华南东部地幔过渡带顶部低速层中的熔体含量估算

地幔过渡带顶部低速层的成因及性质研究,对于认识地球内部物质运移及地幔对流过程等具有非常重要的动力学意义.最新的地震学研究显示,华南陆块东部地幔过渡带顶部的低速层存在着明显的区域性差异.一般认为,该低速层的形成与脱水引起的部分熔融有关.本文利用部分熔融体系的平衡几何模型,重点分析了熔体成分、位温、二面角和玄武质含量等因素对熔体含量的影响,并结合该低速层的分布特征,估算出研究区的南北两个子区域地幔过渡顶部熔体含量分别为~1.18vol.%和~2.02vol.%.这一熔体含量的显著差异可能与太平洋板片多期次俯冲作用的叠加有关.     

西北太平洋俯冲地区410-km间断面上覆低速层探测

自20世纪90年代首次探测到410-km间断面上覆低速层以来,全球多个俯冲带和大陆克拉通地区都陆续发现了该低速层结构.对其特性及形成机理的探讨是深部地幔结构、物性和动力学研究的热点问题.本文聚焦于西北太平洋俯冲地区410-km间断面上覆低速层的探测及特性研究上.通过对发生于日本北海道地区两个中等深度地震区域波形资料的分析,利用三重震相波形拟合方法获得了我国东北及日本海西北部下方410-km间断面附近的P波速度结构.速度模型明确显示,410-km间断面上方存在厚~47±14 km,异常值~2%的低速层,横向展布近700 km.结合区域地震层析成像、矿物高温高压物理实验及动力学模拟结果,我们否定了"从下至上"的上涌热物质导致410-km间断面上覆低速层的模型;认为较老且快速俯冲的太平洋板块在地幔过渡带顶部脱水导致硅酸盐矿物的部分熔融,由于熔体密度较大能够稳定存在于410-km间断面之上,从而产生了观测到的横向展布较广的410-km间断面上覆低速层结构.     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.     

地球内部构造研究的进展综述

第三篇文章较详细地综述了地球内部构造研究的进展情况,特别是有关地幔结构的一些新的研究成果,其中包括参考地球模型、上地幔及过渡带中的次级间断面和低速层,以及地幔结构的横向不均匀性。     

基于波形拟合的中国东海地区410 km间断面附近速度结构研究

410 km间断面是地幔转换带的顶界面,对其速度结构和起伏形态开展地震学探测有助于认识地球内部物质组成和相关的地球动力学过程.本文选取了由中国数字地震台网记录到的位于琉球俯冲区的一个中源地震P波宽频带波形资料,利用三重震相波形拟合研究了中国东海地区410 km间断面附近的精细速度结构.结果表明：中国东海地区下方410 km间断面整体表现为一尖锐的速度界面且有8~15 km的小幅抬升;该间断面之上存在52~62 km厚的低速层,其P波速度降低0.5%~1.6%;440 km深度以下存在1.0%~3.0%的P波高速异常.结合前人在该地区的层析成像结果,我们推测该高速异常体与西太平洋俯冲板片在中国东海地区地幔转换带内的滞留有关;板片内水相E分解使得转换带内水含量增加,这引发了410 km间断面的抬升;410 km间断面之上的低速层应与含水矿物脱水导致的地幔橄榄岩部分熔融有关.     

地幔过渡带顶面低速层的研究进展

位于地幔过渡带顶面上方的低速层是近20年来固体地球物理学研究领域的一个重要发现.其对于认识俯冲作用、地幔对流模式和强度、地球内部圈层间的耦合和解耦、物质分布和迁移,乃至原始地球演化等地球深部物理化学过程有着极为重要的意义.该低速层陆续发现于全球的多个区域,所处的构造位置也不尽相同,主要包括俯冲带和大陆克拉通.其在横向上有很大的变化,主要体现在深度和厚度的波动.关于低速层的成因,虽然部分熔融成因得到了较为广泛的认同,但部分熔融作用的诱发因素、发生位置以及熔体的密度和黏度等方面的研究还不够充分.通过分析基于部分熔融成因的几个关键问题,本文最后讨论了相关的地球动力学意义.     

华县8(1/4)级大地震的深部地球介质背景

从渭河断陷盆地的地壳速度场、介质品质因子等地球物理场的分布探讨了华县大地震的深部地球介质背景。结果表明,华县8(1/4)级大地震震中位于高Q值区和低Q值区的过渡带上,其孕震区是地壳内的高Q值低速区,该地震的孕育与地壳内的低速高导层、地幔上隆、孕震区内的断层及微裂隙中流体的存在与作用是密切相关的。     

地幔柱数值模型的研究进展

地幔柱模型作为地球内部对流系统的重要组成部分,可与板块构造理论相媲美.它们共同构成了地球内部物质和能量循环的重要过程.自从地幔柱模型提出以来,地震学、高温高压矿物学、地质学以及地球动力学数值模拟对其进行了多学科的综合研究.其中数值模拟通过建立理论模型来研究地幔柱的动力学效应,定量化地给出了地幔柱的演化过程以及地球内部和表层的响应,并用以解释其他学科的观测和实验结果.因此,地球动力学数值模拟是研究地幔柱动力学最重要的手段之一.文章总结了近几十年地幔柱数值模型的研究进展,包括地幔柱的起源和存在的证据,地幔柱与岩石圈、洋中脊、俯冲带和地幔过渡带的相互作用以及地幔柱与大型剪切波低速区的关系.数值模型得到的理论结果必须与其他各学科的观测结果进行对比和验证才能真正理解地幔柱的动力学过程.随着数值模拟方法的发展和计算能力的提高,地球动力学数值模拟将为研究包括地幔柱动力学在内的地球科学前沿问题提供更为准确和高效的手段.     

