火山是聯(lián)系地球深部與地表的重要方式，起到了搬運(yùn)深部物質(zhì)到淺部、改造地表地貌、影響區(qū)域構(gòu)造的作用。對(duì)火山深部結(jié)構(gòu)的探測(cè)是理解火山噴發(fā)機(jī)理的重要一部分。中國(guó)具有非常頻繁的火山活動(dòng)，其中海南火山區(qū)是中國(guó)新生代以來(lái)火山活動(dòng)最強(qiáng)烈、最頻繁和持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的地區(qū)之一。海南火山區(qū)最新的火山噴發(fā)發(fā)生在約7500年至1萬(wàn)年前，造成了馬鞍嶺-雷虎嶺火山群。海南火山區(qū)晚新生代以來(lái)地震極其活躍，歷史上曾多次發(fā)生中強(qiáng)震，包括1605年M7.5地震，研究還發(fā)現(xiàn)在海南東北部存在著一條南北向分布的小震帶。前人根據(jù)海南火山分布與現(xiàn)代地震記錄推測(cè)火山群深部巖漿上涌有可能造成了小震密集條帶的產(chǎn)生，但該模式仍需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證。
圖1 海南火山區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖和大地電磁測(cè)點(diǎn)位置分布
近年來(lái)有學(xué)者使用大地電磁方法對(duì)海南火山區(qū)中最新活動(dòng)的馬鞍嶺-雷虎嶺火山群開(kāi)展研究，結(jié)果表明在該火山群下方存在小型的低阻結(jié)構(gòu)，這些淺層的低阻結(jié)構(gòu)被認(rèn)為可能是巖漿囊或巖石孔隙內(nèi)高鹽度流體造成。而馬鞍嶺-雷虎嶺火山群的噴發(fā)形成也被認(rèn)為是一次 射汽巖漿噴發(fā)。這些研究大多集中于中上地殼深度內(nèi)，對(duì)于海南火山區(qū)全面的地殼-上地幔淺部的結(jié)構(gòu)探測(cè)仍然缺乏。為了全面的探測(cè)海南火山區(qū)深部結(jié)構(gòu)，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所孫翔宇副研究員、詹艷研究員、趙勇偉研究員、趙國(guó)澤研究員等與合作者在海南火山區(qū)開(kāi)展了大地電磁陣列探測(cè)（圖1），通過(guò)三維反演技術(shù)獲得了海南火山區(qū)地殼及上地幔頂部的深部電性結(jié)構(gòu)（圖2）。
研究在海南火山區(qū)發(fā)現(xiàn)了多組不同深度的低阻結(jié)構(gòu)，其中淺層的低阻結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)流-仙溝斷裂西側(cè)的火山口和玄武巖分布也基本重合，有可能是火山巖漿-熱液系統(tǒng)的一部分。在該地區(qū)存在多個(gè)石油鉆井，鉆井溫度表明約3km深度存在一個(gè)地溫梯度躍變?cè)?，之下深度的地溫梯度更高，但依然無(wú)法達(dá)到使硅酸鹽熔融的溫度，因此在該深度內(nèi)可能不存在熔融的巖漿。當(dāng)巖漿噴發(fā)后，原有的空隙會(huì)被來(lái)自地表或深部的流體填充，繼續(xù)維持較高的電導(dǎo)率，相似流體系統(tǒng)的在火山區(qū)普遍存在。另一組在研究去西側(cè)發(fā)現(xiàn)的低阻結(jié)構(gòu)由于其深度、溫度和電阻率結(jié)構(gòu)的組合表明其有可能是海南火山區(qū)的深部巖漿囊。
研究還發(fā)現(xiàn)在小震密集條帶下方除了淺部存在個(gè)別相對(duì)低阻結(jié)構(gòu)外，整體表現(xiàn)為高阻結(jié)構(gòu)。由于火山的活動(dòng)通常伴隨著較高的溫度以及局部巖石的熔融或熔融巖漿填充原有的空隙，因此通常具有較低的電阻率?；鹕絽^(qū)發(fā)現(xiàn)的高阻體通常解釋為不含巖漿的結(jié)構(gòu)，或者已經(jīng)完全冷卻的巖漿結(jié)構(gòu)。因此小震密集條帶下方高阻結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)對(duì)由于巖漿系統(tǒng)引發(fā)了小震的說(shuō)法提住了質(zhì)疑。使用巖漿上升導(dǎo)致地殼張性斷裂發(fā)生地震的理論無(wú)法解釋為何在小震條帶下方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)殼內(nèi)低阻結(jié)構(gòu)。
圖2海南火山區(qū)深部電性結(jié)構(gòu)
目前的火山分布主要在長(zhǎng)流仙溝斷裂附近，這可能是受到了區(qū)域應(yīng)力和斷裂分布的共同影響。海南火山區(qū)的主壓應(yīng)力方向?yàn)楸蔽飨?，在垂直的方向?huì)產(chǎn)生拉張作用。長(zhǎng)流仙溝斷裂與其他小規(guī)模的北西向的斷裂的產(chǎn)生與這種應(yīng)力環(huán)境相關(guān)。這些斷裂代表了地殼中的薄弱區(qū)域，可能成為巖漿上升的通道。最新的火山分布以及地下低阻體分布的特征可能說(shuō)明，來(lái)自深部的巖漿在到達(dá)淺部后可能發(fā)生了橫向的運(yùn)動(dòng)，隨后沿著地殼中的薄弱區(qū)域（長(zhǎng)流-仙溝斷裂）噴發(fā)（圖3）。
圖3海南火山區(qū)巖漿來(lái)源和噴發(fā)機(jī)制示意圖
相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國(guó)際地球物理著名期刊Geophysical Journal International上。
Sun, X., Zhan, Y., Zhao, Y., Zhao, G., Lingqiang, Z., Xu, J., et al. (2026). Magma dynamics and subsurface structures in the hainan volcanic field, china, and the relationship with seismic activity. Geophysical Journal International, 244(2), ggaf478. https://doi.org/10.1093/gji/ggaf478
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