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范兴利等-GRL:东北亚地区板内火山作用及其弧后动力学特征研究
2020-03-11 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  东北亚地区处于太平洋板块和菲律宾板块向欧亚板块俯冲的大陆边缘地带(图1),是研究板内火山成因以及弧后复杂动力学过程的理想场所,该区广泛分布有晚新生代板内火山,包括中国东北地区的长白山火山、龙岗火山、镜泊湖火山以及韩国东部的郁陵岛火山等(图1)。其中,长白山火山位于中朝边境,是中国现存规模最大、潜在喷发危险最强的火山。近年来,有关长白山火山是否存在潜在喷发危险的讨论引起了国内外学者的广泛关注。然而,近年来已有的地球物理探测对长白山火山区下方岩浆系统的认识还存在一些分歧,例如火山区中-下地壳是存在冷的镁铁质侵入物还是高温的岩浆房仍然有待进一步研究分析。此外,由于受到海域地震观测资料的限制,前人利用横波分裂等手段对东北亚弧后区域地幔流动模式及其动力学意义的研究局限在中国东部、中国东北、韩国和日本这些单独的区域,目前尚缺乏一个整体的、系统性的约束。 

  中科院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室博士生范兴利(现南方科技大学博士后)与导师陈棋福研究员等人,通过搜集中国、朝鲜、韩国以及日本的地震台站(图2a)记录的远震(图2b)面波数据,采用双台法面波成像技术反演获得了东北亚区域高精度的瑞雷波相速度图和方位角各向异性分布(图3)。主要的研究结论总结如下: 

  1)长白山火山区中-下地壳存在的显著低速异常可能指示了地壳岩浆房的存在;日本岛西南部岛弧火山下方的低速可能与太平洋俯冲板片在地幔楔中的脱水熔融过程相关; 

  2)东北亚地区板内火山位置与上地幔低速区有很高的空间吻合度,结合地球化学的研究结果,研究认为软流圈的局部上涌导致了东北亚的板内火山作用; 

  3)中国东部和东北地区与郯庐断裂带走向一致的地壳方位各向异性可能与区域剪切拉张背景下矿物和裂隙沿着断裂带走向发生定向排列有关;中国东部和东北地区方位各向异性的空间差异反映了受太平洋俯冲板片几何形态控制的东北亚弧后区域的角流变化模式。 

1 东北亚地区构造简图。带锯齿的黄色曲线表示日本海沟(Japan Trench)和琉球海沟(Ryukyu Trench)的位置,红色小三角形代表岛弧火山,带拖尾的红色火山标志代表板内火山(CBV=长白山火山;LGV=龙岗火山;JPHV=镜泊湖火山;XJDV=咸镜道火山;CRV=Ch'uga-ryong火山;ULV=郁陵岛火山;HLV=Halla火山;FJV=Fukue-jima火山),灰色区域表示厚度超过1.5 km的沉积盆地,白色和紫色虚线分别表示太平洋俯冲板片和菲律宾俯冲板片的等深线,细黑线表示郯庐断裂带(TLFZ)EC=中国东部;NEC=中国东北;KP=朝鲜半岛;KS=朝鲜海峡;JI=日本列岛;SoJ=日本海

2 (a)本研究中地震台站和所有能提取频散曲线的双台射线分布图。红色三角形表示CEA固定台;蓝色三角形表示NECsaids流动台;黄色三角形表示IRIS地震台;紫色三角形表示日本F-net 地震台;青色三角形表示韩国气象厅KMA 地震台;(b)本研究中挑选的2717个远震地震事件分布图。地震事件选取准则为震中距位于10°150°之间、震级大于5.5以及震源深度小于50 km 

3 采用远震面波双台法成像技术反演获得的东北亚地区不同周期上的(15-150 s)瑞雷波相速度图和方位角各向异性分布。图中绿色三角形表示如图1所示的板内火山,彩色底图表示各向同性瑞雷波相速度图,黄色短棒表示方位各向异性,短棒的长度代表了各向异性的强度,短棒方向指示了方位各向异性的快波方向    

  研究成果发表于国际权威学术期刊Geophysical Research Letters。(Fan X L, Chen Q F*, Legendre C P, et al. Intraplate volcanism and regional geodynamics in NE Asia revealed by anisotropic Rayleigh‐wave tomography[J]. Geophysical Research Letters, 2020, 47(1)e2019GL085623. DOI: 10.1029/2019GL085623)(原文链接)。该成果受到国家自然科学基金项目资助。 

 
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