帕米尔—兴都库什深俯冲残留体对410km间断面起伏形态的影响

受俯冲残留体影响的410km间断面起伏形态的研究对于确定地球内部物质构成及地球动力学过程具有重要作用.帕米尔—兴都库什俯冲区域拥有全球少有的中、深源地震,为研究410km间断面起伏提供了良好的资源.利用日本Hi-net地震台网和美国TA台阵记录的帕米尔—兴都库什俯冲区域的6个震源深度为154.0-220.9km、震级为Mb5.6-6.4的中、深源地震的短周期/宽频带波形资料,经过4次根倾斜叠加处理,获得了36组Hi-net子台网和TA记录资料的倾斜叠加灰度图,从中提取了与410km间断面相关的次生转换震相SdP,发现受俯冲残留体影响下的410km间断面的深度位于372-398km.较之持续俯冲的西太平洋地区海洋岩石圈,研究区域俯冲滞留体对于410km间断面的相变线的影响要小得多.

华北地区410km间断面和660km间断面结构——克拉通活化的地幔动力学状态探测

地幔过渡带间断面的形态能够提供地幔动力学状态的重要信息.本文利用密集流动台阵观测获得的地震波形记录,采用高分辨的地壳-上地幔速度结构成像结果作为接收函数共转换点叠加的速度模型,获得了华北克拉通地区地幔过渡带410km间断面和660km间断面深度的空间分布.结果揭示华北克拉通410km间断面和660km间断面结构的空间变化显著,存在多处间断面深度异常.地幔过渡带的结构特征以南北重力梯度带为界分为东西两部分;410km间断面变深(420～430km)的区域主要分布在华北克拉通东部,660km间断面变浅(642～655km)的区域出现在华北克拉通西北部;在华北克拉通东南部,660km间断面显著加深.本文分析认为,停滞在地幔过渡带的太平洋俯冲板块、厚度剧烈变化的克拉通岩石圈以及它们与周围地幔的相互作用,导致华北克拉通下存在活跃的地幔流动体系,造成过渡带间断面形态的高度不均匀.本文推测了两种可能的地幔过程:在克拉通根厚度显著变化的区域发生减压熔融,或者边界驱动的对流引起地幔物质沿着厚的克拉通根向上流动;或者是停滞在地幔过渡带的俯冲板块部分沉入下地幔,同时导致被排出的下地幔物质上升.

欧洲南部410km间断面的波速结构

地球内部结构的研究显示,上地幔中400km深度附近存在一个波速和密度的间断面,通常称为410km间断面.普遍认为,橄榄岩α态与β态之间的转换导致了这个间断面的形成,而且在PREM等被广泛采用的地球模型中,这一间断面通常被处理为一个尖锐的跳变.然而,近年来的一些研究提出该间断面在某些地区存在着更复杂的结构.利用欧洲台网所观测到的宽频带数据,对发生在意大利中部的1998-05-18地震事件进行了分析研究,在PREM模型的基础上,通过对不同的410km间断面结构模型的波形模拟,得到了更适用于这一区域的半跳变半渐变模型.

中国东北地区410间断面结构及其动力学启示

地幔过渡带是地球内部重要的储水带,其内部间断面的厚度及两侧地震波的速度跃变可对过渡带附近的含水量和矿物组分提供重要约束。笔者利用中国东北地区4个流动台阵的公开地震数据,提取出多频段Pds转换波的振幅信息,基于马尔科夫链蒙特卡洛方法(MCMC)同时反演获得了该地区410 km间断面的厚度及两侧的横波速度跃变值。结果显示,中国东北地区410间断面厚度达到~25 km,横波速度在该深度范围内增加了约6.9%。笔者认为是滞留在过渡带底部的太平洋板块持续脱水,增加了过渡带顶部的含水量(>0.5 wt%),使该处矿物处于或高于流体饱和状态,导致该处矿物发生部分熔融,形成低速低阻异常体的同时使410间断面相较于无水情况(~7 km)发生了显著增厚。

