全球大多數(shù)成因與板塊活動有關的火山沿著板塊邊界分布，而一些遠離板塊邊界的板內火山，其成因不能用經典的板塊理論解釋，一直是地學界關心的熱點問題。中國東北地區(qū)有廣泛發(fā)育的590多座新生代板內火山，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)富鉀玄武質巖漿（圖1），區(qū)別于東北地區(qū)其他大部分噴發(fā)鈉質玄武巖漿的火山，如長白山火山。五大連池火山群獨特的巖漿性質意味著特殊的火山活動機制，前人對該火山群巖漿來源和上升過程的研究結果還存在諸多爭議，關鍵問題之一在于對火山下方巖漿系統(tǒng)的結構認識不清。
圖1 中國東北地區(qū)地質簡圖?；疑€表示主要斷裂，F1：嫩江斷裂，F2:訥謨河斷裂，F3：孫吳斷裂，F4：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站分布?；鹕椒柋硎净鹕?，KL：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
中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室博士生陳瑛（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部結構學科組與國家自然災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）布設的密集地震臺陣觀測數(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。結合前人研究結果，推斷這三個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，聯(lián)合成像結果呈現(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)生二維轉角狀跳變。推測太平洋深俯沖相關的大地幔楔環(huán)流流至五大連池下方巖石圈厚度增厚邊緣位置時，與巖石圈發(fā)生剪切作用，引起軟流圈物質上涌（圖3）。該機制較好解釋了目前絕大多數(shù)五大連池火山活動的觀測證據(jù)，為東北板內火山活動過程與機制研究提供了新的思路。
圖3 五大連池火山成因機制卡通圖
研究成果發(fā)表于國際權威學術期刊JGR-Solid Earth（陳瑛，艾印雙*，姜明明*，楊英杰，雷建設. 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基金項目（41474040, 41530212, 42004033）的資助。