????地幔柱-巖石圈的相互作用以及被動大陸伸展作用是調(diào)控陸內(nèi)火山活動與巖石圈演化的關(guān)鍵機制，二者協(xié)同作用對巖石圈改造和火山活動的影響仍需深入探討。雷瓊火山區(qū)位于華南陸塊南部被動伸展陸緣，作為晚新生代火山活動強烈的熱點，分布有數(shù)百火山錐和噴發(fā)口。地球物理成像顯示雷瓊火山區(qū)下方低速異常可自地幔深部延伸至地幔淺部，但現(xiàn)有研究受觀測系統(tǒng)局限，難以精細(xì)刻畫巖石圈厚度、地殼熔融和巖漿系統(tǒng)，導(dǎo)致對地幔柱-巖石圈相互作用以及區(qū)域伸展特征的認(rèn)識存有爭議。例如，此前報道深地震測深顯示雷州半島南部和海南島北部存在地殼減薄，而接收函數(shù)分析結(jié)果顯示為輕微增厚；上地幔的低速異常和殼內(nèi)低電阻率層暗示存在熔融區(qū)域，但缺乏橫向分辨。

?針對這些問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的博士后張周與其合作導(dǎo)師鄧陽凡研究員、徐義剛研究員及李鑫副研究員，聯(lián)合中國科學(xué)院南海海洋研究所張錦昌研究員，利用課題組新近布設(shè)的GIG-LZ寬頻帶地震臺陣，結(jié)合中國地震局在海南島上的部分固定臺站(圖1)，通過基于P波和S波接收函數(shù)的多種分析方法，揭示了雷瓊火山區(qū)具有薄的、高Vp/Vs比值和高熔體分?jǐn)?shù)的地殼屬性，全區(qū)巖石圈厚度自內(nèi)陸向海南島具有逐漸減薄的特征。文章主要結(jié)論如下：

?(1) P波接收函數(shù)波形疊加結(jié)果顯示雷瓊火山區(qū)地殼厚度約24.5 公里，較華南陸塊內(nèi)部和海南島北部(~28 公里)略薄。Vp/Vs比值達(dá)到1.85，高于區(qū)域平均值1.76和全球元古代地殼典型值1.73。高的Vp/Vs無法僅用巖性解釋，指示地殼存在部分熔融。本研究基于Gassmann方程考慮三種熔融場景(花崗巖-流紋巖、閃長巖-安山巖、鎂鐵質(zhì)麻粒巖-玄武巖)估算研究區(qū)平均熔體分?jǐn)?shù)約為4.5 vol%，在雷瓊火山區(qū)內(nèi)部可達(dá)7.0 vol%。假設(shè)初始地殼厚度為30 公里，雷瓊火山區(qū)的伸展因子為1.33(區(qū)域平均約為1.23)，這與典型的伸展大陸邊緣相當(dāng)，火山區(qū)的高伸展量可能促進(jìn)了巖漿的上升以及雷瓊火山區(qū)的火山分布特征。

?(2) P波接收函數(shù)偏移成像結(jié)果(圖2)顯示，雷瓊火山區(qū)地殼呈現(xiàn)輕微增厚跡象，而P波接收函數(shù)波形疊加結(jié)果則顯示為減薄特征。該研究通過構(gòu)建理論模型并開展合成測試，證實沉積層的存在會導(dǎo)致偏移成像中虛假增厚的現(xiàn)象，而多次波震相能保留減薄的真實特征，從而闡明了波形疊加顯示減薄而偏移成像顯示增厚的原因。綜合波形疊加和偏移成像的結(jié)果，該區(qū)地殼特征應(yīng)為減薄與沉積層響應(yīng)的共同效應(yīng)。

?(3) S波接收函數(shù)偏移成像結(jié)果(圖2)顯示巖石圈-軟流圈邊界(LAB)的深度從北部~90公里逐漸減薄至南部~60公里，雷瓊火山區(qū)為巖石圈厚度漸變區(qū)域。測線北段60公里深度處存在巖石圈內(nèi)部不連續(xù)面(MLD)。巖石圈減薄的特征與已有體波、面波層析成像結(jié)果相似，指示該區(qū)存在地幔上涌和巖石圈破壞特征。

