2023, Vol. 53
2. 中国地震局地震研究所，地震大地测量重点实验室，湖北 武汉 430071;
3. 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州), 广东 广州 511458;
4. 中国科学院南海海洋研究所，南海生态环境工程创新研究院，中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室，广东 广州 511458;
5. 中国-巴基斯坦地球科学研究中心，中国科学院-巴基斯坦高等教育委员会，巴基斯坦 伊斯兰堡 45320;
6. 中国科学院大学，北京 100049
火山作用将地球内部物质输送到岩石圈，塑造了地表的构造形态。地球上的火山作用主要分布在扩张型板块边界(洋中脊)、汇聚型板块边界(岛弧)以及与热点有关的地区。强烈的热点作用喷出大量岩浆到地表，形成面积超过十万平方千米、地壳异常厚的火山区域，称为大火成岩省(Large Igneous Province)[1]。
洋底高原(Oceanic Plateau)是一种常见的海底地质构造单元，多为宽广的平顶海山，高几千米，面积可达数十到数百万平方千米，单个大火成岩省的体积达数百万立方千米，具有异常厚的地壳[1]。据统计，目前已知的洋底高原总面积约占全球海洋地壳(洋壳)面积的5.11%[2]。作为大陆溢流玄武岩在海洋中的对应物，洋底高原被认为是由短时间内大量的地幔岩浆喷发而成，在深海盆地中洋底高原是最显著的大火成岩省[3-4]。然而，不同于大陆溢流玄武岩，洋底高原隐藏于大洋深处，避免了风化侵蚀等对原始地质现象的改造和破坏；并且，其受陆源岩石的污染较少，更能代表地幔源区的岩性特质。因此，洋底高原是地球构造演化历史进程中大规模岩浆活动的忠实记录者，对研究地幔动力学甚至地球演化历史具有重要意义。
洋底高原的形成机制至今仍没有定论。过去几十年来，前人已经提出了几种洋底高原的成因假说，如地幔柱模型、板块模型、陨石撞击等，但没有一种假说可以完全解释所有的主要观测结果[5-12]。地幔柱模型(Plume Model)提出大型海底火山是由于深部地幔热柱上升到岩石圈底部喷发岩浆而形成；而板块模型(Plate Model)主张在地表板块的扩张边界处(即洋中脊)浅部地幔减压熔融喷发岩浆而促使大型海底火山形成。陨石碰撞成因由于缺乏证据而很少被学者接受。最新的全球三大洋底高原对比研究指出它们具有显著的地形隆起、异常厚的地壳、负地幔重力异常，以及形成于洋中脊之上或附近等共性特征，将地幔柱与洋中脊过程结合起来对已有成因模型进行修正，提出了地幔柱与洋中脊相互作用这个替代模型，是目前对洋底高原形成机制较为合理的解释[13-14]；但其具体动力学模式还停留在定性描述和概念模型的层面上。
沙茨基海隆(Shatsky Rise)位于西太平洋海底，在日本以东约1 600 km的公海区，是一座典型的海洋大火成岩省[3-4]，是现存地球上第三大的洋底高原，仅次于太平洋的翁通爪哇高原(Ontong Java Plateau)和印度洋的凯尔盖朗高原(Kerguelen Plateau)。沙茨基海隆是由晚侏罗-早白垩期间(约147~126 Ma)大规模火山活动所形成[15-16]，高约4 km，面积约5×105 km2，体积近7×106 km3。沙茨基海隆主要由几座已停止活动的大型海底火山组成(见图 1)，其中最大的那座名叫大塔穆火山(Tamu Massif)，被誉为地球上最大的单体火山[15]。大塔穆火山是沙茨基海隆最早形成的部分，顶部较为平坦，水深约2 km，侧翼坡度缓和，面积约3×105 km2。沙茨基海隆具有时空分布连续的火山结构、较薄的火山盖顶沉积、良好的地磁场分布以及成熟的洋壳等特征，同时具有洋中脊三联点(属于一个古太平洋三联点，由伊泽奈崎板块、法拉龙板块和太平洋板块交汇而成)的构造背景[9, 10, 13, 15-24]，是研究大型海底火山、洋底高原、海洋大火成岩省等形成机制的天然实验室。
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( 500 m等深线间距的背景水深数据来自于联合船测水深和卫星测高重力异常数据反演的海底地形模型[25]。大塔穆火山是文中提到的“地球上最大的单体火山”[15]，黑色虚线方框指示本文的大塔穆火山研究区。红色实线表示磁异常条带和断裂带，展示了区内为洋中脊三联点的构造特征[19]。黑色实线表示跨越大塔穆火山的代表性人工地震测线[22, 26]。红色圆圈表示大洋钻探取得火山基底岩石的钻孔位置。左上角的小图指示海隆在西太平洋的位置，位于日本、伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带的东边。