全球大多數(shù)成因與板塊活動(dòng)有關(guān)的火山沿著板塊邊界分布，而一些遠(yuǎn)離板塊邊界的板內(nèi)火山，其成因不能用經(jīng)典的板塊理論解釋，一直是地學(xué)界關(guān)心的熱點(diǎn)問題。中國東北地區(qū)有廣泛發(fā)育的590多座新生代板內(nèi)火山，其中位于大、小興安嶺和松遼盆地的邊界三角區(qū)域的五大連池火山群噴發(fā)富鉀玄武質(zhì)巖漿（圖1），區(qū)別于東北地區(qū)其他大部分噴發(fā)鈉質(zhì)玄武巖漿的火山，如長白山火山。五大連池火山群獨(dú)特的巖漿性質(zhì)意味著特殊的火山活動(dòng)機(jī)制，前人對該火山群巖漿來源和上升過程的研究結(jié)果還存在諸多爭議，關(guān)鍵問題之一在于對火山下方巖漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)認(rèn)識不清。
圖1 中國東北地區(qū)地質(zhì)簡圖?；疑€表示主要斷裂，F(xiàn)1：嫩江斷裂，F(xiàn)2:訥謨河斷裂，F(xiàn)3：孫吳斷裂，F(xiàn)4：遜克-鐵力斷裂；F5：依蘭-伊通斷裂和F6：敦化-密山斷裂。綠色和紫色三角以及紫色方塊表示臺(tái)站分布?；鹕椒柋硎净鹕剑琄L：科洛火山，WDLC：五大連池火山，EKS：二克山火山，HLH：哈拉哈火山，LG:龍崗火山，JBH：鏡泊湖火山和CBS：長白山火山
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生陳瑛（已畢業(yè)）與艾印雙研究員和姜明明副研究員等人，聯(lián)合利用研究所地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)學(xué)科組與國家自然災(zāi)害防治研究院在五大連池火山及臨近二克山火山和科洛火山（五大連池火山群）布設(shè)的密集地震臺(tái)陣觀測數(shù)據(jù)，采用背景噪聲和雙平面波聯(lián)合成像方法建立了研究區(qū)域高精度的殼幔三維剪切波速度模型（圖2）。成像結(jié)果顯示在五大連池、二克山和科洛火山下方上地幔頂部至100 km深度存在唯一的通道狀低速異常體，該低速異常體與100～200 km深度的低速軟流圈連接。結(jié)合前人研究結(jié)果，推斷這三個(gè)火山是同一幔源火山。
圖2 火山區(qū)附近速度異常剖面圖
同時(shí)，聯(lián)合成像結(jié)果呈現(xiàn)五大連池、二克山和科洛火山所處區(qū)域下方巖石圈厚度發(fā)生二維轉(zhuǎn)角狀跳變。推測太平洋深俯沖相關(guān)的大地幔楔環(huán)流流至五大連池下方巖石圈厚度增厚邊緣位置時(shí)，與巖石圈發(fā)生剪切作用，引起軟流圈物質(zhì)上涌（圖3）。該機(jī)制較好解釋了目前絕大多數(shù)五大連池火山活動(dòng)的觀測證據(jù)，為東北板內(nèi)火山活動(dòng)過程與機(jī)制研究提供了新的思路。
圖3 五大連池火山成因機(jī)制卡通圖
研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊JGR-Solid Earth（陳瑛，艾印雙*，姜明明*，楊英杰，雷建設(shè). New insights into potassic intraplate volcanism in Northeast China from joint tomography of ambient noise and teleseismic surface waves[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126: e2021JB021856. DOI: 10.1029/2021JB021856）。該成果受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41474040, 41530212, 42004033）的資助。