图 东亚新生代火山分布与俯冲太平洋板片的空间关系

　　在尊龙凯时项目（批准号：42130310、42322202）等资助下，西北大学陈立辉团队与南京大学黄周传合作，在大陆火山的成因研究上取得进展，相关成果以“板内火山作用记录深部滞留板片的‘回归’（The return of stagnant slab recorded by intraplate volcanism）”为题，于2024年12月30日在线发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS，Proceedings of the National Academy of Sciences）杂志，论文链接：http://doi.org/10.1073/pnas.2414632122。

　　火山作用是地球上常见的地质现象，是地球内部生机勃勃的地表表现。它们大多分布在大洋中脊、岛弧以及板块内部的热点地区，这些火山作用具有明确的地球动力学背景，或与板块之间的汇聚和离散过程相关，或由上升的地幔柱引发。与前述经典火山作用相比，大陆内部的火山作用虽然分布广泛，但规模偏小。其产物——大陆玄武岩，在地球化学特征上往往与地幔柱成因的洋岛玄武岩一致，但空间分布上与地幔柱无直接联系，反而与俯冲至地幔过渡带的大洋滞留板片（stagnant slab）相关，其地球动力学背景仍不清晰。这类大陆火山在东亚地区最为典型，如我国长白山天池火山、韩国济州岛等。究竟深埋在地幔过渡带中的滞留大洋板片是如何诱发这些大陆地表的火山作用的呢？

　　针对该问题，研究团队围绕黑龙江省东部双鸭山地区开展了地球化学与地球物理的学科交叉研究。地震记录显示，研究区缺少深度大于400 km的深源大地震，该特征与相邻地区显著不同，可能指示了该地区之下滞留太平洋板片发生了撕裂，产生板片窗。基于此，研究团队对双鸭山新生代玄武岩开展了放射成因同位素和金属稳定同位素的联合示踪研究，揭示双鸭山玄武岩的上地幔源区存在俯冲太平洋洋壳组分——榴辉岩，从而证实了俯冲太平洋板片物质已从地幔过渡带深度返回到了上地幔浅部。同时，运用近震S波分裂分析方法约束了该区上地幔的变形特征，发现其存在环状流，表明起源于板片窗的上涌流在上地幔中已转变为向周围地区的环状流动，从而为双鸭山周边地区（如鸡西、牡丹江）的火山作用提供了解释。进一步检验表明，东亚地区的大多数新生代火山作用可能都与滞留板片在地幔过渡带的撕裂过程有关，因而提出了大陆火山作用起源的地球动力学模型，即俯冲过程引起滞留板片撕裂并诱发地幔上涌。该过程导致俯冲到地幔过渡带的洋壳组分随地幔上涌流返回浅部减压熔融，引发大陆内部的火山作用。

　　该研究通过地球化学与地球物理学科交叉的方法，成功刻画出俯冲板片物质从地幔过渡带上升到上地幔浅部的路径，厘清了大陆火山作用的起源机制。由于俯冲大洋板片经常在地幔过渡带发生滞留，因此这种“滞留板片撕裂诱发地幔上涌”的地球动力学模型对于理解地球内部如何运行具有普遍意义。