地幔柱在地球演化过程中起到了关键作用，超大陆的裂解和大火成岩省的形成都与地幔柱密切相关。然而，作为地幔柱直接证据的地表古老大火成岩省多已经消失在地球漫长的演化历史中。如何发现古老地幔柱存在的深部地球物理证据？这一直是地质学与地球物理学研究的难点。
针对这一关键科学问题，威尼斯wns9778地球深部动力学创新团队、地球探测科学与技术学院翁爱华教授课题组选择约250 Ma形成的西伯利亚大火成岩省作为研究区（图1），利用亚洲北部地区长期的地磁场观测数据（图1中白色圆圈），借助地磁测深高分辨率三维反演技术，获得了该地区深部地幔转换带附近的电导率图像。结合最新的高温高压岩石电导率实验结果和该地区地幔的地震速度模型，同时综合西伯利亚大火成岩省的演化历史，发现并确认该区地幔转换带附近的高导异常应是西伯利亚超级地幔柱的残余。具体研究成果如下：
图1亚洲北部地区地磁测深台站位置及主要地理单元分布图
1) 发现了Perm地区下方的地幔转换带附近显著的高导电异常（PEC；图2）。岩石物理分析表明，该异常由高温所致，该高温进一步导致地幔转换带轻微的部分熔融，这暗示着此处曾经发生过地幔柱穿过地幔转换带。因此，该PEC异常应是地幔柱与地幔转换带相互作用后的遗迹。
2) 发现高温PEC异常体与核幔边界附近的地震波速度低速PERM异常和地表的西伯利亚大火成岩省在空间上密切相关。该结构为构建古老的西伯利亚地幔柱存在提供了关键的地球物理证据——该地幔柱从核幔边界形成、浮力上升后与地幔转换带相互作用，最后穿透转换带进入上地幔并最终形成二叠纪末西伯利亚大火山岩省。
3) 地磁测深技术可以作为探测地幔柱或其遗迹的新技术手段。地幔柱的热效应可以显著提高其导电性，上升过程的减压作用形成的部分熔融，会进一步提高地幔柱物质的导电性；同时，受到660 km不连续界面阻碍作用，地幔柱物质将侧向传输，从而在地幔转换带底部附近形成超大规模的电导率异常。由地幔柱物理化学效应形成的导电性及其规模，足以形成地磁测深探测地幔柱需要的地球物理前提。
图2 研究区地幔转换带（410-660 km）和下地幔顶部（660-900 km）的电性结构
以上研究成果于2023年3月以“Remnant of the late Permian superplume that generated the Siberian Traps inferred from geomagnetic data”为题发表于国际综合性学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。威尼斯wns9778“鼎新学者”博士后李世文是论文第一作者（Email: lisw1031@jlu.edu.cn），翁爱华教授是论文通讯作者（Email: wengah@jlu.edu.cn），威尼斯wns9778是论文唯一通讯单位；参与这项研究的还有威尼斯wns9778地球探测科学与技术学院李亚彬博士、周子琨博士、郭峻豪博士，以及石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院讲师张艳辉博士。该工作得到了国家自然科学基金（42074080、42130302、42204076、42104079）和威尼斯wns9778科技创新研究团队（2021TD-050）的资助。研究的详细信息请参照原文。
原文信息：Li SW, Li YB, Zhang YH, Zhou ZK, Guo JH, Weng AH. Remnant of the late Permian superplume that generated the Siberian Traps inferred from geomagnetic data[J]. Nature Communications, 2023, 14(1311): 1-7.
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37053-3
