基于中国地震台网的核幔边界与华北地幔过渡带结构研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jk224wang1
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地球的外核通常被认为是一种混合良好的液体,主要由铁和少量轻元素组成。然而,最近研究指出外核中可能存在分层现象,因此获取地球外核的P波速度结构对于理解其构成,动力学和演化非常重要。地幔过渡带410 km和660 km间断面的形态变化不仅可以反映过渡带的环境,而且660 km间断面还是深俯冲板块演化过程的关键环节。有限的数据覆盖和较低的敏感度是制约深部精细结构研究的主要瓶颈。近年来,中国地震台网和区域密集流动地震台阵的发展为地球深部精细结构的研究积累了丰富详实的地震观测资料。本文搜集了中国地震台网华北和川滇地区的大量地震资料,围绕地幔中的核幔边界和地幔过渡带两个重要分界面的精细结构展开研究,主要成果如下:Sm KS波(m=2,3,4…)作为穿过外核顶部在核幔边界上反射(m-1)次的S-P-S系列转换波,常被广泛用于外核顶部P波速度结构的研究。中国东南部地区地处南美深发地震区域的反侧,近年布设的China Array,为记录南美深震激发的Sm KS系列震相提供了非常有利的条件。本文利用在实际数据中观测到了Sm KS波形异常,通过与理论Sm KS波形进行对比分析,发现Sm KS波在核幔边界由S波转换成P波,在外核中的P-P反射,以及最后在核幔边界由P波转成S波等一系列的折射-反射-折射过程中,其入射角都分布在临界角附近,导致折射和反射系数中包含虚数项,即存在相移,从而会影响Sm KS波的波形与走时。由此提出以往研究中有关“Sm KS的走时差仅与外核顶部速度有关”的假设不成立。实际数据中观测到的Sm KS波形异常与南太平洋下方地幔底部的低速体有关。本文同时利用大量地震资料计算了97727个高信噪比接收函数来对华北地区地幔过渡带起伏结构进行成像。在本文的研究中,为了提高计算精度,采用了EARA2014三维模型进行上地幔的时差校正。经过时差校正后,地震波振幅,尤其是660km间断面的Ps转换波振幅,得到了显著提高。研究发现,研究区域内410km间断面呈现出西部较深的特点,平均深度约为417km,在大同火山附近深度达到最深(428km),表明其局部有较热的物质,可能与大同火山西北方下面的SEE向地幔热流有关。研究区域内,660km间断面的变化呈现出深度较全球模型略深的特征,平均深度约为676km,表明太平洋俯冲板块的停滞板块的边缘可能延伸到重力梯度带附近,且停滞板块对过渡带下界面的影响远远大于对上界面的影响。在渤海湾下方发现了660间断面双峰现象。这个深度不连续界面可能是对应于从古老的菲律宾海板块分离出的一部分与太平洋板块在这一深度相接触,也可能是对应于在冷环境中,太平洋板块中的钛铁矿到钙钛矿的转变,或是太平洋板块在该深度处的其他复杂变化。结合过渡带厚度的分布,我们发现在大同火山东北部出现局部过渡带厚度较厚的现象(275km),推测可能与大兴安岭最南端岩石圈的拆沉有关。
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