Bathymetry data with 500 m contour are from satellite altimetry[25]. Tamu Massif is the Earth's largest single volcano mentioned in the text[15]. Black dashed box highlights the study area of Tamu Massif. Red lines denote magnetic anomaly lineations and fracture zones, implying a triple junction of mid-ocean ridges[19]. Black line represents seismic survey across Tamu Massif [22, 26]. Red circles show the ODP and IODP sites that core igneous basement rocks. Inset in the upper left shows the location of Shatsky Rise in the west Pacific Ocean, and to the east of Japan and IBM subduction zones. ) 图 1 沙茨基海隆的测深与构造图 Fig. 1 Shatsky Rise bathymetry and tectonic map |
本文聚焦在沙茨基海隆内最大的海底火山-大塔穆火山，在卫星测高重力与海底地形观测数据基础上，采用重力导纳分析技术研究该火山的重力均衡特征，计算区内洋壳厚度、岩石圈有效弹性厚度，并揭示火山底部载荷，从而探讨其成因与动力学过程。通过这座誉为地球上最大火山的研究，有望加深对全球大型海底火山形成演化的基本规律的认识和理解。
2 方法与数据 2.1 重力导纳分析方法根据Airy均衡模型和岩石圈挠曲均衡模型[27-28]，本文将基于理论模型计算的重力导纳与基于实测海底地形与重力异常数据的观测重力导纳进行对比分析，以研究海底构造的均衡状况。参考文献[29]，理论重力导纳计算公式为：
| $ Z(k)_{\mathrm{flex}}=2 \rm{ \mathsf{ π} } \mathit{G}\left(\rho_{\mathrm{c}}-\rho_{\mathrm{w}}\right) \mathit{e}^{-\mathit{k d}}\left(1-\mathit{\Phi}_{\mathit{e}}(\mathit{k}) \mathit{e}^{-\mathit{k d}}\right) \text { 。} $ | (1) |
式中：G为万有引力常数；ρc、ρw分别为地壳和海水密度；d为区域平均水深；t为平均地壳厚度；k=2π/λ为波数，λ为地形波长，Φe(k)为岩石圈挠曲响应函数：
| $ \mathit{\Phi}_{\mathrm{e}}(k)=\left[\frac{D k^4}{\left(\rho_{\mathrm{m}}-\rho_{\mathrm{c}}\right) g}+1\right]^{-1} 。$ | (2) |
式中：ρm为地幔密度；D=ETe3/[12(1－υ2)]为岩石圈抗挠刚度，E为杨氏模量，Te为岩石圈有效弹性厚度，υ为泊松比。观测重力导纳的计算公式为：
| $ Z(k)=\frac{\left\langle\Delta G(k) H^*(k)\right\rangle}{\left\langle H(k) H^*(k)\right\rangle} 。$ | (3) |
式中：ΔG(k)为重力异常的傅里叶变换；H(k)为地形的傅里叶变换；符号“*”表示复共轭；符号“〈 〉”表示在频率域内求周期平均。
重力导纳分析过程中，主要涉及岩石圈有效弹性厚度Te，平均水深d，地壳密度三个参数的调整。胡敏章等[30]研究指出，在频率域内波长小于50 km的情况下，由于海底地形被岩石圈强度所支撑，不产生均衡补偿，因此短波段(< 50 km)理论重力导纳不随着岩石圈有效弹性厚度(Te)的变化而变化，但依然受地壳密度和平均水深参数影响，可在20~50 km波段中通过重力导纳分析来先行测试模型最佳地壳密度和水深参数。
在比较大塔穆火山理论重力导纳与观测重力导纳的过程中，测试了不同的地壳密度(2 500~3 000 kg/m3)和水深(平均模型深度±500 m)。通过不断调整地壳密度、水深参数，计算理论重力导纳，并将其与观测重力导纳进行比较，当两者之差的均方根最小时，获得相关参数的最佳估值。从图 2看出，当理论重力导纳与观测重力导纳差值均方根最小的时候(1.475 mGal/km)，最佳地壳密度和水深的数值分别是2 500 kg/m3和4 600 m。同样，地壳密度参数和水深参数确定后，通过岩石圈取不同值时的理论重力导纳与观测重力导纳进行对比，当理论重力导纳与观测重力导纳之差的均方根达到最小时，可以确定最佳的岩石圈有效弹性厚度[29]。从图 3看出，当理论重力导纳与观测重力导纳差值均方根最小的时候(3.318 mGal/km)，大塔穆火山的最佳岩石圈有效弹性厚度是3 km。
