长白山天池火山由于远离俯冲带板块边界/海沟,位于平卧的俯冲板块(西太平洋板块)上方约600 km左右,显然成因不同于传统的俯冲带火山,应该属于内陆火山成因的一种。目前对于这种远离板块边界/海沟的陆内火山成因,尚不是十分清楚。由于地震层析成像等技术的支持,俯冲板块深部脱水导致上覆地幔部分熔融进而产生岩浆作用,引起越来越多的关注。目前,俯冲板块深部脱水导致上覆地幔部分熔融进而产生岩浆作用的成因机制研究主要是通过数值模拟计算或者通过地震层析成像等数据进行推测,但是直接证据,特别是岩石地球化学方面的证据还较少。本次研究的内容主要分为地球动力学数值模拟和岩石地球化学分析两部分。根据地球动力学数值模拟的结果,结合岩石地球化学的分析结果,最终对长白山天池火山的成因给出合理的、定量的解答。为了从地球动力学角度分析太平洋板块俯冲对长白山天池火山成因的影响,建立了一个二维的热力学耦合数值模型对太平洋板块水化、俯冲、脱水(深部脱水)、部分熔融产生、熔融物质上升、以及陆内火山/岩浆作用形成的整个地球动力学过程进行了模拟。研究内容主要包括板块的深部脱水过程以及弧后盆地的演化过程。前者是说明水分可以被俯冲板块带到深部(~600 km)并最终释放出来,引起上覆地幔楔部分熔融,形成陆内岩浆房,最终在陆内形成火山作用的整个动力过程。后者是说明板块俯冲可以形成宽广的弧后盆地(宽度大于1000 km),从而使得大陆板块前缘可以远离俯冲带板块边界/海沟1000 km。岩石地球化学分析主要利用野外地质调查、岩石地球化学分析、年龄测定等手段,与地球动力学数值模拟的结果进行比对,进一步的研究长白山陆内火山/岩浆的成因。经过本次研究主要得到了以下结论:(1)模拟结果说明俯冲板块有能力将水分带入到~660 km的相变面并释放出来,俯冲板块深部脱水所释放的水分随着时间的推移逐渐增多并向上覆的地幔楔运移。水分的存在使得地幔楔物质的熔融点降低,从而导致了地幔楔中发生部分熔融。这些部分熔融物质可以运移到大陆板块下方形成岩浆房,从而引发陆内的火山/岩浆作用。(2)板块深部脱水及深部地幔楔部分熔融是一个十分复杂的地球动力学过程,具有众多的影响因素:最大控制因素是地幔楔中岩石熔融点的变化特性,因为其直接控制着地幔物质是否可以发生部分熔融;产生大量的深部部分熔融需要一个很长的模型演化时间,因此板块的俯冲演化时间也是深部熔融的一个重要影响因素;在模型演化过程中观察到板块会在不同的时间或者部位发生拆沉,板块的拆沉影响了板块深部脱水及深部地幔楔部分熔融的过程,以及最终部分熔融发生以及上升的位置;地幔楔的温-压条件由于在整个俯冲过程中变化不大,因此对板块深部脱水的影响不大。(3)本文运用数值模拟技术分析了俯冲带弧后盆地扩展的四个阶段,并归纳了3个弧后盆地扩展的主要模式,并得到了俯冲板块如果拥有合适的地球物理参数是有能力形成~1000 km的弧后盆地的结论。另外,系统讨论了弧后伸展的影响因素,认为当板块年龄适中(120 Ma),且具有合适的板块间耦合力(合适的λfluid andλmelt值,如0.05),以及较慢的汇聚速率时,板块的地球物理性质使其可以产生宽广的弧后扩展区。(4)分析长白山天池火山二道白河流域玄武岩主量元素、微量元素、稀土元素Sr-Nd同位素特征,表明二道白河流域玄武质岩石来源于同一地幔源区,具有似原始地幔的特征,靠近原始地幔且有略向EM1富集地幔偏移的趋势,是在地幔条件下经橄榄石、辉石和基性斜长石结晶分异后形成的岩浆,玄武岩保留部分熔融趋势,其形成与俯冲板片的部分熔融有关,且岩浆在上升的过程中遭受了壳源物质的同化混染。本文首次结合地球动力学数值模拟技术和地球岩石化学分析对长白山火山这一远离海沟的陆内火山成因进行了探讨,并给出了一个较为合理的解释。这一结果(1)将对研究板块俯冲及火山岩浆形成的动力学机制提供重要的依据;(2)对区域新生代火山岩及岩浆形成演化机制的研究提供基础资料;(3)为探讨区域玄武岩岩浆来源、岩浆性质和成因、构造环境提供新的论据;(4)为进一步研究该地区火山的活动性、喷发机制、预测方法等提供定量化的基础资料;(5)为东亚远离海沟的陆内弧后火山的形成,提供定量化的、可视化的深部地球动力学背景;(6)为火山灾害监测与预防等提供一定参考,具有重要的现实意义。