阿拉斯加大陆位于北美板块，其南部同时受到太平洋板块、雅库塔微板块和兰格尔微板块的北向俯冲作用 (图1a)。弧火山从西阿留申向东延伸至阿拉斯加大陆，在153°W处德纳利断层附近中断，该处被称为德纳利火山空区，随后在147°W处重新发育成Buzzard Creek-Jumbo Dome火山。因为壳幔结构不明确，导致德纳利火山空区的成因一直未得到很好的解释。一般认为雅库塔板块的平板俯冲可能会冷却地幔楔并阻碍热物质上涌和火山的形成。前人通过速度成像方法尝试对该问题进行解答，但现存不同速度成像观测之间存在显著矛盾也因此造成对结果解释的歧义。例如，人们在德纳利火山空区下方观测到了高速上地幔，意味着上地幔中不存在熔融的岩浆物质；但也有成像结果显示上地幔为低速异常，说明熔融物质可能已经产生，只是没有进一步运移至地表而形成火山。因此，火山空区下方地壳中是否存在熔融的岩浆物质成为探明其成因的关键。
在雅库塔板块的东缘，兰格尔火山群的深部热源也一直存在争议。地球化学观测到的埃达克岩浆活动指示了兰格尔火山群的形成可能与雅库塔板块俯冲相关的软流圈上涌有关；数值模拟和地震各向异性观测认为兰格尔火山群可能源于深部环形地幔流携带的热物质；兰格尔火山活动的形成也可以用板块撕裂模型来解释。因此，详细的壳幔热结构成为约束上述问题的重要信息。
地震波衰减成像是探测地球深部结构的重要手段，能够有效刻画介质温度和壳幔流变强度的变化。地震Lg波主要在地壳内传播，其振幅衰减对地壳中的温度和部分熔融非常敏感。因此，利用Lg波振幅衰减测量地壳岩体的品质因子Q值能够圈定地壳内的热分布，从而为德纳利火山空区成因和兰格尔火山群的深部热源提供约束。
图1 (a) 阿拉斯加大陆构造背景图。红色三角形表示火山的位置。Slab 2.0模型提供了太平洋板块俯冲深度等值线(Hayes et al.,2018)。雅库塔微板块表示为蓝色多边形。BR：Brooks山脉，BJV：Buzzard Creek Jumbo Dome火山，CC：加拿大山脉， DF：德纳利断层，DVG：德纳里火山空区，KP：Kenai半岛，WVF：兰格尔火山群；(b) 地震事件 (红色空心圆) 和台站分布
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室地震学学科组的博士研究生杨庚、导师赵连锋研究员、美国加州大学圣克鲁兹分校的谢小碧研究员与其他合作者一起，基于阿拉斯加和加拿大密集地震台阵观测数据 (图1b)，构建了宽频带、高分辨率 (1°×1°) 的Lg波Q值模型 (图2)，并用此信息推断了阿拉斯加大陆的地壳热结构。
图2 阿拉斯加大陆地壳Lg波衰减模型。(a-c) 0.5 Hz、1.0 Hz 和 2.0 Hz 频率下的Lg波衰减模型；(d) 0.5-2.0 Hz宽频带Lg波衰减模型
Q值成像结果表明，较强的Lg波衰减所揭示的地壳热异常与地表火山活动具有良好的对应关系 (图3)，雅库塔地体中部地壳则表现为弱衰减特征。这表明雅库塔平板俯冲可能冷却了地幔楔，并阻止了热幔物质侵入地壳。阿留申弧火山、Buzzard Creek-Jumbo Dome火山和兰格尔火山群下方地壳为显著的低Q值异常。相比之下，德纳利火山空区下方地壳表现为弱衰减、高Q值特征 (图3a-图3b)。因此，火山空区下方地壳中并不存在足够的熔体以形成火山活动，与地表火山缺失现象一致。强衰减异常不仅存于火山下方，WVF火山群和BJV火山下方的低Q异常分别向南北和东西方向延伸，并存在弱连通现象。这可能说明地壳内存在潜在的环形熔融，连接着WVF和BJV下方的岩浆囊 (图4)。该1/4环状地壳熔融的形成可能与雅库塔板块周缘的环形地幔流携带的热物质有关。
图3 阿拉斯加中南部地壳衰减和速度特征对比。(a)阿拉斯加中南部宽频带Lg波衰减模型；(b-d)频率-衰减剖面与速度-深度剖面对比。速度数据来自Berg et al. (2020),Moho面深度数据取自CRUST1.0模型(Laske et al.,2013)。各剖面的地表位置由虚线标于(a)中
图4 阿拉斯加中南部1/4环状地壳熔融区示意图
研究成果发表在国际地学学术期刊JGR-Solid Earth (杨庚，赵连锋*，谢小碧,何熹,张蕾,姚振兴. Strong Lg-wave attenuation reveals quarter-toroidal crustal melting around the Yakutat terrane in south-central Alaska[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,2024,129: e2024JB029104. DOI: 10.1029/2024JB029104.)。研究受到国家自然科学基金 (U2139206,42104055,41974054,41974061),中国博士后科学基金 (2024M751295)，国家资助博士后研究人员计划 (GZC20240638) 的资助。