中國大陸幾個活火山深部細結(jié)構(gòu)及深部起源

雷建設(shè)

（中國地震局地殼應(yīng)力研究所，地殼動力學重點實驗室，北京 100085）

中國大陸有很多火山，如五大連池火山、長白山火山、騰沖火山、海南火山、大同火山和昆侖山火山等，其中五大連池火山、長白山火山和騰沖火山被認為是活火山 (劉嘉麒，1999;劉若新，2000)。人們對這些火山區(qū)已開展了大量研究工作，但深部起源問題還一直不太清楚。地震層析成像被認為是了解深部結(jié)構(gòu)強有力手段之一。由于火山區(qū)開展了大量流動地震觀測和我國“九五”和“十五”固定地震觀測，為利用成像技術(shù)獲取研究區(qū)深部細結(jié)構(gòu)提供了可能性。因此，本研究主要總結(jié)近幾年來利用流動和固定地震臺站記錄到的大量高質(zhì)量到時資料獲得的長白山火山、騰沖火山和海南火山等幾個火山區(qū)的深部細結(jié)構(gòu)，以探討其深部起源問題。

近期對長白山火山微震觀測表明，火山口下方深部巖漿房仍有活動，雖然這種活動是低水平的；大地電磁測深結(jié)果顯示出，火山下方12～25 km深度上存在地殼巖漿房。由全球地震層析成像結(jié)果可以清楚地看出，長白山火山下方的地殼上地幔為明顯低波速異常體，太平洋板塊被清晰地成像為高波速異常，而且深至600 km有地震發(fā)生。在中國東北的地幔轉(zhuǎn)換帶中，太平洋板塊呈現(xiàn)為滯留狀態(tài)。

為更清晰揭示出長白山火山的深部起源，將遠震層析成像技術(shù)應(yīng)用于由長白山附近19個寬頻帶數(shù)字臨時地震儀記錄到的高質(zhì)量到時資料，揭示出我國東北長白山火山之下深至轉(zhuǎn)換帶存在著明顯的低波速異常，而在轉(zhuǎn)換帶內(nèi)有明顯的高波速異常，表明長白山火山是一種與太平洋板塊深俯沖以及在地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi)滯留、脫水形成上地幔軟流圈熱物質(zhì)上涌等動力學過程相關(guān)的弧后火山。與夏威夷熱點起源核幔邊界的地幔柱完全不同，長白山火山屬于弧后火山。

新生代時期，印度與歐亞板塊的碰撞作用，不僅在青藏高原南部形成擠壓結(jié)構(gòu)，而且在東南亞地區(qū)形成張性結(jié)構(gòu)。我國云南騰沖的板內(nèi)活火山就平于該碰撞帶的東南緣，最近的一次噴發(fā)在1609年，直至現(xiàn)在騰沖火山區(qū)還有眾多溫度高達90oC以上的熱泉存在。在其側(cè)旁的印緬交界處，中深源地震隨深度展布成一個清晰的Wadati-Benioff地震帶。在云南地區(qū)獲得的成像結(jié)果顯示，騰沖火山下方深至400 km深度存在著明顯的低波速異常，而在地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi)有明顯的高波速異常，結(jié)擬前人的研究結(jié)果，從而提出印度板塊在緬甸弧下方的地幔深度以高角度俯沖至地幔轉(zhuǎn)換帶，表明騰沖火山的形成可能與印度板塊俯沖至地幔轉(zhuǎn)換帶后滯留、脫水和上地幔熱物質(zhì)上涌等動力學過程密切相關(guān)。

海南火山平于我國大陸最南端海南島的東北部，始新世以來有過多次噴發(fā)，火山玄武熔巖流廣泛分布于雷州半島和海南島，面積達7000 km2。如此強烈的巖漿活動，與其深部地幔密切相關(guān)。瓊北地幔柱最初是由Lebdev等在2000年根據(jù)面波成像結(jié)果在海南下方存在低波速異常和接收函數(shù)顯示地幔轉(zhuǎn)換帶變薄的研究結(jié)果而提出來的。全球地震成像結(jié)果盡管顯示出在海南下方深至中地?；虻蒯５撞科酱嬖谥@明的低波速異常，然而在地殼上地幔深度平很粗糙、模型空時分辨率很低，不能給出瓊北地幔柱的細結(jié)構(gòu)形態(tài)。“九五”計劃以來，在海南及雷州半島布設(shè)了9個數(shù)字化地震臺站，為我們獲取高質(zhì)量到時資料提供了可能性。海南地區(qū)的成像結(jié)果顯示，瓊北熱點下方深至250 km深度范圍內(nèi)存在著一個直徑約80 km、往深向東南方向傾斜的低波速異常體。這一傾斜低波速柱狀體盡管可能與菲律賓海洋板塊的俯沖與大陸板塊的擠壓相關(guān)，但數(shù)值模擬結(jié)果顯示更為可能的是，它是由下地幔流扭曲后由浮力直接上托至上地幔而形成，此結(jié)果對于長期以來許多學者一直關(guān)注的瓊北地幔柱深部的結(jié)構(gòu)形態(tài)及其起源等科學問題的認識提供了重要的參考價值。