中國科學院廣州地球化學研究所（以下簡稱廣州地化所）的研究人員在國家重點研發(fā)項目、國家自然科學基金項目等的資助下，基于界面成像方法揭示長白山火山區(qū)下方穿巖石圈的巖漿系統(tǒng)。相關(guān)成果發(fā)表于《地質(zhì)學》（Geology）。

長白山天池火山是我國規(guī)模最大、災害性噴發(fā)風險最高的活火山之一。地震活動性數(shù)據(jù)顯示，長白山天池火山在2002年至2005年間經(jīng)歷了一次火山擾動事件，而在2020年底至2021年初又發(fā)生了火山震群事件，表明其仍具有極高的潛在噴發(fā)危險。

火山的噴發(fā)不僅與地殼內(nèi)部巖漿囊的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)直接相關(guān)，還與巖石圈和軟流圈地幔巖漿的持續(xù)供給密切相關(guān)，這兩者共同構(gòu)成了火山區(qū)的巖漿系統(tǒng)。通過對巖石圈厚度和速度結(jié)構(gòu)的分析研究，可以揭示火山區(qū)巖漿系統(tǒng)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及賦存狀態(tài)，進而探討火山的深部動力學機制。盡管前人對長白山火山區(qū)下方的速度結(jié)構(gòu)進行了大量的研究，并發(fā)現(xiàn)60至80公里深度范圍內(nèi)存在相對低速的區(qū)域，推測該區(qū)域可能對應于巖石圈與軟流圈的邊界位置，但由于現(xiàn)有巖石圈厚度探測方法的限制，該區(qū)域的具體巖石圈厚度及巖漿系統(tǒng)仍難以評估。

針對上述科學問題，廣州地化所博士后張周與其合作導師、廣州地化所研究員鄧陽凡和中國科學院院士、廣州地化所研究員徐義剛，以及副研究員李鑫等，基于遠震P波接收函數(shù)方法和團隊新近發(fā)展的GC_SRF策略，從研究區(qū)內(nèi)寬頻帶地震臺站所記錄的遠震事件波形中提取了穩(wěn)健的P波接收函數(shù)和S波接收函數(shù)。借助慢度疊加分析、時深轉(zhuǎn)換和疊后深度偏移成像等流程，成功揭示了該地區(qū)的地殼厚度和巖石圈厚度。研究表明，遠離長白山天池火山的區(qū)域地殼較薄（25至35公里），而靠近火山的區(qū)域則地殼較厚（40至45公里）。長白山火山西側(cè)的巖石圈普遍較厚（約70至90公里），而東側(cè)相對較薄（約60公里）。此外，莫霍面和巖石圈底界面的振幅在火山區(qū)下方均出現(xiàn)一定程度的弱化，弱化寬度分別為80公里和200公里。這些地震學響應特征與全球大型火山區(qū)（如美國黃石公園、新西蘭陶波火山和印尼托巴火山）的巖漿系統(tǒng)具有顯著的相似性，均表現(xiàn)出地殼增厚、莫霍面和巖石圈底界面振幅減弱的特征。

綜合研究結(jié)果顯示，在太平洋板塊持續(xù)俯沖的背景下，高溫和含揮發(fā)份的地幔物質(zhì)上涌導致了巖石圈的局部弱化和地幔熔融，從而形成了長白山火山下方穿巖石圈地幔的巖漿系統(tǒng)；巖漿向上遷移，在地殼內(nèi)部形成不同深度的巖漿囊；巖漿在地殼淺部的堆積與運移則進一步引發(fā)了不同程度的巖漿活動和火山地震事件。

通過對比，研究人員認為，長白山火山區(qū)穿巖石圈的巖漿系統(tǒng)與全球大型火山區(qū)的地震學特征表現(xiàn)出顯著的相似性，這一認識為理解大型火山的巖漿起源與演化提供了新的視角，同時也為評估長白山天池火山的潛在噴發(fā)風險提供了科學依據(jù)。受限于該研究所選臺站的覆蓋程度，未來更密集的臺陣布設和觀測將為進一步揭示長白山天池火山的復雜巖石圈結(jié)構(gòu)及深部動力學過程提供更精細的研究資料，并為火山災害的預警和管理提供有力的支持和保障。

原文鏈接：https://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/2024/10/20241029161725256123012.shtm