水对地幔矿物弹性性质的影响及其地球物理意义

构成地幔的大部分名义上无水矿物,包括橄榄石及其同质异象体、辉石以及石榴石等,均可以羟基形式赋存一定量的水.水在地幔不同深度的出现不仅对一系列物理性质(包括密度、波速、熔融温度、电导率和流变强度等)有重要影响,并且对地幔的动力学行为、横向结构和成分的不均一性以及地球深部的演化过程具有重要意义.近年来,地震学研究在地幔不同深度和不同区域均发现低速带的存在,而观测到的地幔速度异常很可能与地幔中的水密切相关.高温高压矿物学利用实验和理论计算,对水是如何影响地幔主要构成矿物的弹性模量和波速进行了深入研究,并取得了大量进展.这些研究对正确理解地幔速度异常的形成机制,查明地幔中水的分布,探寻水在地球内部的迁移形式至关重要.本文针对近年来高温高压矿物学在地幔含水矿物弹性模量的研究成果进行了综述,介绍了该研究方向的进展和不足,并对未来的研究方向进行了阐述.     

基于三重震相研究青藏高原和西北太平洋俯冲过渡带速度结构

上地幔过渡带是上、下地幔物质交换的一个重要场所。上地幔过渡带属性为推测地幔温度,其化学组分以及地幔对流等相关动力学研究提供了一个很重要的途径。本文回顾了对上地幔间断面的认识过程,简要介绍了近年来随着高温高压实验技术提高,地震学研究对上地幔过渡带所取得的最新进展。     

天山造山带壳幔结构与陆内变形机制研究进展

天山作为当今世界上最为典型的陆内造山带,对于其深部结构和新生代构造变形过程的研究一直是地球科学领域的前沿和热点,并已经取得大量成果.本文系统总结了近年来利用地震学方法对天山造山带及其邻区壳幔结构研究的最新进展以及存在的争议.这些研究发现包括地壳厚度、莫霍面形态、地幔转换带厚度、地震波速、Q值结构在内的多结构参数的变化与区内各个大地构造单元的对应性较好,彰显出盆-山深部结构的显著差异.研究区各向异性结构复杂,地壳内部的偏振方向存在明显的横向变化,并在上地幔深度转换为和造山带走向基本一致.另外,在中下地壳和上地幔顶部,天山大部表现为明显的低速异常.以上结果揭示了陆内俯冲和地幔上涌对于塑造现今天山复杂构造格局与地质地貌特征的重要意义.然而,现有研究对于我国新疆境内天山壳幔各向异性、岩石圈底界面以及地幔转换带的分辨率还远远不够,并且对于一些重要的结构参数及其解释尚未达成一致的认识.密集流动地震台阵观测和多种地球物理资料的联合分析是解决这一问题并增进对陆内造山带深部动力学过程认识的有效途径.     

青藏高原东南缘深部地球物理探测与壳幔结构研究进展

青藏高原东南缘地质构造作用复杂、地震活动频发,历来备受关注.为了探讨青藏高原周缘陆内变形动力学、高原侧向生长机制、地震孕育机理、大型矿床深部控矿模式等重要科学问题,地球物理学家已在该区域开展了大量的深部结构探测工作.本论文主要从人工源地震剖面、天然源地震成像、大地电磁剖面、地震各向异性等方面对该区域的研究结果进行了有效梳理和归纳总结,以期为后续的科学研究提供一定参考.综合来看,该区域地壳厚度整体呈现从南至北、从东向西逐渐增厚且地壳增厚主要发生在下地壳;区域内怒江断裂、南汀河断裂、无量山断裂、红河断裂等多条断裂均有切穿地壳的迹象;小江断裂至少延伸到下地壳,可能切穿地壳;腾冲火山区下方存在壳内低速、高导体,其上地幔也存在显著低速异常,深度约达300 km,壳内低速异常可能反映了未固结的岩浆囊,而深部地幔的低速则与印度板块在缅甸弧下方的东向俯冲有关;攀枝花地区地壳整体呈现地震波高速、介质高阻异常,表明其地壳介质的高强度特征;天然源地震学成像在青藏高原东南缘均发现在川西地块和小江断裂带附近存在明显的中下地壳低速异常,两者被攀枝花地区的高阻高速体隔开,并未直接连通,可能对应不同的成因机制;地震学...     