?研究區(qū)內(nèi)巖石圈減薄現(xiàn)象分布于測線南段且范圍廣泛，地殼減薄特征則顯著分布于火山集中的伸展區(qū)域，表明海南地幔柱及其分支的熱侵蝕作用對現(xiàn)今巖石圈和地殼特征具有整體性影響，但局部火山集中區(qū)域仍以被動陸緣伸展作用為主導(dǎo)。與其他地幔柱熱點(如夏威夷、亞速爾、留尼汪和黃石等)不同，雷瓊火山區(qū)地殼呈現(xiàn)減薄而非增厚特征，這可能與其處于海南地幔柱外圍，熱通量較低、缺乏顯著底侵作用有關(guān)。對比南海東北部的高速下地殼，雷瓊火山區(qū)下方殼內(nèi)低速異常進(jìn)一步印證了熔融和熱異常的存在。地殼減薄與高伸展量共同表明，被動陸緣伸展是控制現(xiàn)今結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)因素，而地幔柱則作為熱源促進(jìn)熔融過程。

?據(jù)此，本研究提出了被動陸緣巖石圈與地幔柱相互作用的模型(圖3)：在海南地幔柱熱侵蝕與被動陸緣伸展應(yīng)力共同作用下，軟流圈上涌導(dǎo)致巖石圈地幔沿MLD發(fā)生滴落或拆沉，引發(fā)雷瓊火山區(qū)地殼的部分熔融，顯示為高Vp/Vs、低Vp和高電導(dǎo)率特征。而被動陸緣的伸展作用對地殼的影響在雷瓊火山區(qū)可能超過地幔柱的作用。該研究揭示了被動大陸邊緣和地幔柱對巖石圈改造的不同貢獻(xiàn)，為多種地球深部過程導(dǎo)致的區(qū)域構(gòu)造演化提供了研究范例。

?相關(guān)成果發(fā)表于國際知名地學(xué)期刊《Geophysical Research Letters》，研究受國家自然科學(xué)基金，廣東省科學(xué)基金，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所長基金和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所十四五專項的聯(lián)合資助。

?論文信息：

?Zhang,Z. (張周),Deng,Y. *(鄧陽凡),Xu,Y.-G. (徐義剛),Li,X. (李鑫),& Zhang,J.(張錦昌),2025,Seismological evidence for crustal thinning and melting beneath the Leiqiong volcanic area,South China: implications for plume-lithosphere interaction at a passive continental margin,Geophysical Research Letters,52,e2025GL115307.

?全文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL115307

圖1. (a) 雷瓊火山區(qū)(LQV)及周邊地形圖。(b) 本研究使用的地震臺站分布。綠色圓圈和藍(lán)色圓圈分別標(biāo)注GIG-LZ臺陣和固定臺站位置。(c) 遠(yuǎn)震事件射線追蹤得到的Ps(紅點)和Sp(藍(lán)點)穿透點，藍(lán)色線條為偏移成像剖面的位置。(d) 本研究采用的遠(yuǎn)震事件分布。紅色三角形為研究區(qū)中心，紅點和藍(lán)點分別代表P波和S波事件。

圖2. (a,b)沿A-A'剖面的P波接收函數(shù)(PRFs)和S波接收函數(shù)(SRFs)的疊后深度偏移成像(PSDM)圖像。綠點表示P波接收函數(shù)波形疊加方法估算的地殼厚度。(c)A-A'剖面莫霍面、MLD和LAB界面的示意圖。頂部俯視圖顯示地震臺站分布：白色立方體為GIG-LZ陣列臺站，藍(lán)色立方體為固定臺站。QBV: 瓊北火山；LPV: 雷州半島火山；WIV: 潿洲島火山。

圖3. (a)國內(nèi)典型火山區(qū)地殼熔體分?jǐn)?shù)的對比圖。(b)雷瓊火山區(qū)巖石圈改造與巖漿系統(tǒng)特征的概念模型圖。綠橙條帶標(biāo)示剖面沿線的華南陸塊、雷瓊火山區(qū)與海南島分界。