五大连池火山位于中国东北,距离太平洋板块~1800 km,距离长白山和镜泊湖火山400~600 km,是一个典型的板内火山。五大连池火山的最近一次喷发约发生在300年前,因此,其地壳浅层是否仍存在熔融的岩浆囊,对于研究板内火山形成和喷发物理过程及其火山灾害预测具有重要的理论意义和应用价值。然而,由于地震分布在空间和时间上极端不均匀,以及较为稀疏的台阵分布,以往基于天然地震事件的地壳结构成像方法难以提供五大连池火山区上地壳的精细结构信息,限制了对这一地区上地壳小尺度岩浆囊的探测能力。
为了实现对五大连池火山区这一特定区域精细上地壳三维波速结构的有效探测,并对可能存在的地壳浅部岩浆囊进行研究,大地测量与地球动力学国家重点实验室李志伟研究员等人与中国地质调查局水环中心等单位合作,在五大连池火山区40×40 km范围内,布设了由43台便携式三分量短周期地震仪组成的密集流动台阵,台站间距约为6 km(图1),开展了为期一个月的连续观测,并完成了地震背景噪声层析成像研究工作,获得了五大连池火山区上地壳深至13 km的高分辨三维精细波速结构。成像结果显示:在位于五大连池火山区中心区域的尾山火山口下方7~13 km深度,发现了S波显著低速异常,异常幅度大于10%,可能代表了存在于上地壳的熔融岩浆囊(图2)。这一显示为显著低速异常的体积可达200 km3,并可能成为尾山邻近地区火山喷发的岩浆来源。这一工作不仅为研究五大连池火山区的地壳内部岩浆囊及其深部构造过程提供了重要参考,也为研究特定地区上地壳精细波速结构特征提供了可行的研究思路。
该研究近期发表在国际著名地球物理期刊《Geophysical Research Letters》(Li et al. Shallow magma chamber under the Wudalianchi volcanic field unveiled by seismic imaging with dense array. Geophys. Res. Lett., 2016, 43, 4954-4961.)。
图1 (a)五大连池火山区区域尺度构造图;(b)五大连池火山区密集流动台阵分布图。
图2 (a-c)不同位置的波速结构剖面图;(d)尾山火山口下方可能的岩浆囊分布特征;(e)五大连池火山区火山口分布及剖面位置图。