山西大同火山深部細(xì)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(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100085）

（作者電子信箱，雷建設(shè)：jshlei＿cj＠hotmail.com）

我國大陸有很多火山，如五大蓮池火山、長白山火山、騰沖火山、海南火山、大同火山和昆侖山火山等，其中五大蓮池火山、長白山火山和騰沖火山被認(rèn)為是活火山。隨著我國流動(dòng)地震臺(tái)站和省級(jí)地震臺(tái)站的發(fā)展，利用地震層析成像等地震學(xué)手段在上述火山區(qū)開展了大量研究工作，對長白山火山、騰沖火山和海南火山等幾個(gè)火山區(qū)的深部細(xì)結(jié)構(gòu)和深部起源等科學(xué)問題有了一定的了解。然而，大同火山深部細(xì)結(jié)構(gòu)還不太清楚。

大同位于山西裂谷帶北端，最近區(qū)域成像結(jié)果展示出，在大同火山下方上地幔存在明顯低波速異常。然而，從這些結(jié)果我們并不能斷定這些低波速異常是否與太平洋板塊的俯沖作用有關(guān)，因?yàn)榇笸鹕骄嚯x日本海海溝約2 400km。然而，大尺度區(qū)域地震成像結(jié)果表明，大同火山下方的上地幔不僅存在明顯低波速異常，而且該低波速異常往東還與日本島弧下方的低波速異常連成一條帶，可能暗示出大同火山的形成與太平洋板塊俯沖密切相關(guān)。為確認(rèn)這一認(rèn)識(shí)，我們通過華北地區(qū)區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)高密度地震臺(tái)站記錄到的遠(yuǎn)震波形資料，由手工提取了大量高質(zhì)量到時(shí)資料。利用這些到時(shí)資料，我們獲得了大同火山下方新的成像結(jié)果，可以看出，由大同火山至渤海下方存在一“Y”字形低波速異常，這個(gè)低波速異常往深延一直延伸至下地幔。

由地幔轉(zhuǎn)換帶和下地幔頂部速度結(jié)構(gòu)來看，研究區(qū)的高波速異常可能代表滯留的太平洋板塊，而且由大同火山至渤海邊緣存在明顯低波速。由高波速異常外包絡(luò)線來看，代表太平洋板塊的高波速異常存在明顯GAP空缺。由三維立體圖可以清楚地看到，大同火山下方的低波速異常由下地幔穿過滯留板塊的GAP空缺處，往上延伸至200km 深度處，然后分為東西兩支，一支往東至渤海下方，而另一支往西至大同火山下方。

因此，我們認(rèn)為，大同火山下方的低波速異常盡管可能與太平洋板塊滯留脫水過程密切相關(guān)，但本研究可能更強(qiáng)調(diào)來自下地幔熱物質(zhì)上涌。與大同火山相類似，美國黃石火山下方的低波速異常也可能由下地幔熱物質(zhì)穿過Farallon板塊GAP空缺到達(dá)黃石火山下方，形成地幔柱。這種下地幔起源的地幔柱，一種可能是由地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi)板塊高密度物質(zhì)由于重力作用至下地幔引起熱物質(zhì)的上涌，而另一種可能是下地幔某深度存在熱邊界層。這還有待于今后進(jìn)一步研究。有關(guān)細(xì)節(jié)，請參考相關(guān)文獻(xiàn)Lei（2012，JGR）。