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基于程函方程与三维速度模型的中国东北地区地幔过渡带接收函数研究

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地球物理学报 2022年第8期65卷 2945-2959页

作者：张炎钮凤林宁杰远北京大学地球与空间科学学院北京100871 美国莱斯大学地球、环境与行星科学系休斯顿770053 中国石油大学石油资源与勘探国家重点实验室和非常规天然气研究所北京102249 河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站北京100871

本文利用中国东北地区NECESSArray记录到的45505条接收函数,结合该区域最新三维速度模型,采用快速行进法求解程函方程,计算了P-S转换波相对走时,并通过共转换点叠加成像方法获得了该地区下方地幔间断面起伏情况.结果显示,在长白山—五... 详细信息

本文利用中国东北地区NECESSArray记录到的45505条接收函数,结合该区域最新三维速度模型,采用快速行进法求解程函方程,计算了P-S转换波相对走时,并通过共转换点叠加成像方法获得了该地区下方地幔间断面起伏情况.结果显示,在长白山—五大连池连线一带东西约300 km,南北约900 km的狭长形区域内,660-km间断面下陷幅度达20~40 km.其结构可细分为南北两部分,南部更为狭窄且与日本海沟走向一致,对应于从日本海沟俯冲的太平洋板块在地幔过渡带的滞留区;北部对应于从千岛海沟俯冲的太平洋板块在地幔过渡带的滞留区.同时,在长白山西部,存在与长白山—五大连池下陷区形状类似的南北向狭长形抬升区,660-km间断面抬升幅度约为10 km,显示俯冲太平洋板块只延伸至松辽盆地东侧;而在盆地西侧,660-km间断面的下陷区可能与该地区岩石圈拆沉有关.同时,410-km间断面在松辽盆地—渤海一带,以及长白山火山西南和东北方向存在明显的下陷区;另外,在阿巴嘎及阿尔山也有小范围的下陷区.所有这些下陷区,均与地表新生代火山活动区/拉伸区有很好的对应关系,表明这些地表构造与深部热物质上涌有关.

关键词：中国东北接收函数地幔过渡带新生代火山俯冲带

地幔过渡带Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-H_(2)O体系的新含水相

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中国科学：地球科学 2023年第4期53卷 714-722页

作者：王宝云刘锦付苏宇肖璞李立丁兴肖万生铜仁学院材料与化学工程学院铜仁554300 北京高压科学研究中心北京100193 Department of Earth and Planetary Science the University of TokyoTokyo 1130033Japan 中国科学院广州地球化学研究所同位素国家重点实验室广州510640 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广州510640

俯冲板片是地表水进入深部地幔的潜在载体,而含水矿物是其中的关键所在.因此,新含水相的发现对认识整个地球内部的水循环过程及效应具有重要意义.研究使用2500吨Sakura型多面顶大压机在Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-H_(2)O体系合成了两个新的含... 详细信息

俯冲板片是地表水进入深部地幔的潜在载体,而含水矿物是其中的关键所在.因此,新含水相的发现对认识整个地球内部的水循环过程及效应具有重要意义.研究使用2500吨Sakura型多面顶大压机在Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-H_(2)O体系合成了两个新的含水相,Al_(2)SiO_(6)H_(2)和Al_(5.5)Si_(4)O_(18)H_(3.5)(以下分别记为Psi相和Phi相),合成条件是15.5GPa、1400℃和17.5GPa、1600℃.Cr^(3+)的荧光光谱显示Psi相在687、693和705nm有特征峰,而Phi相在691、696和708nm有特征峰.单晶X射线衍射(SCXRD)结构精修表明两相属于单斜晶系(空间群P2_(1)),其理想化学式分别为Al_(2)SiO_(6)H_(2)和Al_(5.5)Si_(4)O_(18)H_(3.5).在常压300K条件,Psi相的晶格参数为a=(9.4168±0.0016)A、b=(4.3441±0.0007)A、c=(9.4360±0.002)A和β=(119.726±0.005)°;而常压250K条件下,Phi相的晶格参数为a=(7.2549±0.0018)A、b=(4.3144±0.001)A、c=(8.0520±0.002)A和β=(101.740±0.009)°.电子探针分析(EPMA)显示Psi相和Phi相的化学成分分别为Al_(1.99)Si_(0.85)O_(6)H_(2.62)和Al_(5.58)Si_(2.81)O_(18)H_(8.03),与从SCXRD测试得到的理想化学式略有偏差.这可能是在合成条件下,晶体结构中Al和Si无序或被H取代造成的.研究表明,Psi相和Phi相是地幔过渡带上部潜在的水载体,为理解深部水在这一区域如何赋存与分布提供了新的见解.

