全球大多数成因与板块活动有关的火山沿着板块边界分布，而一些远离板块边界的板内火山，其成因不能用经典的板块理论解释，一直是地学界关心的热点问题。中国东北地区有广泛发育的590多座新生代板内火山，其中位于大、小兴安岭和松辽盆地的边界三角区域的五大连池火山群喷发富钾玄武质岩浆（图1），区别于东北地区其他大部分喷发钠质玄武岩浆的火山，如长白山火山。五大连池火山群独特的岩浆性质意味着特殊的火山活动机制，前人对该火山群岩浆来源和上升过程的研究结果还存在诸多争议，关键问题之一在于对火山下方岩浆系统的结构认识不清。
图1 中国东北地区地质简图。灰色线表示主要断裂，F1：嫩江断裂，F2:讷谟河断裂，F3：孙吴断裂，F4：逊克-铁力断裂；F5：依兰-伊通断裂和F6：敦化-密山断裂。绿色和紫色三角以及紫色方块表示台站分布。火山符号表示火山，KL：科洛火山，WDLC：五大连池火山，EKS：二克山火山，HLH：哈拉哈火山，LG:龙岗火山，JBH：镜泊湖火山和CBS：长白山火山
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室博士生陈瑛（已毕业）与艾印双研究员和姜明明副研究员等人，联合利用研究所地球内部结构学科组与国家自然灾害防治研究院在五大连池火山及临近二克山火山和科洛火山（五大连池火山群）布设的密集地震台阵观测数据，采用背景噪声和双平面波联合成像方法建立了研究区域高精度的壳幔三维剪切波速度模型（图2）。成像结果显示在五大连池、二克山和科洛火山下方上地幔顶部至100 km深度存在唯一的通道状低速异常体，该低速异常体与100～200 km深度的低速软流圈连接。结合前人研究结果，推断这三个火山是同一幔源火山。
图2 火山区附近速度异常剖面图
同时，联合成像结果呈现五大连池、二克山和科洛火山所处区域下方岩石圈厚度发生二维转角状跳变。推测太平洋深俯冲相关的大地幔楔环流流至五大连池下方岩石圈厚度增厚边缘位置时，与岩石圈发生剪切作用，引起软流圈物质上涌（图3）。该机制较好解释了目前绝大多数五大连池火山活动的观测证据，为东北板内火山活动过程与机制研究提供了新的思路。
图3 五大连池火山成因机制卡通图
研究成果发表于国际权威学术期刊JGR-Solid Earth（陈瑛，艾印双*，姜明明*，杨英杰，雷建设. New insights into potassic intraplate volcanism in Northeast China from joint tomography of ambient noise and teleseismic surface waves[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126: e2021JB021856. DOI: 10.1029/2021JB021856）。该成果受到国家自然科学基金项目（41474040, 41530212, 42004033）的资助。