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本研究组结合走时分析和PKP前驱波探测东南亚核幔边界速度结构

( 2014-07-09 )

  核幔边界(CMB)是地球内部最重要的界面之一,深度大约为2900公里,对地球的动力学演化有着重要的影响。许多研究发现在核幔边界附近大约5-50公里厚的区域内,P波和S波波速减少10%以上,即超低速带(ULVZ)。探索超低速带的分布以及与周围速度结构的联系可以帮助我们了解超低速带和热点的起源,以及地幔的动力学和化学演化。

 

  东南亚核幔边界区域位于下地幔太平洋异常(Pacific Anomaly)的西部边缘附近,太平洋异常底部的边缘延伸部分可能与周围的高速区域有复杂的相互作用。近几年,在此区域发现了许多超低速带。通过分析这个区域超低速带的分布和速度结构的关系,我们可能对地幔下降流和核幔边界附近的低速结构的相互作用有更深入的认识,同时提高对太平洋异常的了解。

 

  中国科学技术大学地震与地球内部物理实验室硕士生姚家园和导师温联星教授结合走时分析和PKP前驱波探测了东南亚核幔边界速度结构。我们首先利用S,ScS,P和ScP震相的走时分析,确定了东南亚地幔底部200公里内的平均剪切波速度扰动(图1)。此区域速度扰动变化范围为 -6%到6%,呈现低速高速交错的复杂地理分布,并且被南部的高速异常包围。接着利用USArray密集台阵纪录到的PKP前驱波,采用偏移的方法确定了下地幔的散射体呈月牙形分布在南海到马鲁古群岛,散射体有很大的速度扰动(图2)。最后我们结合走时分析和PKP前驱波结果,发现散射体和最西边的低速区域位置基本重合,这暗示着散射体是此区域超低速带引起的(图3a)。此前这里发现的超低速带也和我们的结论相一致。我们推测此区域下降流(高速区)和低速区域之间的相互作用形成了如此复杂的速度结构(图3b)。下降流使低速区分成很多小的低速区域,并且把超低速带推向低速区的边缘。边缘的超低速带呈现为一块低速区和很强的散射,而东北区域的速度结构表现为高速低速交错的复杂分布和很弱的散射。

 

图1:1° x 1° 网格平均的剪切波速度扰动(符号)。正值表示为蓝色矩形,负值为红色圆圈。符号大小和速度扰动大小成正比。背景为GyPSuM模型核幔边界处的剪切波速度扰动。

 

 

 

图2:(a)PKP前驱波研究中的PKPdf大圆路径(灰线),PKPdf在核幔边界的入射和出射点(黄点),地震事件(红色五角星)和USArray台站(蓝色三角形)。两个大灰矩形表示在(b-i)中展示的散射体定位区域。小黑矩形表示图3a中剪切波速度结构和散射体一起展示的区域。(b-e)散射体能量(scatter energy)和(f-i)采样数(Hit counts)。

 

 

 

图3:(a)核幔边界散射体能量(背景颜色)和地幔底部200公里平均剪切波速度扰动(符号)。(b)下降流(蓝色区域)和低速区(红色和粉红色区域)之间可能的复杂相互作用的卡通示意图。下降流使低速区分成很多小的低速区域(红色区域),并且把超低速带(红色区域)推向低速区的边缘。低速区被南部可能与下降流有关的高速区域包围。

 

 

上述研究成果已经发表在国际知名地学期刊Physics of the Earth and Planetary Interiors (Yao, J., Wen, L., Seismic structure and ultra-low velocity zones at the base of the Earth’s mantle beneath Southeast Asia, Phys. Earth Planet. Inter., 233, 103-111, 2014, doi: 10.1016/j.pepi.2014.05.009 )。

 

在线链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920114001435

作者通讯方式:kaka22yao(a.t.)gmail.com


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