关键词：新含水相地幔过渡带 Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-H_(2)O体系 Al_(2)SiO_(6)H_(2) Al_(5.5)Si_(4)O_(18)H_(3.5)

基于多频段Pds波振幅的地幔过渡带间断面横波速度结构反演方法及应用

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太原理工大学学报 2022年第4期53卷 640-648页

作者：薛静于欣鑫李君成都理工大学地球物理学院成都610059 中国地震局第二监测中心西安710054

地幔过渡带间断面的厚度和其上下的地震波速差异可提供对过渡带附近的水含量和矿物组分的重要约束。通过构建不同的地幔过渡带间断面速度模型,计算了理论接收函数,提取了不同频段的间断面Pds转换波的振幅信息。正演结果显示,跨越间断面... 详细信息

地幔过渡带间断面的厚度和其上下的地震波速差异可提供对过渡带附近的水含量和矿物组分的重要约束。通过构建不同的地幔过渡带间断面速度模型,计算了理论接收函数,提取了不同频段的间断面Pds转换波的振幅信息。正演结果显示,跨越间断面的横波速度变化主要影响Pds/P振幅比的大小,而间断面的厚度同时影响幅值大小和其随频率的变化规律。提出利用多频段Pds/P振幅比,基于马尔科夫链蒙特卡洛方法同时反演间断面的厚度和跨越间断面的横波速度变化。理论测试表明,该方法可有效给出间断面厚度和横波速度变化及其不确定性。将该方法应用于中国东部地区的实际数据,结果表明,该地区660间断面较为尖锐,在小于2 km的深度范围内横波速度增加了6.1%.

关键词：地幔过渡带接收函数 660间断面间断面厚度蒙特卡洛法

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地幔过渡带间断面结构地震学成像研究进展

地球与行星物理论评（中英文） 2023年第3期54卷 318-338页

作者：俞春泉李娟杨凡张炎南方科技大学地球与空间科学系深圳518055 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 广东省地球物理高精度成像技术重点实验室(南方科技大学) 深圳518055 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

地幔过渡带位于410-km和660-km两个地震学间断面之间,是深入认识地球内部温度结构、物质组成以及动力学演化过程的关键区域.地幔过渡带的上下界面分别对应橄榄石到瓦兹利石和林伍德石到布里奇曼石和铁方镁石的矿物相变.本文总结了地幔... 详细信息

地幔过渡带位于410-km和660-km两个地震学间断面之间,是深入认识地球内部温度结构、物质组成以及动力学演化过程的关键区域.地幔过渡带的上下界面分别对应橄榄石到瓦兹利石和林伍德石到布里奇曼石和铁方镁石的矿物相变.本文总结了地幔过渡带间断面结构的主要地震学研究方法以及研究进展.这些方法包括SS和PP前驱波方法、接收函数方法、ScS多次反射波方法、P'P'前驱波方法、三重震相波形模拟方法、背景噪声体波干涉成像方法等.总体而言,地幔过渡带的厚度与地幔过渡带速度在大尺度结构上存在正相关性,表明两者都主要受控于温度结构,与橄榄石矿物相变预测一致.然而,地震学观测得到的410-km和660-km间断面的绝对深度和几何形态则缺乏相关性,可能是由于地幔过渡带上下界面处的横向温度变化特征并不一致或者由于水含量和化学成分等差异所导致.410-km和660-km间断面的强度(包括速度、密度和波阻抗跳跃值)和宽度主要受到地幔过渡带化学成分和水含量的影响.一些地震学研究还探测到了地幔过渡带内部的520-km和560-km间断面,前者被认为由瓦兹利石到林伍德石的相变所导致,而后者可能与钙-钙钛矿从超硅石榴子石中出溶有关.地幔过渡带附近的低速层可能与过渡带物质进入上下地幔发生脱水熔融存在一定联系.尽管地幔过渡带研究取得了长足进展,但仍有许多重要科学问题悬而未决.精确可靠的地幔过渡带地震学成像结果可以为这些问题提供关键信息,但同时也需要与矿物物理学、地球动力学、地球化学等学科交叉融合.本文最后对未来的地幔过渡带地震学研究方向进行了展望.

关键词：地幔过渡带 410-km和660-km间断面地震学成像地幔温度地幔成分矿物相变

华南东部地幔过渡带顶部低速层中的熔体含量估算

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地球物理学报 2015年第9期58卷 3264-3271页

作者：周晓亚马麦宁徐志双韩林魏东平中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院大学地球科学学院北京100049

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... 详细信息

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。

关键词：华南地幔过渡带低速层部分熔融熔体含量

西北太平洋俯冲带大地幔楔及地幔过渡带各向异性证据和特征

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地球物理学报 2021年第2期64卷 455-470页

作者：郭广瑞李娟陈思丹 Walter D.Mooney 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 漠河地球物理国家野外科学观测研究站北京100029 美国地质调查局 CA 94025

地震层析成像研究清晰给出了地球深部俯冲板片的大尺度形态,但与俯冲过程相关的地幔流动特征仍不明确.在俯冲地幔楔系统中,前人观测到了与海沟平行和垂直的快波偏振方向.本文研究了西北太平洋俯冲板片在地幔过渡带中停滞形成的"大地幔楔... 详细信息

