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科考发现
GRL: 印度-欧亚板块碰撞带核幔边界横波速度的显著变化
2020-03-24 09:51:46 来源:中科院青藏所 作者: 【 】 浏览:159次 评论:0

   核幔边界是地球内部物质和温度变化最剧烈的圈层,是固态硅酸盐下地幔和液态铁镍外核的分界面,也是地幔对流上涌岩浆的发源地和俯冲板块碎片最后的归宿。因此,核幔边界的结构与板块构造运动和地幔对流等地球演化过程有着密切联系。

  从早中生代时期南半球冈瓦纳大陆初始裂解过程开始,青藏高原的形成经历了漫长的地质构造演化历史。前人的研究结果表明,青藏高原地区的核幔边界在大尺度结构上主要表现为横波高速异常,常用的层析成像方法在该地区的观测精度约为1000公里(图1a)。近期,中国科学院青藏高原研究所碰撞隆升与影响团队白玲研究员及其团队成员,首次研究了印度-欧亚板块碰撞带核幔边界顶部(D”层)的精细结构,将观测精度提高了一个数量级。
  本研究主要基于中国数字测震台网记录的发生在印度洋的8个地震的波形资料(图1b),利用三维核幔边界反射波(ScS,见图1b左上角插图)理论波形的互相关方法,获得了近1000个高质量的ScS-S走时残差δt3D。这些时差显示出高达10 s的横向变化,表明在核幔边界顶部约300km的水平范围内,横波速度存在高达3-7%的横向变化,明显大于前人利用层析成像方法获得的0-1.5%的速度变化范围(图2)。
  本研究支持前人在层析成像、地球化学等方面的工作,认为青藏高原地区的核幔边界结构主要以高速异常为主,其形成过程可能与中生代以来古/新特提斯洋和古/新太平洋板块的俯冲过程有关。研究结果进一步表明,在研究区域的东南和西北两侧存在小尺度的低速异常,表明核幔边界结构的形成不仅受到大洋板块俯冲过程的影响,同时与外核和下地幔等不同圈层之间的物理化学作用等多种因素有关。本研究首次利用地震波形资料观测到了在大陆碰撞带核幔边界顶部约300km的小尺度上存在高达7%的剪切波速度变化,为认识青藏高原及其周边地区核幔边界的温度和化学成分特征及其构造演化历史提供了新的观测依据。
  该研究成果近期以 “Lateral variations of shear-wave velocity in the D'' layer beneath the Indian-Eurasian plate collision zone” 为题在Geophysical Research Letters期刊上发表。本研究获得国家自然科学基金(41761144076, 41804083),王宽诚教育基金(GJTD-2019-04),中国博士后科学基金(2018M641490)与美国国家科学基金(EAR-1644829)的联合资助。
  全文链接:Li, Guohui, Bai, Ling, Ritsema, Jeroen (2020). Lateral variations of shear‐wave velocity in the D″ layer beneath the Indian‐Eurasian plate collision zone. Geophysical Research Letters, 47, e2019GL086856. https://doi.org/10.1029/2019GL086856.
图1(a)根据全球地震层析成像模型S40RTS绘制的南亚地区D’’层横波速度变化图。(b)本研究使用的8个地震(黑色沙滩球)和中国数字测震台网地震台站(红色三角)。蓝色圆点表示ScS震相反射点在地表投影。左上角插图表示震中距为60°的S和ScS射线路径。
图2 (a)δt3D累积频率直方图。 δt3D的中值为-1.75 s,其中95%的数值介于-4.57 s和+1.63 s之间。(b)在ScS反射点绘制的dVs值。蓝色十字和红色方块分别对应相对于平均值的正值和负值,符号大小与dVs数值大小成正比。(c)对图b的数据采用2°的半径进行高斯平均后的结果。


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