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地質地球所獲得長白山火山及其鄰區的高精度三維剪切波速度結構

文章來源:地質與地球物理研究所   發布時間:2019-06-19  【字號:     】  

  長白山是一座規模巨大的板內層狀復式休眠活火山,自形成以來曾發生多次劇烈噴發,發生在公元946年的千年大噴發被認為是有人類歷史記載以來的最大的火山噴發事件之一,其飄散的火山灰在日本北海道地區沉降了數厘米厚,甚至在北極格林蘭的冰芯中都有記錄。此后,長白山又在1413年、1668年、1702年和1903年發生過幾次小規模的噴發。

  2002-2005年,長白山處于一個較為活躍的時期,地震活動性的增加、地表上隆的GPS形變觀測以及溫泉氣體地球化學組分異常表明在這個時期長白山下方有巖漿活動的跡象。近年來,有關長白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,但是人們目前對于長白山區淺部巖漿系統的認識還很匱乏,火山下方是否存在殼內巖漿房?如果存在,殼內巖漿房的位置及其熱狀態情況如何?前人運用不同地球物理探測手段得到的研究結果對這些問題的認識仍存在較大分歧。

  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范興利與導師陳棋福,利用項目組在東北地區布設的NECsaids地震臺陣(探測深俯沖的中國東北地震臺陣)獲取的觀測資料,并匯集長白山周邊地區的密集地震臺觀測的波形數據(圖1),結合背景噪聲和地震面波成像,獲得了長白山及其鄰區的高精度三維剪切波速度結構,成像結果(圖2)表明:

  1)長白山中下地殼的低速體可能反映了巖漿房的存在,上地殼呈柱狀形態的低速體可能代表了巖漿上升到地表的通道(圖2,圖3)。幔源玄武質巖漿底侵進入下地殼之后發生停留聚集而形成巖漿房,導致了莫霍面的顯著下沉,基性巖漿在巖漿房中經歷化學分異后產生的中酸性巖漿向上運移,從而形成了長白山典型的雙峰式火山噴發作用。殼內深部巖漿房也可能為現今長白山周圍富集的地表熱液活動持續提供著熱源(或物源)。

  2)長白山上地幔的低速可能揭示了上涌的軟流圈結構,軟流圈上涌引起的減壓熔融為殼內巖漿房提供了幔源巖漿補給(圖3),這與前人在中國東北地區的地球化學以及大尺度的地球物理層析成像結果相一致。

  3)介于中朝克拉通和中亞造山帶之間的索倫西拉沐淪長春延吉縫合帶在上地幔頂部表現為高速異常(圖2),可能代表了古亞洲洋最終閉合時期產生的南向俯沖殘留或者是與俯沖碰撞變形相關的產物。

  研究成果發表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth

    論文鏈接

 

  研究區域構造背景和地震臺站分布圖。黑色、藍色和紫色三角符號分別表示NECsaids流動臺站、CEA固定臺站和NECESSArray流動臺站。灰色粗虛線代表索倫-西拉沐淪-長春-延吉縫合線。黑色虛線給出了圖24S波速度結構剖面圖的地表位置。CBV=長白山火山;LGV=龍崗火山;JPHV=鏡泊湖火山;SLB=松遼盆地;CMR=長白山山脈;TLFZ=郯廬斷裂帶;SKC=中朝克拉通;CAOB=中亞造山帶

  

  2 S波速度結構剖面圖(剖面位置見圖1中的黑色虛線)。每幅子圖中,從上至下依次是地形圖、絕對速度剖面圖和相對速度擾動圖

 

3 長白山地殼-上地幔巖漿系統卡通示意圖




(責任編輯:葉瑞優)

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