백두산의 분화 가능성 및 화산 활동성을 관측하고 평가하기 위해서는 하부에서 일어나고있는 화산 생성 및 발달과정에 대한 근원적인 연구가 필요하다. 대부분의 화산은 섭입대에서 화산호의 형태를 나타내며 발달하기 때문에 섭입대에서의 화산 생성 및 활동에 관한 지구물리/지구화학적 프로세스들은 백두산 하부의 화산 특성을 이해하는 데에 크게 기여할 수 있다. 판이 섭입하는 수렴경계의 상부 판에서는 화산 활동이 동반되는 경향이 있다. 즉, 섭입 시스템과 화산호 사이에는 강한 인과관계가 있다. 하지만 섭입대에 따라서 마그마 활동의 정도와 양상은 크게 다르며, 화산 활동을 보이지 않기도 한다. 섭입하는 판 속에는 유체(주로, 물과 이산화탄소)를 함유하는 함수 광물이 존재한다. 섭입판 속에 유체의 양은 섭입대 마그마 및 화산 활동에 영향을 미치는 주요 변수 중 하나이다. 섭입판은 40km 이상의 깊이에서 변성작용을 겪고, 함유하던 물과 이산화탄소를 방출한다. 방출된 물과 이산화탄소는 섭입판 위 맨틀 쐐기의 화학조성을 바꾼다. 화학조성의 변화는 맨틀 쐐기의 부분 용융 조건을 때때로 만족하며, 이것은 마그마 활동으로 이어진다. 지진파가 섭입대를 직접 통과하여 지표에서 기록되면, 그 속에는 섭입대의 물리적 정보가포함되어 있다. 지진학적 방법론은 지진파형으로부터 섭입대에 관한 정보를 추출하는 것을 가능하게 한다. 그리고 그것으로부터 섭입판과 맨틀 쐐기의 물리적 성질을 규명할 수 있다. 또한, 물리적 성질로부터 유체의 양이나 유동 양상을 추론할 수 있다. 섭입판은 일반적인 판과 비교해서 지진파의 속도가 느리다. 섭입판 최상부 S파 속도는 평균적인 해양지각과 비교해서, 약 20∼30% 느리다. “섭입판에 함수 광물이 많음”, “유체 공극 압력이 높음”, 또는 “지진파 비등방성”이 이것의 주요한 원인으로 해석된다. 이 논문에서는 섭입 시스템(섭입하는 판, 맨틀 쐐기, 호상 마그마 활동과 화산)과 관련 있는, 지진학적으로 중요한 결과를 설명한다. 그리고 지진학적 결과를 기반으로 어떻게 섭입하는 판에서 유체의 방출과정이 진행되는지, 그리고 유체 방출 때문에 발생하는 호상 마그마 활동의 메커니즘이 어떻게 규명되는지 요약한다.

Fluids play a critical role in subduction zone processes and arc magmatism. At greater depths(>40km), H2O and CO2 released by metamorphic reactions in the subducting oceanic crust may alter the bulk composition in the overlying mantle wedge and trigger partial melting reactions. Seismic imaging provides an opportunity to image the fluid migration and to constrain seismic properties of the subducted oceanic crust and mantle wedge. The subducted oceanic crust is typically observed as a low velocity, and near its top interface the shear wave velocities are observed as 20∼30 % reduced than (normal) lower crustal velocities. High P-to-S wave velocity ratio (Vp/Vs; exceeding 1.8) nearthe slab-mantle interface is currently considered due to a large concentration of hydrous minerals,high pore-fluid pressure, and/or seismic anisotropy. The mantle wedge is characterized by a lowattenuation forearc, a zone of low velocities above the subducting slab, and a high attenuation zonebeneath the volcanic arc. In this paper, we review fluid processes in subduction zones to understandtheir effects on arc magmatism, and then highlight previously published seismological observationsconstraining the structures of the oceanic crust, mantle wedge, and volcanic arc.

volcanic arc, subduction, oceanic crust, mantle wedge, arc magmatism, seismic waves