深部俯冲板块脱水和长白山陆内岩浆作用：基于热力学耦合的数值模拟

Changbai Mountian is a typical intra-plate volcano, locating ～1000 km away from the trench, underlain by the deep (～ 600 km) Paelo-Pacific subducted slab. Origin of the magmatism of Changbai Mountain is still unclear. Among those possible hypotheses proposed previously, occurrence of partial melting due to dehydration of the deep subducted Pacific slab becomes a favorite one. We will employ 2D thermo-mechanical coupled numerical code (I2ELVIS) , to investigate the whole continuous dynamic process, from oceanic plate subduction to magma generation, including the dynamic process of water. The focus of this study is how water preserves in the slab, migrates during subduction, releases from the deep slab, and triggers partial melting in the mantle. We will systematically quantify the influence of the following important parameters: (1) age of the subducting slab, (2) velocity of the subducting slab, and (3) intensity of serpentinization. Establish the regimes of parameters on dehydration and magmatism is the last goal of this work. Based on this study, we hope to provide quantitative insight of magmatism due to dehydration of deep subducted oceanic slab, and shed light on the origin of Changbai Mountain (intra-plate) volcanism/magmatism.

长白山火山远离海沟～1000 km，位于太平洋深部俯冲板块上方 ～660 km，属于典型的陆内火山。对于长白山陆内火山／岩浆成因，目前尚不清楚。在众多可能的成因机制中，俯冲板块深部脱水导致部分熔融从而产生岩浆作用，引起越来越多的关注。本研究采用二维热力学耦合的数值计算程序I2ELVIS，模拟从板块深部俯冲，脱水，到发生部分熔融的整个连续的动力学过程。研究重点是水分在俯冲板块中保存、运移以及在深部（～400-600 km）释放并诱使地幔发生部分熔融的作用机理。借助数值模拟实验，我们将系统、定量的讨论以下重要参数：大洋俯冲板块的年龄，俯冲速率和俯冲板块蛇纹石化强度，并建立这些参数与板块脱水和岩浆强度的定量关系。通过展示长白山火山／岩浆的深部地球动力演化过程，对板块深部俯冲脱水导致远离海沟的陆内火山／岩浆成因给出定量解答。

长白山火山远离海沟～1000 km，位于太平洋深部俯冲板块上方～660 km，属于典型的陆内火山。内陆火山有着和岛弧火山所不同的成因机制，在众多可能的成因机制中，俯冲板深部脱水导致部分熔融从而产生岩浆作用，引起越来越多的关注，然而该方法还缺乏量化的分析。本项目通过热力学耦合的地球动力学板块俯冲模型模拟了西太平洋板块向我国东部俯冲的动力学过程，运用数值模拟方法探讨了平卧在我国东部下方的太平洋板块深部脱水影响我国东北内陆火山形成的可能性。借助数值模拟实验，我们系统、定量的讨论了以下重要参数：大洋俯冲板块的年龄，俯冲速率和俯冲板块蛇纹石化强度，并建立这些参数与板块脱水和岩浆强度的定量关系。我们的模拟结果显示水分可以通过板块俯冲，由平卧板块带入到转换带，并且有可能在～660km的深部从板块中释放出来，从而降低地幔物质的固液相限，导致地幔物质熔融形成岩浆。由于岩浆的密度较周围地幔物质小，因此岩浆将上浮，最终在岩石圈形成底辟，在地表形成内陆火山。同时，通过数值模拟分析了太平洋板块俯冲对长白山天池火山深部温压条件、速度场、岩浆补给量等的影响。探讨了太平洋板块对长白山天池火山活动影响的可能性及方式。分析结果认为板块深部脱水量和部分熔融量的演化规律具有一致性，脱水量可以影响岩浆系统的岩浆容量，可能是影响长白山火山活动的主要因素。