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( 在海底地形20~50 km波段中，通过理论重力导纳与观测重力导纳的比较，确定模型最佳的地壳密度和水深。Determination of the model optimum crustal density and water depth is by fitting the observed and theoretical admittances at 20~50 km wave bands in seafloor topography. ) 图 2 模型最佳地壳密度和水深示意图 Fig. 2 Model optimal values of crust density and water depth |
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图 3 大塔穆火山岩石圈有效弹性厚度误差分析图 Fig. 3 Error analysis of lithospheric effective elastic thickness of Tamu Massif |
本次研究使用到卫星测高重力异常数据和海底地形数据，数据分析范围见图 1中黑色虚线方框，包含整个大塔穆火山的主体部分。卫星测高重力异常数据来自斯克利普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)，版本V23.1。海底地形数据是通过重力垂直梯度异常和船测水深联合求得[31-32]，数据空间分辨率为1′×1′。在计算岩石圈有效弹性厚度过程中，胡敏章等[30]通过测试不同的海底地形模型，发现联合重力垂直梯度异常和船测水深数据构建的海底地形模型最适用于洋壳重力均衡分析。
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表 1 大塔穆火山重力均衡分析地壳模型参数 Table 1 Crustal Parameters for Isostasy analysis of Tamu massif |
大塔穆火山(长宽约650 km乘以450 km)是沙茨基海隆中最大、最老的海底火山[10, 15, 17, 18, 22, 26]。尽管大塔穆火山巨大，但是它的重力异常值很低(小于30 mGal)[14]，这意味着火山大体达到了重力均衡状态[33]。基于Airy均衡模型(公式(1)中Te=0的情况)，计算得到的理论重力导纳与观测重力导纳的对比分析见图 4。导纳结果显示大塔穆火山的平均地壳厚度是11~17 km，这与实际地震观测结果相符合[26]。火山海底地形波长(λ)大于160 km或者小于60 km(即波数1/λ，小于0.006 25或者大于0.016 67)的时候，处于重力均衡状态。当火山海底地形波长在60~160 km(波数在0.006 25~0.016 67)之间时，结果显示观测重力导纳值明显低于理论重力导纳值，这意味着相对于Airy均衡模型该波段存在质量缺失或者低密度区；同时，也暗示着该地区的海底地形隆起可由低密度重力异常产生的浮力所支撑。
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( 黑色圆点表示观测重力导纳数据(带误差)。红色虚线、点线、点虚线表示基于不同平均地壳厚度(t)的理论重力导纳曲线。Filled black circles with error bars are observed admittances. Red dashed, dotted, and dash-dotted lines are theoretical admittances for different mean crustal thickness (t). ) 图 4 大塔穆火山Airy均衡模型理论重力导纳与观测重力导纳对比图 Fig. 4 Comparison of gravity admittances from Airy isostatic model, and altimetry and bathymetry observations over Tamu Massif |
图 5结果显示大塔穆火山的岩石圈有效弹性厚度是1~3 km。这个低数值的岩石圈有效弹性厚度，意味着大塔穆火山形成于强度很弱的岩石圈上；考虑到其磁异常数据显示的洋中脊三联点构造特征[18-19, 24]，进一步指示了大塔穆火山形成于洋中脊之上。
