深俯冲和地幔底部P波速度的非球层变化

回顾了与深俯冲和地幔底部结构有关的层析成像的一些新近结果。成像显示出了一些地震波速高于下地幔平均值的狭长结构,它们和上地幔地震板块相连续,其地理分布和过去120Ma 中板块敛合区出露于地表的位置相关性很强。在大约2000km 深处,这些长的线性结构分裂成更小的单元。然而,在一些地区,狭窄的下降体看起来好象是延伸到了地幔底部,在这些地方它们分散开来形成长波长结构,这样就支持了认为深俯冲和下地幔的复杂结构有关系的预测。上升体似乎没有像下降体那样更普遍地存在,而且所使用的 P 波数据也成像较差。这些结果证实了很多过去基于残差球谐分析的结果,也和放射性衰减从内部加热而产生的全地幔对流假说一致。尽管有全地幔的对流,但对流流动似乎在上地幔过渡带以及在大约1800～2300km 深处的过渡带被强烈地扰动。虽然成像未必能反映出因状态变化而引起的深部对流形态的变化,但是 P 波和 S 波数据的联合反演表明它和纵波及横波波速之比的变化是一致的。弹性模量的这种表现在其他地方也有报道,这暗示了地幔底部附近广泛存在化学非均匀性。因此地幔底部约800km 的区域包含了有助于我们理解地球构造和演化的信息。不幸的是,我们不能采集到足够多的直达 P波数据,但如果使用核震相,则数据覆盖能够得到改善。我们初步的研究认为,虽然本文提出的 P 波模型解释了大量的已被用于研究核幔边界上部非均匀性的 PKP波走时残差,但是却低估了它们的幅度。走时差和直达 P 波数据的联合反演可望减少波速模型中非均匀性程度的明显偏差,而且它还充分利用了走时残差的优点,而不必假定异常的位置。

内核旋转的大地测量学估计和地震学估计的对比

地震观测表明:在过去30～50年间,内核比地幔的旋转速率要快。这种差异旋转能在地幔上产生巨大的重力转矩。如果不能被其他转矩平衡,那么随着地幔旋转速率的变化,这种重力转矩应当能被检测到。我们对比了内核旋转的地震估计和由日长(LOD)观测结果通过重力耦合模型反演出来的估计。模型预测取决于几个参数,但对参数值的期望范围,相对旋转的地震估计至少要比由日长数据预测的大一个数量级。此外,在过去30～50年间的日长数据预测了内核与地幔角准线的振荡,而地震数据似乎要求有稳定旋转的分量。我们认为内核的稳定旋转导致作用在地幔上一个稳定的转矩。由于这种转矩并不对地幔旋转速率起加速作用,因此,它需要有另一种相反的转矩来平衡。这一所需的转矩与由于地核顶部的西向流动而在幔基上产生的摩擦电磁应力是一致的。