《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Lithospheric-scale fault-controlled magma plumbing system beneath the Yitong volcanic field in Northeast China revealed by 3D magnetotelluric imaging
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断层控制熔体运移；磁电 telluric 调查；地幔含水玄武岩；中下地壳熔体通道；板内火山系统多样性
李亚斌|郭俊豪|杨月|李世文|刘云鹤|吉多·文图拉|翁爱华
吉林大学地球探测科学技术学院，长春 130026，中国
摘要
断层带被广泛认为是控制深部岩浆路径的因素，它们要么迫使岩浆进入地壳储库，要么通过岩脉将其引导至地表。然而，来自几个单成因火山场的地球物理、地球化学和结构数据表明，即使在岩石圈地幔似乎存在含岩浆储库且区域应力场大致相似的情况下，地壳中的岩浆传输和储存方式也可能存在显著差异。为了研究这些差异的成因，我们在拥有伊通火山场的松嫩-张光才山脉南部进行了阵列式磁测深调查。我们得到了一个稳定的三维电阻率结构。我们的模型显示，在岩石圈地幔中存在一个明显的低电阻率异常（<10 Ω·m），这最好解释为含有约5%水分的玄武岩熔体；而在伊兰-伊通断层（YYF）沿线的中下地壳中存在一个中等电阻率异常（约20 Ω·m），我们认为这是由含有少量盐分流体的岩浆通道网络组成的。这种配置与东北中国全新世火山（如景浦湖和龙岗）下常见的情况明显不同。我们提出，在岩浆供应相对较低的情况下，继承的岩石圈尺度的YYF断层系统更有利于形成分散的、受断层控制的岩浆通道，并可能降低形成水平以下的岩浆储库的可能性。这种受断层控制的岩浆传输系统为了解中国东北部新生代板内火山场中岩浆系统的多样性提供了新的观测依据。
引言
断层带或岩石圈尺度的剪切带作为机械薄弱结构，对岩浆传输系统、岩脉扩展和火山喷发有显著影响（Kohlstedt和Holtzman，2009；Sibson，1996；Walker，1999）。来自冰岛（Sigmundsson等人，2024）、北非中央霍格（Boukhalfa等人，2024）和东非大裂谷（Acocella等人，2003；Samrock等人，2018）的实地和地球物理观测表明，断层可以根据其几何形状、流变特性和区域应力条件，集中或分散上升的岩浆和流体。
即使在深部地幔源和区域应力场大致相似的相似板内环境中，单成因火山场也可能发展出截然不同的地壳尺度岩浆传输和储存结构。独立的地球物理研究表明，全新世火山场（如龙岗（Tang，2021；Zhao等人，2022）、五大连池（Gao等人，2020；Li等人，2016；Sun等人，2023）和景浦湖（Li等人，2021，Li等人，2024），以及伊兰-伊通断层（YYF）沿线的先全新世单成因中心（Li等人，2020），都位于部分熔融或温度升高的区域（Jiang等人，2019）之上。然而，它们的地壳结构存在显著差异：这些全新世火山场虽然主要由单成因火山组成，但它们拥有短暂存在的、类似岩基的中地壳岩浆储库（Gao等人，2020；Li等人，2021；Zhao等人，2022），而与YYF相关的伊通火山场则缺乏可分辨的地壳储库。这表明，在板内环境中，断层结构在控制岩浆上升和储存方面可能起着比之前认为的更重要的作用。在岩浆供应通常为中等到低的单成因板内火山场中，岩石圈结构调节岩浆上升和储存的方式仍不完全清楚。
中国东北部的广泛新生代火山活动与西太平洋板块的俯冲、回撤和停滞有关（Tang等人，2023；Xu等人，2018）。火山活动从松辽盆地内部向边缘迁移，特别是在东部，并与一系列沿岩石圈尺度走滑断层系统排列的火山场的发展相关（图1(a)）（Liu等人，2001）。沿着这些断层，YYF是中国东北部最早经历新生代火山活动的区域之一，其喷发活动从晚古近纪持续到晚中新世，在盆地边界断层上形成了一个线性排列的单成因火山口链（Wang等人，2001；Zhang等人，2006；Zhou等人，2010）。地球物理观测显示，岩石圈地幔中存在明显的低地震速度异常（Chen等人，2017；Fan等人，2022；Liu等人，2017；Zhu等人，2019）、低电阻率区域（Cao等人，2026；Li等人，2020），以及相对较高的热流（高达约84 mW/m2）（Jiang等人，2019），这表明可能存在深部含水玄武岩熔体。
