长白山火山壳内岩浆系统及深部动力学机制研究

The magma systems in the volcanic region provide the sources and dynamics of the volcanic eruption. The existence of magma chamber together with its scale and geometry characteristics is a judge criterion for steady state of a volcanic system. Studying the velocity structure, Vp/Vs ratio and anisotropy in the crust is of great importance for investigating the magma storage, intrusion and geometry of feeding system, as well as better understanding of the formation mechanism and eruption styles of the active volcano. In this project, we select the Tianchi volcano, Changbaishan as the study object. By deploying broadband stations along two seismic profiles, we use the receiver-function H-K stacking, inversion and CCP stacking technique to study the crustal structure, composition as well as the magma chamber distribution, depth and size. By using the anisotropic H-K stacking and inversion, we study seismic anisotropy in the crust to finding out fine-scale magma intrusion (for example, sill and dyke) and analyzing the tectonic setting of the magma storage and supply. By using the teleseismic data recorded by the NECESS Array and regional seismic networks of China, we adopt P-wave anisotropic tomography to study the P-wave velocity and anisotropic structures beneath the Changbaishan volcanic areas. By analyzing the deformation characteristics of the lithospheric mantle and asthenosphere, we can better understand the origin and deep Earth dynamics of the Changbaishan volcano.

火山岩浆系统是火山喷发的物质基础和动力来源。岩浆囊的存在与否、几何形态和规模大小是判定火山活动状态的重要依据。研究火山区壳内速度结构、Vp/Vs比以及各向异性特征有利于揭示岩浆的存储方式、几何形态以及岩浆侵入的构造细节，对活火山的喷发方式及规模的探究与预测也具有一定的启示意义。本课题选取长白山天池火山作为研究对象，通过布设两条地震观测剖面，利用接收函数的H-K叠加、反演和CCP叠加偏移方法研究天池火山区的地壳结构、属性以及岩浆囊的分布、深度和规模等信息。通过各向异性H-K叠加和反演，研究精细尺度岩浆侵入特征（例如岩床或岩墙），分析岩浆存储和传输的深层构造条件，建立合理的火山地壳模型。此外，结合中国地震台网和NECESSArray观测到的远震数据，采用P波各向异性层析成像方法研究长白山火山区P波速度和各向异性结构。通过分析岩石圈地幔、软流圈的变形特征，揭示长白山火山的起源及动力学机制。

本项目以中国境内规模最大、灾害效应最强、潜在复发危险性最高的长白山天池火山为研究对象，通过在长白山火山区布设40余套宽频带流动地震台站，优化了研究区的地震观测系统，为对长白山火山壳内岩浆系统的高精度探测创造了有利条件。通过采用噪音成像和接收函数反演等天然地震学研究方法，获得了整个长白山火山区高精度的地壳结构。本研究获得的长白山火山区成像模型的横向分辨率近20公里，与先前研究100余公里模型分辨率相比，成像精度显著提高，有利于厘清长白山火山浅部岩浆房的赋存位置与几何特征。研究揭示长白山天池火山5-15公里深度范围内存在明显的低剪切波速度异常，水平尺度约30公里。该结果清晰地揭示在长白山火山天池火山上地壳存在浅部岩浆房，该火山具备大规模喷发条件，政府部门应该对长白山火山的可能喷发和灾害效应予以重视，并加强对岩浆房突破临界状态所需初始和边界条件的研究工作，早日建立长白山火山再喷发危险性预测模型。.此外，通过采用P波速度层析成像和P波各向异性层析成像，本研究获得了中国东北地区上地幔P波速度相对扰动图像，并深入分析了相对成像和绝对成像结果的各自优势和不足，两种成像结果的结合分析更有利于揭示其所代表的深部动力学意义。通过反演P波各向异性参数，本项目获得了中国东北地区真正意义上的三维地幔流特征。研究表明大地幔楔内部存在横向不均匀性，太平洋板块深俯冲所引起的大地幔楔内部的对流过程是中国东北典型火山如长白山火山形成的根本原因。