近日，beat365官方网站王彥賓教授課題組與南方科技大學海洋科學與工程系助理教授郭震團隊合作，對東北亞地區的各向異性結構研究取得新的進展，相關研究成果以“Asthenospheric flow from East Asia to the Philippine Sea Plate revealed by rj-MCMC inversion of surface waves”為題在國際地學期刊Geochemistry Geophysics Geosystems上發表。

東北亞地區新生代以來的構造演化主要受到太平洋闆塊和菲律賓海闆塊的俯沖與後撤影響，形成了典型的島弧-弧後體系，分布着衆多的闆内火山（闆塊内部火山，如圖1）。其動力學成因及演化過程一直是地球科學領域的研究的前沿和熱點。前人的研究認為該區域闆内火山的形成與地幔轉換帶内的太平洋俯沖滞留闆片所引起的大規模地幔上湧有關，然而大規模的地幔上湧如何進一步引發彌散型的火山分布特征，以及與火山活動相關的淺部軟流圈-岩石圈相互作用關系等仍不清楚。針對這些重要的問題，本研究發展了基于可逆跳躍馬爾科夫鍊蒙特卡羅（reversible-jump Markov Chain Monte Carlo, rj-MCMC）面波各向異性反演方法，構建了東北亞高分辨率的三維剪切波各向異性結構。

本研究發展改進的rj-MCMC各向異性反演方法對模型空間進行了跨維度搜索，使得反演從數據本身出發，避免了人為建模對反演結果的影響，有效提高了反演的穩定性與效率。

各向同性結果表明，東北亞地區上地幔頂部存在與各火山相關的低速區域，低速異常在更深部（>100km）相連，與上湧的地幔物質相關。表明不同闆内火山的深部來源相似，但在淺部存在分異。同時，松遼盆地與朝鮮半島西南部存在較深（達到約200km）的高速塊體，代表了岩石圈下沉。岩石圈的下沉可能引起周邊軟流圈物質的局部上湧，成為松遼盆地及朝鮮半島附近火山的物質來源。這種岩石圈-軟流圈對流模式控制了東北亞的新生代火山的時空分布。

各向異性的結果展示出明顯的分層特征。在上地幔頂部（100km以上），S波各向異性方向主要與日本海溝垂直，且與闆塊運動方向相似，表明上層地幔流動主要與太平洋俯沖闆片的後撤及日本海的擴張相關。更深部，各向異性出現明顯的方向偏轉，從西向東呈現順時針的轉向，并最終會聚于日本西南部的Nankai海溝。基于本研究模型預測的橫波分裂觀測結果與觀測得到的結果有很強的一緻性（圖2a），佐證了各向異性結果的可靠性。深部各向異性方向及橫波分裂結果均表明，歐亞闆塊下方存在部分軟流圈物質由西向東經曆了順時針的偏轉，并通過Nankai海溝下方的闆片“窗口”進入菲律賓海闆塊下方（圖2b）。

beat365地空學院2021級博士研究生趙琰喆為論文第一作者，王彥賓教授和南方科技大學郭震助理教授為聯合通訊作者。以上研究得到了國家自然科學基金的支持。

論文鍊接：Zhao, Y., Guo, Z., & Wang, Y. (2022). Asthenospheric flow from East Asia to the Philippine Sea Plate revealed by rj-MCMC inversion of surface waves. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 23, e2022GC010342. https://doi.org/10.1029/2022GC010342

圖 1 （a）東亞地區構造環境。藍色鋸齒線表明了闆塊邊界與闆塊運動方向。彩色圖為菲律賓海闆塊的海洋闆塊年齡。紅框表示（b）圖的區域。（b）東北亞地區的主要構造特征。紅色火山符号表示晚新生代闆内火山。紅色小三角形表示島弧火山（與闆内火山區别）。帶白色鋸齒的黑色線表明了日本海溝和琉球海溝的闆塊俯沖方向。紫色虛線及其上的數字表明了太平洋闆塊和菲律賓海闆塊俯沖闆片的位置與深度。黑色細線表示郯廬斷裂帶（Tan-Lu Fault Zone，TLFZ）。

圖 2 （a）根據本研究各向異性結果（0~150 km）預測的橫波分裂結果（黑線）和前人的觀測結果（黃線）。藍色箭頭表示闆塊運動的方向與速度。彩色圖表示統計平均的橫波分裂的SKS波延遲時間。（b）白色弧形箭頭和白色虛線箭頭表示（a）中所示的橫波分裂預測結果指示的可能地幔流。