板塊構(gòu)造理論雖然能很好地詮釋板間火山的成因，但難以解釋遠(yuǎn)離板塊邊界的板內(nèi)火山的成因。華北克拉通及中亞造山帶分布廣泛的新生代火山，一直是板內(nèi)火山成因的研究熱點，前人提出了西太平洋板片俯沖滯留脫水形成的大地幔楔環(huán)境、巖石圈拆沉引起的軟流圈物質(zhì)上涌、地幔柱上升等模式。本研究試圖通過刻畫穿透不同火山的遠(yuǎn)震體波衰減特征，為火山成因研究提供深部衰減結(jié)構(gòu)約束。

利用2010-2015布設(shè)在華北克拉通和中亞造山帶的寬頻帶流動臺陣記錄到的38個深源遠(yuǎn)震波形數(shù)據(jù)，采用時間域波形匹配法，計算了共計829條P波震相的相對衰減dt*，獲得了研究區(qū)上地幔衰減結(jié)構(gòu)的橫向變化特征。

研究顯示（圖1），對照穩(wěn)定的鄂爾多斯塊體觀測到的弱衰減異常，大同火山、中戈壁火山、巴斯奧博火山等火山觀測到強衰減異常，大部分區(qū)域dt*值與50-200 km深度速度結(jié)構(gòu)呈較強的負(fù)相關(guān)，而與50 km深度之上或200 km之下速度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)弱相關(guān)乃至幾乎不相關(guān)；對比上述存在強衰減異常的火山區(qū)，錫林浩特-阿巴嘎火山群地區(qū)觀測到與鄂爾多斯塊體相當(dāng)?shù)牡退p值，且該火山區(qū)dt*值與100-200 km深度內(nèi)速度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較強正相關(guān)。研究區(qū)軟流圈Qp介于95-200之間，與全球平均的軟流圈Qp值相近，沒有表現(xiàn)出顯著異常的軟流圈環(huán)境。

通過綜合分析，我們認(rèn)為錫林浩特火山群起始熔融深度更深，熔體可能與俯沖滯留的西太平洋板片的脫水作用有關(guān)，研究區(qū)其它火山的巖漿源自賦存于正常軟流圈的熔體，熔體在巖石圈減薄部位沿著局部斷裂帶上涌噴發(fā)形成火山（圖2），研究結(jié)果支持前人巖石地球化學(xué)研究關(guān)于火山噴發(fā)物成分差異反映巖漿不同起始熔融深度的觀點。

圖1 二維dt*分布（a）及其不確定性（b），黑色三角、圓及正方形分別為不同項目資助的流動地震觀測臺站，粉色三角為新生代火山，LA、HA分別代表弱衰減和強衰減。

圖2 研究區(qū)板內(nèi)火山成因機制卡通圖，右圖剖面如左圖N型黑線所示，紅色三角為火山，細(xì)黑線、粗黑線分別為地表地形、LAB深度示意，紅色細(xì)箭頭為火山上升巖漿示意。

研究成果詳見：Liu, H., Byrnes, J. S., Bezada, M., Wu, Q., Pei, S., & He, J. 2022， Variable depths of magma genesis in the North China Craton and Central Asian Orogenic Belt inferred from teleseismic P wave attenuation. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2021JB022439. https://doi.org/10.1029/2021JB022439。

本研究首次獲得華北克拉通及中亞造山帶的遠(yuǎn)震體波衰減模型，根據(jù)地震波衰減特征，提出了研究區(qū)板內(nèi)火山成因的新觀點：錫林浩特-阿巴嘎火山群存在厚度介于100-150km的巖石圈，其巖漿可能與西太平洋板塊俯沖滯留脫水有關(guān)，其他火山的巖石圈厚度<100 km，巖漿源自軟流圈的熔體。

地震波衰減成像能夠為殼幔結(jié)構(gòu)研究提供除地震波速度成像和間斷面結(jié)構(gòu)成像外的數(shù)據(jù)，為孕震環(huán)境、火山成因等研究提供重要約束，深化地球內(nèi)部動力學(xué)過程的認(rèn)識。

【作者簡介】

劉翰林，男，1992年生，博士后，主要從事地震體波衰減成像研究工作，email：lhlgeoph@outlook.com；

吳慶舉，男，1966年生，研究員，主要從事地震學(xué)、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及地球動力學(xué)研究工作，email：wuqj@cea-igp.ac.cn。