长白山天池火山是我国规模最大、灾害性喷发风险最高的活火山之一。地震活动性数据显示，长白山天池火山在2002年至2005年间经历了一次火山扰动事件，而在2020年底至2021年初又发生了火山震群事件，表明其仍具有极高的潜在喷发危险。
火山的喷发不仅与地壳内部岩浆囊的结构和状态直接相关，还与岩石圈和软流圈地幔岩浆的持续供给密切相关，这两者共同构成了火山区的岩浆系统。通过对岩石圈厚度和速度结构的分析研究，可以揭示火山区岩浆系统的形态、结构及赋存状态，进而探讨火山的深部动力学机制。尽管前人对长白山火山区下方的速度结构进行了大量的研究，并发现60至80公里的范围内存在相对低速的区域，推测该区域可能对应于岩石圈与软流圈的边界位置，但由于现有岩石圈厚度探测方法的限制，该区域的具体岩石圈厚度及岩浆系统仍难以评估。
针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所的博士后张周与其合作导师邓阳凡研究员、徐义刚研究员及李鑫副研究员等，基于远震P波接收函数方法和团队新近发展的GC_SRF策略，从研究区内宽频带地震台站（图1）所记录的远震事件波形中提取了稳健的P波接收函数和S波接收函数。借助慢度叠加分析、时深转换和叠后深度偏移成像等流程，成功揭示了该地区的地壳厚度和岩石圈厚度（图2）。研究表明，远离长白山天池火山的区域地壳较薄（25至35公里），而靠近火山的区域则地壳较厚（40至45公里）。此外，长白山火山西侧的岩石圈普遍较厚（约70至90公里），而东侧相对较薄（约60公里）。莫霍面和岩石圈底界面的振幅在火山区下方均出现一定程度的弱化，弱化宽度分别为80公里和200公里。这些地震学响应特征与全球大型火山区（如美国黄石公园、新西兰陶波火山和印尼托巴火山）的岩浆系统具有显著的相似性，均表现出地壳增厚、莫霍面和岩石圈底界面振幅减弱的特征。综合研究结果显示，在太平洋板块持续俯冲的背景下，高温和含挥发份的地幔物质上涌导致了岩石圈的局部弱化和地幔熔融，从而形成了长白山火山下方穿岩石圈地幔的岩浆系统；岩浆向上迁移，在地壳内部形成不同深度的岩浆囊；岩浆在地壳浅部的堆积与运移则进一步引发了不同程度的岩浆活动和火山地震事件（图3）。
通过对比，本研究认为长白山火山区穿岩石圈的岩浆系统与全球大型火山区的地震学特征表现出显著的相似性，这一认识为理解大型火山的岩浆起源与演化提供了新的视角，同时也为评估长白山天池火山的潜在喷发风险提供了科学依据。受限于本研究所选台站覆盖程度的局限，未来更密集的台阵布设和观测将为进一步揭示长白山天池火山的复杂岩石圈结构及深部动力学过程提供更精细的研究资料，并为火山灾害的预警和管理提供有力的支持和保障。
该成果发表在国际知名SCI期刊Geology上。本研究得到国家重点研发项目(2022YFF0801003)，国家自然科学基金项目 (42322401)，吉林长白山火山国家野外科学观测研究站开放课题(NORSCBS22-01)和国家资助博士后项目(GZC20232679)等资助。
论文信息：
Zhang,Z. (张周);Deng,Y.* (邓阳凡);Xu,Y-G. (徐义刚);Li,X. (李鑫) (2024),A translithospheric magmatic system revealed beneath Changbaishan volcano. Geology,52 (10):742-746.,https://doi.org/10.1130/G52242.1.
图1 (a) 长白山火山及其邻近地区的地形。红色等值线表示俯冲的太平洋板块深度。(b) 地震台站分布。远震P波在32公里处和远震S波在83公里处的穿透点分别用红点和蓝点表示。CBV，长白山火山；LGV，龙岗火山。
图2 (a-b)慢度叠加和时间-深度转换得到的地壳厚度和岩石圈厚度。(c-d)沿 AA'剖面的P波接收函数和S波接收函数叠后深度偏移成像，成像时考虑了不同的频率范围，其中P波为 0.03-1 Hz，S波为 0.03-0.5 Hz。白色圆点为莫霍面转换震相，白色十字代表岩石圈底界面转换震相。
图3 长白山火山区穿岩石圈的岩浆系统示意图。高温的软流圈物质上涌导致岩石圈底界面（LAB）和莫霍面(Moho)发生不同程度弱化，底侵下地壳并形成地壳内部不同尺度的岩浆囊，岩浆在浅部地壳的堆积和运移则进一步引发了不同程度的岩浆活动和火山地震事件。
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