《Nature》：Melt focusing along lithosphere–asthenosphere boundary below Axial volcano
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为探究洋中脊下方岩石圈 - 软流圈边界（LAB）的特征及其对岩浆活动的影响，研究人员对位于胡安?德富卡海岭与科布 - 艾克尔伯格热点交汇处的轴向火山（Axial volcano）开展 3D 地震反射研究。结果发现漏斗状的 LAB 结构，其对岩浆聚焦和同化有重要作用。该研究为理解火山活动提供新视角。
在广袤的海洋深处，洋中脊下方隐藏着诸多地质奥秘。岩石圈 - 软流圈边界（LAB）作为板块构造的关键部分，对岩浆活动有着重要影响。然而，在洋中脊附近，LAB 在 crust（地壳）和 uppermost mantle（上地幔）中的具体特征却一直难以捉摸。尽管在中速到快速扩张的海岭脊顶，多道地震反射技术已成像出轴向岩浆透镜体（AML），但 LAB 在更深地壳中的性质依旧模糊。为了深入了解这一神秘边界，揭示岩浆活动的奥秘，来自美国内华达大学里诺分校、法国巴黎地球物理研究所等多个研究机构的研究人员，对位于胡安?德富卡海岭与科布 - 艾克尔伯格热点交汇处的轴向火山展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature》杂志上，为我们理解地球内部的地质过程提供了全新的视角。
研究人员采用的主要关键技术方法为 3D 地震反射技术。他们在 2019 年乘坐 RV Marcus Langseth 号科考船，在轴向火山区域开展了 3D 地震反射测量，测量区域跨度达 40km×16.3km。在数据处理过程中，对采集到的数据进行了仔细的预处理，包括计算预测反褶积滤波器、衰减涌浪噪声、插值处理、平衡地震数据以及滤波等操作，最终通过 3D 有限差分 f - x 叠后时间偏移方法生成几何正确的图像 。
3D 结构的岩浆域
通过新的 3D 地震反射数据，研究人员发现了大规模、漏斗状结构延伸至下地壳（约 5 - 6km），这一结构被认为是年轻时期难以捉摸的 LAB 在 crust（地壳）中的特征表现。AML 和 LAB 实际上是同一结构（AML|LAB），沿该界面捕获的熔体在浮力作用下向结构顶点迁移，为喷发做准备或凝固形成就位的辉长岩部分。
值得注意的是，AML|LAB 并非平坦的席状，而是包含漏斗形状，与以往报道的 AML 不同。这些漏斗状特征在轴向火山下方四个位置被成像，其中两个分别位于马蹄形火山口的西北（漏斗 A）和东南（漏斗 B）。漏斗 A 和 B 的组合以及火山口下方的反射率，更详细地展示了先前报道的主岩浆库（MMR）。另外两个漏斗状结构（漏斗 C 和 D）分别位于火山口东南和新戴蒙德热液场下方，它们改善了对次岩浆库（SMR）的成像 。
垂直于漏斗状结构主轴的切片显示，AML|LAB 呈拉长的穹顶状，跨度约 5km 和 22.5km，倾角从近水平到 50° 不等。AML|LAB 界面限制并截断了下方的岩浆席，其最浅部分位于火山口东南边缘，与国际区热液场、最高密度的地震活动和多次喷发起始点重合。通过体素可视化策略分析反射强度发现，火山口东南边缘热液场下方反射最强，这与熔体的分布密切相关。此外，岩浆域最浅部分有利于岩脉起始和侵位，与轴向火山近期喷发历史一致，岩脉的传播方向与熔体体的浅部结构相关，但喷发发生在伸展应力最大的区域 。
熔体聚焦和同化
综合新的观测结果，大规模漏斗状结构代表岩浆同化前沿，岩浆在该前沿重新熔化上覆岩石。例如在漏斗 C 和 D 处，岩浆熔化了上覆岩石圈，形成了远离火山顶和裂谷带的高位岩浆体。在火山口东南，漏斗 B 和 C 在深度上似乎 “连接”，暗示岩浆可能沿地下裂缝或破裂面从漏斗 C “泄漏” 到漏斗 B。
在东太平洋海隆和胡安德富卡海岭的其他位置，也观察到类似但规模较小的 AML 形态异常，可能与岩浆供应和积累有关。随着 AML|LAB 边界深入下地壳，岩浆同化涉及重熔层状岩墙（位于 AML 上方）和辉长岩（位于 AML “延伸” 上方）。在轴向火山附近，上地壳平均速度结构显示层 2B（层状岩墙）变薄，与 IODP 孔 1256D 的观测结果相似，为岩浆同化提供了进一步证据。
岩浆同化导致喷发熔岩的化学成分发生变化，趋向于更富斜长石的趋势，极端情况下可能形成富硅岩浆。在轴向火山，岩浆演化可能存在两种机制：一是垂直岩浆席结构促进岩浆隔离，导致更大程度的分异；二是通过同化上覆含水底物，使岩浆向更演化的方向分异。研究还发现，轴向火山的熔岩主要由沿 AML|LAB 边界迁移和 / 或在其下方岩浆席中隔离的演化岩浆形成，而原始熔体直接喷发的情况较少 。
LAB 的时间变化性
能够成像广泛的 AML|LAB 界面，表明轴向火山目前正处于强烈的岩浆活动阶段。当岩浆活动减弱时，同化程度降低，AML|LAB 的大小和范围缩小，成像其下倾延伸将变得更加困难。这种岩浆供应的周期性变化不仅有助于揭示 LAB 的下倾范围，还在喷发熔岩中留下了同化污染的周期性记录，可能解释轴向火山喷发熔岩的双峰分布 。
该研究结果对其他由海岭 - 地幔柱相互作用形成的大型火山省（如冰岛）具有重要意义。在冰岛，虽然难以对岩浆系统进行地震成像，但已观察到广泛的同化现象。研究人员推测冰岛的岩浆席可能在三维空间中分布更广泛，且可能存在于 AML|LAB 边界附近并发生同化作用。在慢速和超慢速扩张海岭，类似过程也可能发生，岩浆沿 AML|LAB 边界迁移形成中央火山 。
综上所述，这项研究通过 3D 地震反射技术，揭示了轴向火山下方 LAB 的漏斗状结构，及其在岩浆聚焦、同化和火山活动中的关键作用。研究结果为理解洋中脊下方岩浆活动、火山喷发和热液过程提供了重要依据，也为其他类似火山系统的研究提供了参考。同时，研究还指出了岩浆供应的周期性变化对 LAB 成像和熔岩化学成分的影响，为后续研究指明了方向 。
