近日，南方科技大学海洋科学与工程系助理教授郭震团队针对陆内火山成因问题取得了重要的研究进展，相关研究成果以“Lithosphere-asthenosphere interactions beneath Northeast China and the origin of its intraplate volcanism”为题在地球科学领域顶级期刊Geology发表。

      大陆火山活动是一种常见的地质现象，是岩浆从地壳薄弱区喷出地表而形成的，了解这些火山活动的成因及分布（特别是至今仍在活动的火山），对于火山灾害的防治以及火山资源的开发等具有重要的科学意义。本研究聚焦于世界上最大的新生代板内火山区之一——中国东北地区，该区广泛分布的火山均位于距离日本海沟以西1000多公里处（图1），因此其起源与动力学机制很难与板块汇聚边界的一般上地幔熔融机制联系在一起。尽管在过去的几十年中，前人在此开展了大量的地质研究，但由于缺乏大尺度、高分辨率的地幔热\化学结构综合模型，东北地区板内火山活动的起源、时空分布及导致其玄武岩组分多样性的原因仍然备受争议。

图1.中国东北地区地质构造简图。

该研究通过联合反演最新获得的地震面波、地表热流、大地水准和绝对高程等数据，获得了东北地区岩石圈及深部上地幔的高分辨率热\化学结构综合模型，包括三维的温度、密度、速度和地幔组分结构。此外，该研究发展了定量估算上地幔部分熔融的联合反演方法，并推测了该地区的地幔熔体分布及其熔融分数。预测的热岩石圈厚度指示长白山造山带下方岩石圈较薄（~65 km），逐渐向西北方向岩石圈厚度增加至~95 km，但西部仍存在岩石圈较薄的区域，例如哈拉哈火山区和阿巴嘎火山区（图2a），该结果揭示了东北地区高度变化的岩石圈结构。此外，研究结果还建立了该区下方软流圈中复杂的对流模型，且高温异常指示的软流圈地幔上涌（图3）和高程度地幔部分熔融（图2b）与地表独立观测的新生代玄武岩分布具有较好的一致性。

图2. 中国东北地区岩石圈热边界和熔体分布（a-b），以及玄武岩微量元素比值与岩石圈厚度的关系（c-d）。

结合东北地区年龄在近5 Ma以内的玄武岩的地球化学信息，发现岩石圈厚度与玄武岩微量元素对的比值具有较好的一致性（图2c和d），这在大尺度上支持了岩石圈盖帽效应（lid-effect）对玄武岩组分的影响。综上，该研究证实了东北地区板内火山活动的起源、分布及其玄武岩组分受浅部软流圈对流和岩石圈厚度的控制。该研究发现的板内玄武岩组分和地幔状态之间的模拟方法及其相关性，可应用于评估全球范围内其他大陆区域的板内火山起源问题。

图3.中国东北地区三维温度结构。

该论文的第一作者是海洋科学与工程系博士后张安琪，通讯作者为郭震，合作者包括海洋科学与工程系讲席教授陈永顺、澳大利亚麦考瑞大学教授Juan Carlos Afonso、Heather Handley、杨英杰和博士生戴宏坤。南科大是论文第一单位。以上研究得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接： https://doi.org/10.1130/G49375.1 

供稿；海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：丘妍

编辑：朱增光