许多远离板块边界的玄武岩火山与板块伸展或热点没有直接关系。由于对地壳热结构的了解有限，对这类火山活动背后的驱动机制仍然存在争议。中欧的喀尔巴阡-潘诺尼亚地区（Carpathian–Pannonian Region, CPR）广泛分布着晚新生代板内碱性火山作用。它们主要位于岩石圈由厚变薄的过渡带，并远离亚德里亚俯冲带，因此成为研究板内火山活动的理想场所（图1）。前人曾提出“手指状”地幔柱、剪切驱动软流圈上涌等多种解释机制，判断这些机制的正确性依赖对深部热结构、岩浆活动及其运移过程提供更多地球物理约束。然而，岩浆活动并非仅表现为喷出地表的火山或可见的岩浆侵入。由于热沉降和构造反转，喀尔巴阡-潘诺尼亚地区大部分为深厚沉积层所覆盖，仅凭地表岩浆出露难以准确圈定深部热物质上涌区域。为深入研究板内火山活动的动力学机制，需要对控制岩浆储存和运移的地壳热结构进行约束。通常认为Lg 波是在地壳内传播的 S 型导波，其振幅衰减对地壳内温度、部分熔融和流体活动等物性与状态参数的变化非常敏感。因此，通过观测Lg波振幅衰减可以精确测量地壳品质因子Q值，从而有效约束与地壳温度升高、部分熔融和流体活动相关的介质异常，为认识板内火山活动的深部动力学机制提供关键证据。

图1 （a） 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区（CPR）的主要构造单元以及新近纪-第四纪火山岩主要组合（钙碱性火山岩和碱性玄武岩火山田）的空间分布，并叠加了现今水平运动矢量（Kreemer et al., 2014）。包括：T. Basin：特兰西瓦尼亚盆地；TESZ：跨欧洲缝合带；MHL：中匈牙利线；ALCAPA：阿尔卑斯-喀尔巴阡-潘诺尼亚微板块；TISZA：蒂萨微板块；DACIA：达西亚微板块。（b） 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区的岩石圈厚度（数据来源：Kalmár et al., 2023）。白色等值线表示岩石圈厚度，范围为60 km至120 km，间隔为10 km，相应数值已标注

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理学科中心地震学学科组博士研究生杨淞杰、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，通过收集和处理喀尔巴阡-潘诺尼亚地区 3万多条垂直分量地震波形，开展了高分辨率宽频带Lg 波衰减成像研究。结果表明，该地区地壳衰减呈现显著的不均匀性：潘诺尼亚盆地和东喀尔巴阡山脉观测到低Q值（强衰减），而波系米亚地块、东欧地台和迪纳拉地区则表现为高Q值（弱衰减），高低衰减区的边界与主要构造缝合线高度吻合，表明岩石圈结构对地壳衰减具有重要控制作用（图2f-g）。Q值分布也与火山活动密切相关，研究区域内最低Q值异常在很大程度上与活跃火山场重叠。更重要的是，Lg波衰减对火山活动的响应比地震波速更为敏感。穿越主要火山区的剖面显示：盆地伸展结束（<8百万年）以来的年轻火山活动与Q值降低高度吻合，这些相关性将地壳Lg波衰减、活跃岩浆作用与地壳弱化紧密联系起来（图2a-e）。

图2 （a） 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区0.3–2.0 Hz宽频带Q值成像图；分辨率低于1.0°×1.0°的区域已被裁剪掉。粗黑折线表示剖面在地表投影。（b） 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区新生代火成岩分布（数据来源：https://services.bgr.de/geologie/igme5000）；圆圈表示年龄小于8 Ma的岩石（Seghedi & Downes, 2011）。（c） 地壳平均S波速度图，修改自Ren et al.,（2013）。（d） 沿图（a）和（c）中折线所示剖面的平均Q值和S波速度。三个锚固点依次为（14°E, 46.2°N）、（22.9°E, 48.8°N）和（28°E, 44.5°N）。（e） 剖面沿线火山岩分布及其年龄（Vlasceanu等，2021）；阴影覆盖区内是岩石圈伸展结束后新生成的岩石（Harangi et al., 2025）。（f） 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区热流值，数据源自Fuchs et al., （2021）。（g） 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区莫霍面深度，数据源自Grad et al.,（2009）

结果进一步表明，火山区强衰减异常的分布与岩石圈底部的“悬崖”密切相关。在潘诺尼亚盆地，强衰减集中于岩石圈厚度急剧变化的西部，而非厚度最薄的中部。这一分布特征表明，岩石圈厚度的剧烈变化可能通过增强软流圈剪切驱动上涌，促进热物质沿陡峭的岩石圈-软流圈边界上升，并进一步诱发减压熔融和板内玄武质岩浆活动。该过程得到前人剪切波分裂及P波径向各向异性观测的独立支持，地球动力学模拟也表明，岩石圈底界面起伏能够增强软流圈剪切并诱发地幔上涌和减压熔融。相反，迪纳拉山脉虽同样存在陡峭的岩石圈厚度变化，但因变化梯度最大方向与软流圈流向近乎垂直而缺失火山活动并表现为地壳弱衰减（图3），这表明软流圈流动方向与岩石圈底部地形的几何关系是局部地幔抬升的关键因素。类似的机制在贝加尔裂谷带、中国东北及澳大利亚东南等全球多个板内火山区也曾被提出过。尽管喀尔巴阡山脉东南部的岩石圈底部地形也相当陡峭，但多条证据表明其下方的Vrancea板片可能发生了板片回卷或滴落过程，因此该处的板内火山机制需要额外解释。强衰减区域在Vrancea板片西北侧被观测到，其展布与板片几何形态一致，结合已有的地球化学和地震学证据，推测该处地壳热异常可能与板片回卷过程中地幔热物质的补充及相应的流体活动有关（图3）。

该研究构建的Lg波衰减模型为喀尔巴阡-潘诺尼亚地区板内火山成因提供了新的地球物理证据，并揭示了岩石圈结构与深部软流圈活动之间的内在联系。研究表明，Lg波衰减能够有效揭示与深部热活动相关的地壳异常，为认识岩石圈-软流圈相互作用及其对板内岩浆活动的控制提供关键的“边界条件”（图4），并为全球类似案例提供重要参考。

图3 （a）喀尔巴阡-潘诺尼亚地区地图，叠加了宽频带Q成像结果及两条剖面的地表位置；（b）地幔P波速度扰动；（c）和（d）为两条剖面的对比，自上而下依次为：①地形与地震活动性，②Q值相对于频率的变化，③S波速度（Ren et al., 2013），④地幔P波速度扰动（MITP08模型，Li et al., 2008），⑤Vrancea板片回卷及喀尔巴阡-潘诺尼亚地区水平软流圈驱动地幔上涌的动力学模式示意图。箭头所指为软流圈运动方向

图4 喀尔巴阡-潘诺尼亚地区岩石圈结构及板内玄武质火山活动动力学机制示意图。西潘诺尼亚盆地下方陡峭的岩石圈底界面与东南喀尔巴阡山下方俯冲板片的回卷作用，均可改变区域软流圈流动并诱发地幔上涌（红色箭头），进而诱发板内火山活动。该图基于前人速度层析成像（Li et al., 2008）、地壳厚度（Grad et al., 2009，Kalmár et al., 2019）及岩石圈厚度（Kalmár et al., 2023）成果综合绘制

杨淞杰（博士生）