幔普遍存在部分熔融。产生熔融的诱因可能是俯冲板片脱水, 水降低了上地幔岩石的熔点, 也可能是岩石圈的俯冲或破坏导致的上地幔对流, 地幔物质上涌减压所致, 还有一种可能是起源于深部地幔热边界层的地幔柱穿过地幔过渡带, 将热物质带到藏北的上地幔。基于以上考虑, 要正确解释藏北上地幔低速的问题, 必需提供来自地幔过渡带的证据。地幔过渡带位于410 km界面和660 km界面之间, 这2个界面都是相变界面, 界面的深度强烈依赖于温度的变化, 因此许多研究通过地幔过渡带厚度或界面起伏的横向变化研究地幔过渡带温度的异常。由于410 km界面和660 km界面分别具有正的和负的克拉伯龙(Clapeyron)斜率, 当环境温度升高时, 410 km界面深度随温度升高而增大, 而660 km界面深度随温度升高而减小；当环境温度降低时, 410 km界面深度随温度降低而减小, 而660 km界面深度随温度降低而增大。因此, 当有冷的岩石圈板片俯冲、拆沉进入或滞留在地幔过渡带中, 2个相变界面分别向低压和高压方向移动, 导致地幔过渡带增厚；反之, 当环境温度升高时, 如来自下地幔的地幔热柱穿过时, 地幔过渡带会减薄。因此可以根据青藏高原及其邻区地幔过渡带厚度变化及界面起伏, 推测地幔过渡带的温度变化, 从而为研究板片俯冲、岩石圈的拆沉和地幔热柱上涌等地球动力学研究提供地球物理学约束。

田小波承担的国家自然科学基金面上项目“地幔过渡带界面起伏3-D重建及其在青藏高原动力学研究中的应用”（项目批准号：40974025）使用青藏高原及其邻区的宽频带远震波形记录, 提取地震台站结构响应函数—接收函数, 通过技术革新, 发展了接收函数构建地幔过渡带界面起伏及厚度变化的新方法。接收函数方法在速度间断面成像中已得到广泛应用, 特别是接收函数中包含来自地幔过渡带顶底2个界面产生的转换波, 因此接收函数方法在研究地幔过渡带厚度具有分辨率高的特点。然而, 根据IASP91全球模型, 在410 km和660 km界面的S波速度跳跃分别约为4%和6%, 意味着远震P波接收函数中来自这2个界面的转换波振幅为直达P波的1%~2%和3%~4%, 属于较弱的震相, 因此, 可靠地测量地幔过渡带的厚度和界面深度, 需要大量接收函数的叠加。在上地幔地震波速度横向非均匀以及地幔过渡带横向变化的影响下, 叠加将导致分辨能力明显降低。为了提高对地幔过渡带厚度及界面起伏的分辨能力, 该项目发展了接收函数方法地幔过渡带新方法, 仅使用接收函数中660 km界面转换波与410 km界面转换波的时差求解地幔过渡带厚度和界面起伏, 由于这个时差与地壳上地幔速度结构无关, 因此, 可大大减小地壳上地幔地震波速度非均匀对地幔过渡带研究的影响。在印度板块的推挤作用下, 西天山目前的收缩率高达20 mm/a, 相当于印度—欧亚汇聚速率的一半。热年代学、沉积地层与古地磁研究表明新生代的天山是在印度板块向北推挤的远程作用下, 于晚渐新世以来抬升的。但新生代天山的抬升机制一直存在争议。通过地球物理探测表明, 天山许多海拔超过3 km的地区, 地壳厚度仅有45 km, 按均衡理论, 45 km的地壳不足以使地表抬升3 km, 因此不能用纯剪切解释天山的变形机制；相对于天山下方具有薄的地幔岩石圈、低的上地幔地震波速度, 南侧的塔里木和北侧的哈萨克斯坦具有比较坚硬的地幔岩石圈和高的上地幔地震波速度, 因此, 一些研究认为天山两侧比较坚硬的地幔岩石圈俯冲到了天山下方, 从而托起了天山, 但这种认识缺乏深地震（特别是超过地壳深度）的证据支持, 因此俯冲的深度和规模可能是有限的, 不足以解释天山的隆升。近年来, 人们试图从上地幔的各向异性研究揭示天山的动力学过程。多个学者的研究表明, 中天山的各向异性快波方向在伊萨克湖附近呈放射状, 这与挤压造山的岩石圈或软流圈的形变不符, 因此, 一些研究者认为中天山下方存在小尺度地幔对流或者是地幔热柱。为探讨中天山上地幔低速热异常的来源深度, 该基金项目使用中天山地区的宽频带远震数据, 利用该基金项目提出的地幔过渡带界面成像新方法, 通过接收函数转换波构建了中天山下方410 km界面和660 km界面的起伏图像。结果表明上地幔低速热异常穿过了地幔过渡带, 是一个来自660 km界面之下的地幔热柱。这一热柱可能一直延续到天山中部的上地幔顶部, 热柱巨大的抬升作用, 在垂向上促使天山强烈隆升, 这与天山地区上地幔低速、地壳下部无明显山根相适应。因此该项目认为：白垩纪—古新世天山在这个地幔热柱的作用下抬升, 并伴随玄武岩流出；在晚新生代, 地幔热柱继续作用于中天山的同时, 塔里木和哈萨克斯坦向天山下方俯冲, 俯冲一方面使得上盘的中天山抬升, 另一方面, 它的挤压作用使得天山地壳增厚, 在均衡作用下地表进一步抬升。

受该项目资助, 申请者及研究团队在 Journal of Geophysical Research, Geophysical Journal International, Physics of the Earth and Planetary Interior, Terra Nova, 中国科学, 地球物理学报上发表SCI论文8篇。