郯庐断裂带中南段及邻区Pn波速度结构与各向异性

郯庐断裂带是一条纵贯我国大陆东部NNE走向的巨型深断裂,其中南段及邻区(115°E—122°E,29°N—38°N)跨越了华北断块区、扬子断块区和华南褶皱系三大一级构造单元,由于其重要性和复杂性,长期以来一直是地学家们研究的热点.本文从国际地震中心(ISC)、中国地震台网及区域地震台网的地震观测报告中精心挑选出6381个Pn震相数据,用Pn波时间项层析成像法反演得到了郯庐断裂带中南段及邻区上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性.结果显示,研究区上地幔顶部具有显著的横向非均匀性,相对于7.95km·s-1的平均速度而言,Pn波速度值在7.68~8.24km·s-1范围内变化.Pn波速度分布在郯庐断裂带中段和南段具有分段性:沿中段及周边存在一NE向低速异常带,低速可能是由于岩石圈的减薄和软流圈的高温物质沿郯庐带上涌导致;沿南段表现为一NNE向弱高波速异常带,作为高低速的边界带清晰地勾勒出了华北与扬子这两个不同块体,该边界在江苏域向华北地块NW方向凹进.Pn波速度各向异性的强弱与速度分布存在一定的相关性.总体上,如鲁西隆起及以南等低速区、茅山断裂附近的高低速过渡带,其速度各向异性较为强烈;而在具有高速异常的苏北盆地、合肥盆地等稳定区域下方其各向异性较弱.本文通过Pn波震相基本未能探测到郯庐断裂带中段的方位各向异性,推测是上地幔顶部被"冻结"下来的各向异性痕迹被软流圈热物质上涌这一强烈构造运动削弱所导致.南段具有与断裂伸展方向近乎平行的快波速方向.Pn波速度横向变化和强震活动存在一定关联.强震主要发生在Pn波低速异常区或高低速过渡带上.郯城8.5级地震震中位于中段和南段高低速过渡带,该区域也是速度横向变化最大的地方,最容易集中应力和产生应力差.     

研究构造层的现状与问题

对15年前提出的、在乌克兰对构造层进行综合地球物理-地球化学研究的计划执行情况进行了总结.该计划研究了地幔和地壳结合体的结构及其演化.肯定了构造层是多层结构.其变形性质及构造面都随深度而变化.软流圈在构造起源中起明显的作用.发现了构造层是一个层次性有序自组织非均匀系统,该系统趋向于重力均衡及能量极小。     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

利用卫星探测研究地下结构

介绍了国外利用卫星上观测的电子流量和磁场资料进行地下结构探测研究的一些成果.研究表明,卫星上记录到的不同能量电子流量脉冲突变与地下结构、深大岩石圈断裂带有密切的对应关系.卫星磁场观测具有覆盖全球的优势,随着卫星磁场数据观测精度的提高,卫星磁测在全球磁变模型的建立、研究大陆内部结构、大陆和海洋边界带、地幔过渡带等方面的将发挥越来越重要的作用.卫星观测将成为全面、整体探测研究地球内部结构有效的手段之一.     

利用前驱波研究地幔间断面的若干进展

地幔速度结构提供了地球内部热和化学状态及其构造演化历史的重要信息。对于地幔间断面的研究可以更清楚地了解地球内部温度分布特征和化学结构,并对确定地幔间断面成因及地幔对流模式等地球动力学问题具有重要的意义。地震学观测显示在410 km、660 km深度普遍存在速度间断面,并且在全球特定区域的上地幔(220 km、300～350 km、520 km、560 km)和下地幔(800～900 km、1 100～1 200 km、1 800 km、2 400 km)也有速度间断面的存在,不同区域地幔间断面的起伏可能受到温度、含水量、矿物相变及俯冲板块的影响。利用前驱波来研究地幔间断面具有独特优势,前驱波相比参考震相较早到达观测台站,从而避免其他震相的干扰,可以更准确地研究较弱的速度间断面。文章收集整理近些年来地震学家利用前驱波研究地幔间断面的成果,包括长周期反射震相SS或PP的前驱波、深震震相sP、pP的前驱波和地球表面反射震相PKPPKP(P′P′)的前驱波等,并对不同前驱波的特点及地幔间断面的相关研究成果进行总结。利用前驱波研究地幔间断面的方法已较为成熟,及时收集总结相关的研究成果对认识地球内...     

华北地区地壳上地幔P波速度结构

本文利用近震体波资料,研究了华北地区地壳和上地幔P波速度结构。根据华北地区的大地构造特征,分四个区域研究。结果表明,各区之间P波速度结构存在明显差异,在较活动地区壳内和地幔顶部均有低速层存在,而稳定地区则没有,作者认为,这种横向不均匀性和低速层的存在可能是构造活动区的最主要的特征。     

藏西北上地幔过渡带速度结构研究

地幔过渡带是指全球性的410 km和660 km间断面之间的部分,其中660 km的间断面是上、下地幔的分界线.过渡带内地震波速度异常和间断面的起伏特征是探测地幔温度,其化学组分以及相关动力学等问题的有效途径.