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( 黑色圆点表示观测重力导纳数据(带误差)。红色虚线、点线、点虚线表示基于不同岩石圈有效弹性厚度(Te)的理论重力导纳曲线。Filled black circles with error bars are observed admittances. Red dashed, dotted, and dash-dotted lines are theoretical admittances for different lithospheric effective elastic thickness (Te). ) 图 5 大塔穆火山挠曲均衡模型理论重力导纳与观测重力导纳对比图 Fig. 5 Comparison of gravity admittances from flexural isostatic model, and altimetry and bathymetry observations over Tamu Massif |
在上述均衡模型中考虑到底部载荷的影响，进一步分析大塔穆火山中质量缺失的问题。热地幔物质上升至地壳底部的残留，或者热异常等区域，形成局部的相对低密度区域，即为底部载荷，其浮力对海山有一定的支撑作用。以参数f定义底部载荷与海底地形载荷之比，根据胡敏章等[29]的公式(6)，计算f取不同值时的理论重力导纳，将其与观测重力导纳相比较，可获得沙茨基海隆底部载荷规模的估值。
根据3.1节的分析，将底部载荷深度设置在14 km，也就是大塔穆火山平均地壳厚度11~17 km的中间值，指示着火山底部地壳。图 6显示大塔穆火山的底部载荷(f)在0.1~0.6之间。Ito等[34]和Shimizu等[35]的研究指出大塔穆火山的沉降要小于地幔柱模型的预测，暗示着相对于周边洋壳的均衡，火山地壳中存在质量缺失，火山中的相对低密度区产生浮力，从而支撑或者部分支撑了火山地形的隆起。另外，根据氧化镁成分的分析，Husen等推测在大塔穆火山下可能存在一个浅部(小于6 km)和一个深部(18~24 km)连接起来的岩浆房系统。导纳分析结果显示的大塔穆火山底下这个质量缺失或者低密度区可能是由于这个岩浆房系统残留在地壳中所引起的[36]。
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( 黑色圆点表示观测重力导纳数据(带误差)。红色虚线、点线、点虚线表示基于不同底部载荷(f)的理论重力导纳曲线。Filled black circles with error bars are observed admittances. Red dashed, dotted, and dash-dotted lines are theoretical admittances for different inner mass loading (f). ) 图 6 大塔穆火山考虑底部载荷时的理论重力导纳与观测重力导纳对比图 Fig. 6 Comparison of theoretical and observed gravity admittances regarding inner mass loading over Tamu Massif |
重力均衡导纳分析指出大塔穆火山的岩石圈有效弹性厚度小于3 km，揭示了大塔穆火山形成于一个很弱的岩石圈之上，或者说形成于洋中脊之上，属于“on ridge”海底构造[37-38]，这点符合沙茨基海隆形成于洋中脊三联点的构造背景[18, 19, 24, 39]。选取一条跨越大塔穆火山的代表性测线(A-B测线，位置见图 1)，基于岩石圈挠曲均衡模型，利用第3节获得的岩石圈有效弹性厚度等参数和海底地形数据，可根据公式(2)计算莫霍面挠曲, 进而推断莫霍面深度，推算结果见图 7。图 7同时给出了基于Airy均衡模型给出的莫霍面深度。总体来说，两个理论模型的莫霍面推算结果大致上与地震观测得到的莫霍面结果相吻合[26]；揭示了大塔穆火山底下埋藏着一个深达约30 km的地壳根。这个巨厚的洋壳意味着大量的岩浆通过洋中脊的海底扩张输出到地表。
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( 地震莫霍面数据来自于张锦昌等[26]。红色圆圈表示大洋钻探钻孔U1347取得火山基底岩石的位置。A-B剖面位置见图 1。Seismic Moho data are from Zhang et al.[26]. Red circle represents the IODP U1347 site that cores igneous basement rock. Location of Line A-B is shown in Fig. 1. ) 图 7 跨越大塔穆火山A-B剖面的海底地形与莫霍面形态 Fig. 7 Seafloor and Moho undulations from Line A-B across Tamu Massif |
