地質地球所揭示東北亞地區板內火山作用及其弧後動力學特徵

東北亞地區處於太平洋板塊和菲律賓板塊向歐亞板塊俯衝的大陸邊緣地帶（圖1），是研究板內火山成因以及弧後複雜動力學過程的理想場所，該區廣泛分佈有晚新生代板內火山，包括中國東北地區的長白山火山、龍崗火山、鏡泊湖火山以及韓國東部的鬱陵島火山等（圖1）。其中，長白山火山位於中朝邊境，是中國現存規模最大、潛在噴發危險最強的火山。近年來，有關長白山火山是否存在潛在噴發危險的討論引起了國內外學者的廣泛關注。然而，近年來已有的地球物理探測對長白山火山區下方岩漿系統的認識還存在一些分歧，例如火山區中-下地殼是存在冷的鎂鐵質侵入物還是高溫的岩漿房仍然有待進一步研究分析。此外，由於受到海域地震觀測資料的限制，前人利用橫波分裂等手段對東北亞弧後區域地幔流動模式及其動力學意義的研究侷限在中國東部、中國東北、韓國和日本這些單獨的區域，目前尚缺乏一個整體的、系統性的約束。

中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理重點實驗室博士生範興利（現南方科技大學博士後）與導師陳棋福研究員等人，通過蒐集中國、朝鮮、韓國以及日本的地震臺站（圖2a）記錄的遠震（圖2b）面波數據，採用雙臺法面波成像技術反演獲得了東北亞區域高精度的瑞雷波相速度圖和方位角各向異性分佈（圖3）。主要的研究結論總結如下：

（1）長白山火山區中-下地殼存在的顯著低速異常可能指示了地殼岩漿房的存在；日本島西南部島弧火山下方的低速可能與太平洋俯衝板片在地幔楔中的脫水熔融過程相關。

（2）東北亞地區板內火山位置與上地幔低速區有很高的空間吻合度，結合地球化學的研究結果，研究認爲軟流圈的局部上湧導致了東北亞的板內火山作用。

（3）中國東部和東北地區與郯廬斷裂帶走向一致的地殼方位各向異性可能與區域剪切拉張背景下礦物和裂隙沿着斷裂帶走向發生定向排列有關；中國東部和東北地區方位各向異性的空間差異反映了受太平洋俯衝板片幾何形態控制的東北亞弧後區域的角流變化模式。

研究成果發表於國際學術期刊Geophysical Research Letters。該成果受到國家自然科學基金項目資助。

圖1 東北亞地區構造簡圖。帶鋸齒的黃色曲線表示日本海溝(Japan Trench)和琉球海溝(Ryukyu Trench)的位置，紅色小三角形代表島弧火山，帶拖尾的紅色火山標誌代表板內火山(CBV=長白山火山；LGV=龍崗火山；JPHV=鏡泊湖火山；XJDV=咸鏡道火山；CRV=Ch'uga-ryong火山；ULV=鬱陵島火山；HLV=Halla火山；FJV=Fukue-jima火山)，灰色區域表示厚度超過1.5 km的沉積盆地，白色和紫色虛線分別表示太平洋俯衝板片和菲律賓俯衝板片的等深線，細黑線表示郯廬斷裂帶(TLFZ)。EC=中國東部；NEC=中國東北；KP=朝鮮半島；KS=朝鮮海峽；JI=日本列島；SoJ=日本海

圖2 (a)本研究中地震臺站和所有能提取頻散曲線的雙臺射線分佈圖。紅色三角形表示CEA固定臺；藍色三角形表示NECsaids流動臺；黃色三角形表示IRIS地震臺；紫色三角形表示日本F-net 地震臺；青色三角形表示韓國氣象廳KMA 地震臺；(b)本研究中挑選的2717個遠震地震事件分佈圖。地震事件選取準則爲震中距位於10°到150°之間、震級大於5.5以及震源深度小於50 km