山西大同火山深部细结构及深部起源

雷建设

（中国地震局地壳应力研究所，地壳动力学重点实验室，北京100085）

（作者电子信箱，雷建设：jshlei＿cj＠hotmail.com）

我国大陆有很多火山，如五大莲池火山、长白山火山、腾冲火山、海南火山、大同火山和昆仑山火山等，其中五大莲池火山、长白山火山和腾冲火山被认为是活火山。随着我国流动地震台站和省级地震台站的发展，利用地震层析成像等地震学手段在上述火山区开展了大量研究工作，对长白山火山、腾冲火山和海南火山等几个火山区的深部细结构和深部起源等科学问题有了一定的了解。然而，大同火山深部细结构还不太清楚。

大同位于山西裂谷带北端，最近区域成像结果展示出，在大同火山下方上地幔存在明显低波速异常。然而，从这些结果我们并不能断定这些低波速异常是否与太平洋板块的俯冲作用有关，因为大同火山距离日本海海沟约2 400km。然而，大尺度区域地震成像结果表明，大同火山下方的上地幔不仅存在明显低波速异常，而且该低波速异常往东还与日本岛弧下方的低波速异常连成一条带，可能暗示出大同火山的形成与太平洋板块俯冲密切相关。为确认这一认识，我们通过华北地区区域地震台网高密度地震台站记录到的远震波形资料，由手工提取了大量高质量到时资料。利用这些到时资料，我们获得了大同火山下方新的成像结果，可以看出，由大同火山至渤海下方存在一“Y”字形低波速异常，这个低波速异常往深延一直延伸至下地幔。

由地幔转换带和下地幔顶部速度结构来看，研究区的高波速异常可能代表滞留的太平洋板块，而且由大同火山至渤海边缘存在明显低波速。由高波速异常外包络线来看，代表太平洋板块的高波速异常存在明显GAP空缺。由三维立体图可以清楚地看到，大同火山下方的低波速异常由下地幔穿过滞留板块的GAP空缺处，往上延伸至200km 深度处，然后分为东西两支，一支往东至渤海下方，而另一支往西至大同火山下方。

因此，我们认为，大同火山下方的低波速异常尽管可能与太平洋板块滞留脱水过程密切相关，但本研究可能更强调来自下地幔热物质上涌。与大同火山相类似，美国黄石火山下方的低波速异常也可能由下地幔热物质穿过Farallon板块GAP空缺到达黄石火山下方，形成地幔柱。这种下地幔起源的地幔柱，一种可能是由地幔转换带内板块高密度物质由于重力作用至下地幔引起热物质的上涌，而另一种可能是下地幔某深度存在热边界层。这还有待于今后进一步研究。有关细节，请参考相关文献Lei（2012，JGR）。