岩石圈-软流圈边界（Lithosphere-Asthenosphere Boundary, LAB）是划分地球刚性岩石圈与粘塑性软流圈、理解板块构造的关键界面。大洋岩石圈起源于大洋中脊，并在扩张与冷却过程中不断演化。在洋中脊， LAB不仅是地球深浅物质交换不同行为的分隔屏障，更是调控地幔熔融、熔体迁移及洋壳增生过程的重要边界。对于中速至快速扩张洋中脊，地震反射成像揭示了位于浅部、宽约1–2公里的轴向岩浆透镜体（Axial Magma Lens, AML）（图1），被认为是LAB在最浅部的表现。但对于LAB延伸至更深处的性质、几何结构、控制机制及其与岩浆系统的关系，现在仍缺乏直接观测约束，制约了我们对洋中脊岩浆系统和板块动力学的整体认识。
图1 快速海底扩张作用形成的洋壳剖面示意图（引自 Karson 等，2002）。其中，深红色部分表示轴向岩浆透镜体（Axial Magma Lens, AML）
针对这一问题，美国内华达大学、法国巴黎地球物理研究所等组成的研究团队在Juan de Fuca洋脊与Cobb–Eickelberg热点交汇处的Axial火山区域，召开了三维地震反射探测研究，成功获取了延伸至5–6千米深度的高分辨率LAB三维图像，并提出“AML|LAB”结构及“岩浆同化混染前缘”的新概念（Kent et al., 2025）。研究表明，AML与LAB在空间上难以分离，而是同一个可陆续在追踪的强反射界面（AML|LAB），呈现出多个漏斗状穹顶结构，广泛分布于火山口及其周边（图2，图3）。这一界面不仅包裹并截断下覆岩浆岩床，形成多层叠置的岩浆系统，还控制了轴下熔体的迁移、聚集和喷发。特别是在火山口东南缘，AML|LAB最浅、反射最强的部位与热液活动最集中、地震最频繁及近三次喷发的起始点高度对应，表明AML|LAB几何结构对岩浆系统动力学具有控制作用。
图2 东北太平洋洋中脊Axial火山研究区域及反射地震剖面图像
图3 研究区域三维AML｜LAB界面形态图
Kent 等发现多处穹顶状构造显著区别于传统二维模型中沿轴均一的模式，揭示出洋中脊岩浆过程的复杂三维特性，为约束洋中脊下方的岩浆结晶分异与同化混染过程给予了关键细节。Kent 等提出，观测到的 AML|LAB 漏斗状结构代表了岩浆同化混染前缘。AML|LAB 对于岩浆活动存在两种控制机制：（1）AML|LAB下方堆叠的岩床使岩浆彼此隔离，易于内部分异演化；（2）AML|LAB界面处岩浆对上覆含水基底进行同化和混染，产生成分演化的岩浆。以上过程不仅改变了岩浆的物性特征，还重塑了其演化路径。该研究中能够广泛识别 AML|LAB 界面，表明 Axial 火山正处于强烈的岩浆活动阶段。当前，剧烈的岩浆活动使熔体在 AML|LAB 界面聚集，增强AML|LAB 界面的地震波阻抗，有利于地震学成像；未来岩浆活动减弱时，同化作用和岩浆多样性也将随之降低，AML|LAB 界面可能缩小，地震学难以成像。因此，岩浆供应的周期性变化不仅影响 AML|LAB 的地震波阻抗，还会改变岩浆组成，反映 LAB 结构和性质随时间的演化。此外，洋中脊不同位置观测到的 AML|LAB 空间差异性，也可能反映了岩浆系统的时间演化过程。
特别值得指出的是，如果将AML|LAB视为洋中脊下洋壳对流系统的顶界，那么地震学观测的“莫霍面”位于更深处，在叠置岩床系统的底部（图4）。这一认识并未在此前研究中被系统地提出过，可能部分是由于基于热对流模式的地球动力学模型与基于速度梯度变化的地震学图像之间存在差异。Kent等这一新的研究结果首次在洋中脊扩张中心清晰揭示了LAB的三维几何形态，提出了“AML|LAB”结构及“岩浆同化混染前缘”模型（图4），为基于高分辨率地震成像与地球动力学模型的跨学科研究给予了全新视角。
图4 沿 AML|LAB 界面的熔体聚焦与同化过程示意图。该研究识别的 AML|LAB 界面以橙线表示。图中展示了熔体沿 AML|LAB 界面向火山口聚焦的路径，以及该界面处对上洋壳和辉长岩的同化作用。理想化的熔体输运路径用带蓝点的近垂直上升箭头表示，当熔体遇到 AML|LAB 界面后沿界面迁移
在地震学领域，对LAB的研究也正从以天然地震学为主的大尺度探测，拓展至基于勘探地震学的高分辨率精细结构成像。对LAB的认识也正从“单一界面”拓展为“复杂系统”，从传统的温度控制边界演变为由熔体、挥发分与动力学耦合共同塑造的流变性界面（如Audhkhas and Singh, 2022; Herath et al., 2022; Hua et al., 2023; Wang et al., 2024）。未来，亟需整合天然地震学、勘探地震学、大地电磁观测、高温高压实验、岩石学和地球化学以及地球动力学模拟等多学科手段，实现更全面、细致的界面识别与动态过程解析，揭示熔体分布、构造活动与岩石圈–软流圈耦合作用下的动力学协同演化过程。
主要参考文献
Audhkhasi P, Singh S C. Discovery of distinct lithosphere-asthenosphere boundary and the Gutenberg discontinuity in the Atlantic Ocean[J]. Science Advances, 2022, 8(24): eabn5404.
Herath P, Stern T A, Savage M K, et al. Wide-angle seismic reflections reveal a lithosphere-asthenosphere boundary zone in the subducting Pacific Plate, New Zealand[J]. Science Advances, 2022, 8(38): eabn5697.
Hua J, Fischer K M, Becker T W, et al. Asthenospheric low-velocity zone consistent with globally prevalent partial melting[J]. Nature Geoscience, 2023, 16(2): 175-181.
Karson J A, Klein E M, Hurst S D, et al. Structure of uppermost fast‐spread oceanic crust exposed at the Hess Deep Rift: Implications for subaxial processes at the East Pacific Rise[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2002, 3(1).
Kent G M, Arnulf A F, Singh S C, et al. Melt focusing along lithosphere–asthenosphere boundary below Axial volcano[J]. Nature, 2025: 1-8.（原文链接）
Wang X, Chen L, Wang K, et al. Seismic evidence for melt-rich lithosphere-asthenosphere boundary beneath young slab at Cascadia[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 3504.
（撰稿：王新/地球与行星物理学科中心，杨建锋、刘博达、陈凌/岩石圈演化学科中心）