为了和大塔穆火山周边构造对比，采用移动窗口导纳分析技术[40]获取沙茨基海隆以及周边地区的岩石圈有效弹性厚度分布图(见图 8)。结果显示沙茨基海隆与赫斯海隆都具有较低的岩石圈有效弹性厚度，符合两个海隆类似构造成因的认识[41]。沙茨基海隆的岩石圈有效弹性厚度要明显低于夏威夷-帝王海山链，这意味着洋底高原的形成与海山的形成具有不同的机理。夏威夷-帝王海山链是板内热点构造[42-43]，是地幔热点刺穿先存岩石圈并加载在先存岩石圈上，所以岩石圈有效弹性厚度较大、岩石圈强度较大；而沙茨基海隆形成于洋中脊，没有先存的岩石圈，是新生的洋壳，所以岩石圈有效弹性厚度接近为零、岩石圈强度很弱。
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( 黑色等深线勾勒出沙茨基海隆、赫斯海隆以及夏威夷-帝王火山链。红色星号代表大塔穆火山。Black lines are bathymetry contours depicting Shatsky Rise, Hess Rise, and Hawaiian-Emperor Seamount Chain. Red star denotes the location of Tamu Massif. ) 图 8 沙茨基海隆及周边地区的岩石圈有效弹性厚度 Fig. 8 Lithospheric effective elastic thickness around Shatsky Rise |
根据大洋岩石圈的冷却模型，大洋岩石圈随着海底扩张不断远离洋中脊会变老、变厚和变冷，导致岩石圈强度增大[44-45]。岩石圈有效弹性厚度记录了这一演变过程。图 9整理了大塔穆火山周边的侏罗纪、白垩纪洋壳的岩石圈有效弹性厚度代表值，数据来自胡敏章等[30]。总体上，白垩纪洋壳的岩石圈有效弹性厚度比更老的侏罗纪洋壳要小，这符合上述冷却模型的推测。沙茨基海隆形成于晚侏罗-早白垩，跨越了侏罗纪到白垩纪两个地质时期，海隆的岩石圈有效弹性厚度比周边侏罗纪洋壳或者白垩纪洋壳都要低，这意味着沙茨基海隆虽然形成于洋中脊之上，但是其动力学机制区别于正常的洋中脊海底扩张模式。
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( 红色星号代表大塔穆火山。黑色实线P&S是大洋岩石圈冷却模型数据来自于Parsons and Sclater[44]。绿色虚线GDH1是板块冷却模型数据来自于Stein and Stein[45]。蓝色三角(夏威夷-帝王海山链)、红色圆圈(侏罗纪洋壳)、紫色方形(白垩纪洋壳)数据来自于胡敏章等[30]。Red star denotes the location of Tamu Massif. Black line labelled P&S is from plate cooling model introduced by Parsons and Sclater[44]. Green dashed line labelled GDH1 is from plate cooling model suggested by Stein and Stein[45]. Data of Hawaiian-Emperor Seamount Chain (blue triangles), Jurassic (red circles) and Cretaceous (purple squares) oceanic crusts are from Hu et al.[30]. ) 图 9 大塔穆火山与夏威夷-帝王海山链以及周边侏罗纪、白垩纪洋壳的对比图 Fig. 9 Comparison of Tamu Massif, Hawaiian-Emperor Seamount Chain and Jurassic and Cretaceous oceanic crusts nearby |
相对于周边洋盆，大塔穆火山具有超薄(1~3 km)的岩石圈有效弹性厚度；具有超厚(11~17 km)的平均地壳厚度；以及火山底下存在低密度区。超薄的岩石圈有效弹性厚度指示了大塔穆火山形成于洋中脊之上，这点符合磁异常数据揭示的洋中脊三联点构造背景[18-19, 24, 39]，也符合火山形成于板块扩张边界，由于没有先存岩石圈(或强度极弱的岩石圈)，岩浆喷出过程基本处于动力学均衡状态，展示出较低的重力异常值[14, 33]。大塔穆火山展示出比周边侏罗纪或者白垩纪正常洋壳更低的岩石圈有效弹性厚度，加上它拥有比正常洋壳(6~7 km厚度)厚一倍以上的地壳，都意味着大塔穆火山的形成机制是有区别于正常洋中脊的。无论Airy均衡和岩石圈挠曲均衡模型推算，还是人工地震实际观测结果[22, 26]，都揭示了大塔穆火山底下存在一个厚达约30 km的地壳根，这样超厚的洋壳需要大量的岩浆从地幔输出到地表，正常洋中脊是没法满足的。尽管大塔穆火山形成于洋中脊之上，但是还需要额外的岩浆供给才能构建体量如此厚硕的洋壳。大塔穆火山的形成，在洋中脊过程基础上，还需要一个额外的机制。第一种可能就是地幔柱(Mantle plume)[1, 3-4]，地幔柱可以从地幔深部带来足够多的物质输送到洋中脊下面，产生地幔柱与洋中脊的相互作用，两者加成从而喷出大规模的岩浆。