410 km间断面的地震学速度结构研究

1研究背景地球内部约410-660 km的范围被称为地幔过渡带,其顶部界面,即410 km间断面,被认为是由橄榄石-瓦兹利石相变产生的相变界面。410 km间断面上方附近是否存在部分熔融,地震学表现为地震波速度低速层,是对地幔过渡带中是否含有水的重要约束。地震体波三重震相是对地幔过渡带及其附近结构敏感的一种波形组合,被前人用来研究并约束410 km间断面的低速结构体。Song等(2004)利用三重震相波形拟合方法对北美西部的410 km间断面附近速度结构展开研究,成功探测到一个厚度为20-90 km、速度降低约为5%的低速层,并解释为部分熔融导致的成分异常。

基于三重震相拟合的华南地区上地幔P波与S波速度结构

利用中国数字测震台网(CDSN)记录到的台湾地区两个地震事件6°~30°震中距范围的三重震相波形资料,基于观测与理论波形拟合法,获到华南地区上地幔P波和S波的最佳波形拟合速度模型及其V_P/V_S比值.与AK135模型相比,华南地区410km深度上方存在明显低速层:S波低速区厚度约为70km,速度降为2%~5%;而P波低速区厚度为70~230km,速度降为5%~6%.另外,410km间断面整体表现为一个梯度层,厚度约为10~40km,V_P跃增量为4.0%~5.4%,而V_S跃增量为2.6%~11.7%.研究区内,低速层的V_P和V_S异常值大小和410km间断面速度跃变量由北向南逐步减小.结合以往的接收函数和地震层析成像结果,华南地区410km间断面上方的低速区可能与太平洋俯冲板块脱水有关.

中天山和塔里木盆地下方地幔转换带顶部P波速度结构探测

本文基于中国数字地震台网记录到的2016年1月12日发生于兴都库什—帕米尔地区的中源地震P波宽频带波形资料,利用P波三重震相方法研究了中天山和塔里木盆地北部410 km间断面起伏形态及间断面附近P波速度结构.通过波形拟合,我们发现中天山和塔里木盆地北部410 km间断面下沉约10 km;410 km间断面上方存在由塔里木盆地向中天山P波速度异常逐渐减小的约70 km厚的低速层(-3%^-1%).该低速层可能是地幔转换区物质上涌并部分脱水熔融及热效应共同作用的结果.另外我们发现中天山东北部约10~100 km深度范围内存在局部低速异常(约-6%),其很可能是上涌的软流圈物质.

应用接收函数方法研究海南及其邻区地幔转换带结构

利用海南、广东及广西区域台网和国家台网共88个宽频带地震台站记录的2007年8月至2010年3月75个远震事件波形资料,采用接收函数共面元叠加的方法,得到了海南及其邻区上地幔410km和660km间断面结构和转换带厚度.结果表明,研究区410km间断面形态较复杂,局部下沉到447km,而660km间断面相对简单,其深度分布在670km左右.海南岛东北部存在一个直径约200km的转换带异常薄的区域,其厚度较全球平均值薄25±5km,相当于转换带中存在约180℃的高温异常,转换带厚度局部偏薄暗示海南地幔柱可能起源于下地幔.

华南中部地幔转换带厚度异常:海南地幔柱?

本文利用84个布设于华南中部地区的流动地震台站记录的239个远震地震事件的波形资料,通过接收函数方法得到了华南大陆中部地区的地幔410 km和660 km间断面起伏与地幔转换带厚度变化.结果表明在华夏块体下方转换带厚度明显减薄10~25 km,尤其是在南部靠近海岸线附近(23.7°N,114.5°E)存在一个直径约200 km的转换带厚度异常区域(减薄约25 km),可能揭示海南地幔柱在该处上涌穿透660 km间断面进入地幔,在地幔转换带向周围扩散,热的地幔物质穿过410 km间断面继续上涌,造成了华夏块体下方上地幔大范围的低速异常,以及在雷州半岛和沿岸造成大范围的新生代玄武岩活动.