在这里，我们在YYF区域的南部进行了阵列式磁测深调查，覆盖了松辽盆地的南部边缘和张光才山脉的南部，在伊通火山区部署了更密集的测点（图1(b)）。三维电阻率模型通过高压高温导电实验得到了约束，重建了伊通火山场下方的岩石圈尺度岩浆传输系统。我们推断，继承的岩石圈断层结构可能限制了地壳中类似岩基的岩浆储库的形成。我们讨论了伊通岩浆传输系统与其他中国东北部火山场之间的差异。我们的结果对板内火山场中岩浆传输和储存系统的结构具有启示意义。
地质背景
YYF和敦化-密山断层（DMF）系统代表了NE-SW走向的坦城-卢江断层带的两个主要东北分支（Xu等人，2017），该断层带被广泛认为是控制中国东北部区域变形和新生代板内火山活动的岩石圈结构（Zhu等人，2018）。自晚侏罗世以来，YYF和DMF经历了多阶段的走滑运动、伸展和局部压缩，主要由俯冲变化驱动
数据收集与分析
磁测深调查覆盖了42°–44°N和123°–127°E的范围，包括松辽盆地的南部边缘、YYF和张光才山脉的南部（图1(b)）。共部署了49个磁测深站点，包括11个长周期磁测深（LMT）站和38个宽带磁测深（BBMT）站。LMT阵列的站点间距约为1°（约70公里），BBMT阵列的站点间距约为0.5°（约35公里），在YYF周围的站点间距更密集，为<0.25°（约17公里），以便更好地约束地壳尺度
结果
为了成像YYF南部及其周边地区的深部地壳和岩石圈地幔结构，我们展示了15公里、45公里和60公里深度的水平电阻率切片，以及伊通火山场的两个剖面（图4）。
在中地壳深度（约15公里；图4(a)），两个低电阻率异常（A1和A2）散布在高电阻率张光才山脉内。异常A1位于伊通火山场最南端和最北端火山口之间。
地幔中的玄武岩熔体
电阻率模型显示，在伊通火山场正下方的岩石圈地幔中存在一个大的低电阻率特征（异常D）。根据伊通盆地的平均地热（64–84 mW/m2；Jiang等人，2019），66公里深度处的估计温度约为1230°C，这与伊通火山下方地幔捕虏体中矿物的结晶温度相符（Zhang等人，2006；Zhou等人，2010）。然而，这个温度还不够
结论
我们在伊兰-伊通断层南部及其周边火山区域进行了阵列式磁测深调查。从磁测深数据得出的电阻率模型显示，在中下地壳中存在一个相对较低的电阻率异常（约20 Ω·m），该异常向下延伸并与岩石圈地幔中的明显低电阻率区域（<10 Ω·m）相连。
岩石学和地球物理证据表明，岩石圈导电异常最好用含水
CRediT作者贡献声明
李亚斌：写作——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，调查，概念化。郭俊豪：验证，调查，数据管理。杨月：验证，方法论，数据管理。李世文：写作——审稿与编辑，方法论，调查。刘云鹤：写作——审稿与编辑，方法论。吉多·文图拉：写作——审稿与编辑，撰写——初稿，概念化。翁爱华：写作——审稿与编辑，写作——初稿
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
翁爱华报告获得了国家自然科学基金的财政支持。李亚斌报告获得了国家自然科学基金的财政支持。李亚斌还报告获得了中国博士后科学基金的财政支持。如果有其他作者，他们声明他们没有
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（资助编号42130302和42504064）和中国博士后科学基金（资助编号GZB20250113）的支持。我们感谢吉林Kingti地质勘探技术有限公司（长春，中国）提供的计算资源（EMDesk）。我们非常感谢编辑Yosuke Aoki博士和两位匿名审稿人的建设性评论和有益建议。