地幔柱模式在大塔穆火山上找到不少观测证据，包括大洋钻探航次在大塔穆火山上钻取到巨厚块状熔岩(厚达23 m)，揭示了大规模熔岩流、快速喷发并扩散的特征[9, 15]；多道地震反射剖面显示，大塔穆火山是地球上最大的单体火山，具有围绕单一火山中心呈现盾状、两翼坡度低的结构[15, 22, 26]。这些观测反应了熔岩流喷发时粘度低、喷出速率高且流动距离长，大量岩浆很快地从火山中心流出并扩散至周边海盆，与地幔柱头大规模、快速的岩浆喷发预测的特征一致。沙茨基海隆北部的两座火山(奥里火山和希尔绍夫火山，见图 1)和帕帕宁海岭年龄逐渐年轻、规模逐步变小并呈现链状排列，反映了从地幔柱头过渡到地幔柱尾的过程。因此，地幔柱与洋中脊相互作用机制是能够较好地解释大塔穆火山上这些重要观测和模拟结果的，但其具体的动力学模式目前仍停留在定性认识层面上，还没有开展足够的定量研究[9-11, 13-14]。
另一种可能的额外机制是大面积、不均一的富集地幔减压熔融(Massive heterogeneous fertile mantle)[46-48]。与地幔柱作用相比，由于不需要深部地幔物质参与，岩浆来源较浅，这种机制在时间上可以更长、在空间上可以更广。支持这种机制的观测证据有：地球化学与同位素分析表明，MORB(洋中脊玄武岩)是大塔穆火山熔岩的主要岩石类型，这种岩浆与太平洋MORB相似，但与热点相关的OIB(洋岛玄武岩)不同[49-50]。从地震折射数据计算得出的速度模型表明，地壳厚度与地震波速呈现负相关关系，即较厚地壳的火山中心呈现较低的地震波速，意味着大塔穆火山具有化学异常特征的岩浆来源，指示具有较冷的浅部地幔物质被动上涌的特征[51]。这种机制目前研究较少，很多学者认为难以解释大塔穆火山这样超级规模岩浆量的产生。
导纳分析结果显示大塔穆火山底下14 km处存在一个低密度区，这个质量缺失的区域可能由于残留岩浆房造成。地球化学分析指出在大塔穆火山地壳浅部和深部均存在岩浆房，构建起从下而上的岩浆输送系统[36, 52]。这个岩浆房系统残留在大塔穆火山下面，就会产生一个相对于周围的低密度区，而这个低密度区对应了火山中心部位较两翼更低的地震波速(假设地震波速与地壳密度是正相关关系)[51]。残留的岩浆房系统在大塔穆火山主体形成后，导致了广泛的后期火山活动，例如大塔穆火山顶峰的多伦多海岭(约15 Ma晚于大塔穆火山，来自于拖网岩石定年数据)[41, 53-55]，以及成千上万、星罗密布在大塔穆火山表面上的次生海山椎[23, 56]。另外，大塔穆火山底下这个低密度区的存在会产生浮力来支撑火山中心地形的隆起，导致整个火山出现差异性沉降[34-35]，也就是火山中心比侧翼沉降得要少，这样会在火山翼部产生诸多正断层，这个推测也得到了多道地震剖面观测的证实[22-23]。
5 结论(1) 大塔穆火山的岩石圈有效弹性厚度是1~3 km，指示火山形成于很弱的先存岩石圈之上，即形成于洋中脊之上。这个结果符合大塔穆火山处于低重力异常的均衡状态，以及处于洋中脊三联点的构造背景。
(2) 大塔穆火山平均地壳厚度是11~17 km，并拥有一个厚达约30 km的地壳根。Airy均衡模型和岩石圈挠曲模型推算的结果与实际地震观测结果大体一致。超厚的洋壳需要大量岩浆喷发产生，指示大塔穆火山形成机制区别于正常洋中脊，需要额外的动力学过程参与。地幔柱与洋中脊相互作用是目前较好的成因解释模式，但需开展定量研究进一步证实。
(3) 大塔穆火山底下存在一个质量缺失的低密度区，这个区域可能是残留岩浆房造成的结果，对应了火山中心氧化镁的地球化学特征和较低地震波速的实际观测、以及火山表面诸多的次生海岭和海山椎的发现。这个低密度区还会产生浮力支撑火山中心隆起，导致火山侧翼沉降更多, 从而在火山翼部产生一系列正断层。
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3. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou 511458, China;
4. The Key Laboratory of Ocean and Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Innovation Academy of South China Sea Ecology and Environmental Engineering, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 511458, China;
5. China-Pakistan Joint Research Center on Earth Sciences, CAS-HEC, Islamabad 45320, Pakistan;
6. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China