地震层析地球内部密度分布横向不均匀研究

本文使用Woodhouse和Dziewonski等分别用S波和P波层析分析提供的,以670km深度为分界的上地幔和下地幔地震波传播所反映出的横向不均匀的球谐函数系数,假定地幔内部密度与正常水平的偏离分别与P波和S波的速度V_p和V_s成比例(下地幔δρ=γδV_p,上地幔δρ=σδV_S^2),并用一组新的球谐函数系数表示全地幔密度分布模型.计算结果表明:1.比例系数γ=0.199,σ=3.13×10^(-5)时,该全地幔密度模型可以70％恢复Dziewonski提供的下地幔密度模型,50％恢复Woodhouse提供的上地幔密度模型.合成密度分布基本上反映了分别由P波和S波速度异常所提供的地幔密度分布特征;2.所有穿过太平洋中部的剖面均明显地显示出一个低密度异常从地表一直延伸到核-幔边界;3.所有大陆下部均存在一个高密度异常区,而且深入到1200—1300km深度处;4.由密度异常的正、负交替基本上将部分地区地幔分成为3层,其深度依次为:第1层25—1300km左右,第2层1300—2300km左右,第3层2300km,为核-幔边界.

地震层析成像之密度异常驱动地幔对流模型

地震层析成像展现了地球内部横向不均匀性 ,其描述的地幔结构正是地幔演化热动力学过程的现代表现。然而 ,如何利用这些最新的观测成果去研究地球特别是地幔的动力学过程是对地球动力学研究的挑战。建立了地幔密度异常 (温度异常 )直接驱动地幔对流的新方法 ,并利用现代地震层析成像模型计算了对应的地幔对流的格局 ,探讨了其和全球构造相关的地幔问题。结果表明 ,在单层地幔粘滞结构条件下 ,对流格局仍然以全地幔大尺度对流为主体 ;所发展的理论和方法可以适用于不同来源的地幔层析成像的数据 ,可以用于探讨不同边界条件和地幔参数对应的地幔对流模型 ,也可以用于使用大地水准面异常检验对流模型。

大地水准面异常和非洲下地幔异常体的结构

根据南部非洲CMB上存在一尖锐边界S波低速异常体(超级地幔柱)的最新研究成果,利用地震层析成像及重力场理论,对该异常体的结构进行了探讨。通过建立模型,计算了该模型S波低速异常体所对应的密度异常产生的区域大地水准面异常,并将其和观测大地水准面异常进行对比。通过调整模型的几何构架、物理参数和力学平衡效应(流体静力学平衡及对流动力学效应所引起的核幔边界地形的起伏),寻找能够符合实际观测大地水准面异常的模型参数,最终得到非洲底部异常体的结构。单一的异常体模型计算结果表明,只有在选取低S波速度高密度异常时,模型预测大地水准面异常才能较好地吻合实际观测(EGM96)分布,由此可以推断,该异常体可能是高密度、低S波速的化学成分不同的异常体。但是当考虑全部地幔地震层析成像的数据,将其引入模型大地水准面异常的预测并且尝试一系列模型之后发现如果用简单叠加地幔地震层析成像数据和模型异常体对大地水准面的影响来预测该地区大地水准面异常,无法获得与观测大地水准面相吻合的结果。因而考虑更为复杂的动力学模型将是很有必要的。

利用地震层析成像研究地幔非对称结构

利用 Su、Vasco、Hilst、Grand等提供的地震层析成像模型 ,根据实验室结果外推得到的地震波速度异常与密度异常之间的线性关系 ,将地幔进行分层、网格化处理 ,计算了地幔各层异常密度、密度异常质心和全地幔密度异常质心位置。结果表明 ,地幔密度异常表现出的总体特征是 :整体地幔密度异常为负值 ,上地幔异常大 ,中、下地幔密度异常较小 ;地幔整体和多数分层密度异常质心分布在北半球。这一结果反映 ,现今地幔热动力学演化呈现出南半球膨胀和北半球收缩的非对称基本格局。