俯冲的洋壳板块为何会滞留在地幔过渡带是一个困扰地学界长达数十年之久的重大地质谜题。为了攻克这一难题，中国地质科学院史大年研究员联合国际著名的地震学家Shen Yang教授以及国内其他单位的地震和岩石物理学方面的研究专家，依托高精度地震成像技术，刻画了华北地幔过渡带俯冲板块滞留区的地幔精细结构特征，结合前沿岩石物理数值模拟方法，系统地厘清了俯冲板块长期滞留在华北地幔过渡带内的主要动力学机制。研究取得以下核心发现：

第一，在俯冲滞留区中心（约400公里范围），下方700公里处存在另外一个地震间断面，与无水的玄武质混杂岩中的秋本石-布里奇曼石相变特征完全一致，而外围区域并无此玄武质岩石富集现象，仍为普通地幔岩。

第二，外围区域的相变界面出现约10公里异常下凹，由含水导致的后尖晶石相变延迟引起，该效应可贡献板块滞留所需浮力的97.5%；而无水条件下的相变仅能贡献27.5%，远不足以支撑板片的长期滞留。

第三，中心区域无水玄武岩相变产生的浮力贡献十分次要，下地幔黏滞性增加和板块后撤也无法解释数千万年的滞留，因此含水延迟才是主导原因。

本项目研究为洋壳板块在地幔过渡带内长期滞留提供了一套系统而又明确的解释，研究成果明确凸显了水作为关键调控因子，在未来高温高压岩石物理实验、全球地幔动力学数值模拟中作为重点参数进行考量的重要性，对于深入研究和理解板块俯冲及整个地幔物质循环过程具有重要的科学意义。

该项研究由国家自然科学基金、华南重点研发项目和地质调查项目联合资助，美方人员获得了美国国家基金会的资助。研究成果已于近期发表于开放性学术期刊Nature Communications。