地震层析成像研究清晰给出了地球深部俯冲板片的大尺度形态,但与俯冲过程相关的地幔流动特征仍不明确.在俯冲地幔楔系统中,前人观测到了与海沟平行和垂直的快波偏振方向.本文研究了西北太平洋俯冲板片在地幔过渡带中停滞形成的"大地幔楔"中的各向异性特征.对具有长期稳定观测数据的MDJ台站SKS震相和区域深源地震的直达S波震相进行了详细的剪切波分裂研究.采用多波形同时反演方法在保证数据后方位角覆盖范围的基础上得到了更加精确的SKS震相各向异性结果.剪切波分裂参数具有明显的频率依赖性和随初始极化方向变化的特征,表明台站下方存在多个可能的各向异性源区.对不同频段各向异性观测结果的双层各向异性模型拟合表明,上层各向异性参数为φ=32°±12°,δt=1.4±0.4 s,表现出受郯庐断裂带影响的岩石圈中"固化"各向异性特征;下层各向异性参数为φ=-71°±6°,δt=2.4±0.4 s,与海沟近乎垂直.下层较大的各向异性延时表明研究区域的地幔楔和地幔过渡带中存在明显各向异性,推测是由地幔中软流圈流动引起的橄榄石晶格优势取向和停滞的西北太平洋板片引起的地幔水平流动产生的瓦兹利石晶格优势取向共同作用所导致.

关键词：各向异性剪切波分裂大地幔楔地幔过渡带频率依赖性双层各向异性模型多波形同时反演

阿留申—阿拉斯加俯冲带及周边地区地幔过渡带结构研究

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地球物理学报 2021年第3期64卷 838-850页

作者：肖勇张瑞青况春利中国地震局地球物理研究所北京100081

利用国家测震台网固定台站和“中国地震科学台阵探测”项目在南北地震带北段布设的宽频带流动台阵记录到的极远震事件,通过SS前驱波震相研究,获得了阿留申—阿拉斯加俯冲带东段及邻区下方410 km和660 km间断面的埋深和起伏形态特征.为... 详细信息

利用国家测震台网固定台站和“中国地震科学台阵探测”项目在南北地震带北段布设的宽频带流动台阵记录到的极远震事件,通过SS前驱波震相研究,获得了阿留申—阿拉斯加俯冲带东段及邻区下方410 km和660 km间断面的埋深和起伏形态特征.为增强对SS前驱波震相的识别,我们采用了时差校正和共反射点叠加分析.叠加结果显示,毗邻阿留申俯冲带的白令海、阿拉斯加半岛、以及阿拉斯加中南部和东部地区下方,410 km和660 km间断面的埋深基本呈正相关关系,因而具有正常的过渡带厚度.这表明在阿留申—阿拉斯加俯冲带东段,北太平洋板块还没有俯冲到地幔过渡带深度范围内.其次,在阿拉斯加西部地区下方,660 km间断面出现明显下沉,而上覆的410 km间断面埋深接近于全球平均值,从而导致过渡带明显加厚.据此,我们推测在阿拉斯加西部地区下方地幔过渡带底部可能存在库拉残留板块.

关键词：阿留申—阿拉斯加俯冲带 SS前驱波共反射点叠加太平洋俯冲板片地幔过渡带

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地幔过渡带顶面低速层的研究进展

地球物理学进展 2014年第4期29卷 1615-1625页

作者：周晓亚马麦宁徐志双中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院大学地球科学学院北京100049

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... 详细信息

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.

关键词：地幔过渡带低速层成因部分熔融地球动力学

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地幔过渡带顶部低速层地震学研究进展

地球物理学进展 2018年第4期33卷 1366-1373页

作者：李国辉白玲周元泽崔清辉中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

地幔过渡带顶部低速层的存在、结构、成分、成因及其动力学稳定性对理解地球内部物质运动、化学分异、板块俯冲、地幔柱起源、板内火山、地幔对流模式和地球演化等深部物理化学过程具有非常重要作用.由于其厚度薄且横向变化剧烈,致使其... 详细信息

地幔过渡带顶部低速层的存在、结构、成分、成因及其动力学稳定性对理解地球内部物质运动、化学分异、板块俯冲、地幔柱起源、板内火山、地幔对流模式和地球演化等深部物理化学过程具有非常重要作用.由于其厚度薄且横向变化剧烈,致使其地震学探测十分困难,再加上数据的限制,有关该低速层探测的研究不是很多,该低速层的结构、全球分布及形成原因等仍然存在很大争议.基于此,本文概述了该低速层的研究进展及存在问题,介绍了各种地震学探测方法在该低速层应用上的优缺点,总结了中国大陆及其沿海地区地幔过渡带顶部低速层研究取得的成果及不足,并探讨了未来工作方向.

关键词：地幔过渡带低速层地震学中国大陆及其沿海地区