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Morphology and possible origins of the perm anomaly in the lowermost mantle of Earth

Earth and Planetary Physics 2021年第1期5卷 105-116页

作者： YuMei He LianXing Wen Yann Capdeville Key Laboratory of Earth and Planetary Physics Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China Mohe Observatory of Geophysics Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China Laboratory of Seismology and Physics of Earth’s Interior School of Earth and Space SciencesUniversity of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Department of Geosciences State University of New York at Stony BrookStony BrookNew YorkUSA Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes UMR6112CNRSUniversitéde NantesNantesFrance

We have constrained a small-scale,dome-shaped low-velocity structure near the core-mantle boundary(CMB)of Earth beneath perm(the perm anomaly)using travel-time analysis and three-dimensional(3-D)forward waveform modeling of seismic data sampling of the *** best-fitting dome-shaped model centers at 60.0°E,50.5°N,and has a height of 400 km and a radius that increases from 200 km at the top to 450 km at the *** velocity reduction varies from 0%at the top to–3.0%at 240km above the CMB to–3.5%at the CMB.A surrounding 240-km-thick high-velocity D''structure has also been *** perm anomaly may represent a stable smallscale chemical pile in the lowermost mantle,although the hypothesis of a developing mantle plume cannot be ruled out.

关键词： seismic velocity structure core-mantle boundary perm anomaly chemical pile

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Importance of initial buoyancy field on evolution of mantle thermal structure:Implications of surface boundary conditions

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Geoscience Frontiers 2015年第1期6卷 3-22页

作者： Petar Gliovi Alessandro M.Forte GEOTOP Universite du Quebec a MontrealCP 8888Succursale Centre-Ville

Although there has been significant progress in the seismic imaging of mantle heterogeneity, the outstanding issue that remains to be resolved is the unknown distribution of mantle temperature anomalies in the distant geological past that give rise to the present-day anomalies inferred by global tomography models. To address this question, we present 3-D convection models in compressible and self-gravitating mantle initialised by different hypothetical temperature patterns. A notable feature of our forward convection modelling is the use of self-consistent coupling of the motion of surface tectonic plates to the underlying mantle flow, without imposing prescribed surface velocities （i.e., p/ate-like boundary condition）. As an approximation for the surface mechanical conditions before plate tectonics began to operate we employ the no-slip （rigid） boundary condition. A rigid boundary condition dem- onstrates that the initial thermally-dominated structure is preserved, and its geographical location is fixed during the evolution of mantle flow. Considering the impact of different assumed surface boundary conditions （rigid and plate-like） on the evolution of thermal heterogeneity in the mantle we suggest that the intrinsic buoyancy of seven superplumes is most-likely resolved in the tomographic images of present-day mantle thermal structure. Our convection simulations with a plate-like boundary condition reveal that the evolution of an initial cold anomaly beneath the Java-lndonesian trench system yields a long-term, stable pattern of thermal heterogeneity in the lowermost mantle that resembles the present- day Large Low Shear Velocity Provinces （LLSVPs）, especially below the Pacific. The evolution of sub- duction zones may be, however, influenced by the mantle-wide flow driven by deeply-rooted and long- lived superplumes since Archean times. These convection models also detect the intrinsic buoyancy of the perm anomaly that has been identified as a unique slow feature d

关键词： Dynamics: convection currents, and mantleplumes Hotspots Seismic tomography Planetary tectonics CMB topography perm anomaly

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地幔660-km间断面和D”间断面的精细结构研究

地幔660-km间断面和D”间断面的精细结构研究

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作者：胡锦锋浙江大学

学位级别：硕士

地幔转换带和D”层分别是联系上下地幔、核幔的纽带,对于认识整个地幔的组成与演化、板块深俯冲及地幔对流等地球深部动力学问题具有重要意义。地震层析成像等结果显示,板块俯冲、地幔柱上涌等地幔对流过程在抵达转换带底部时受到不同... 详细信息

地幔转换带和D”层分别是联系上下地幔、核幔的纽带,对于认识整个地幔的组成与演化、板块深俯冲及地幔对流等地球深部动力学问题具有重要意义。地震层析成像等结果显示,板块俯冲、地幔柱上涌等地幔对流过程在抵达转换带底部时受到不同程度的阻滞。部分板块可以继续俯冲进入下地幔,甚至最终抵达核幔边界的D”层,并可能与D”层的大低剪切波速省(LLSVPs)发生相互作用。本文通过研究相应区域存在的波速间断面,即660-km间断面和D”间断面的速度结构,为地球内部的物质组成、性质等提供约束,进而加深对板块深俯冲及其动力学影响的认识。本文使用S-to-P(SdP)转换波来约束Izu-Bonin俯冲带下方660-km间断面的锐度等性质。获取的地震记录显示了 2个清晰的SdP震相,通过正演模型的拟合本文认为该区域的660-km间断面十分尖锐(～5 km厚),符合林伍德石分解为钙钛矿和镁方铁矿的相变。而在～720 km深处可能存在一个相对缓和(～20 km厚)的间断面,其成因可能是俯冲的玄武质洋壳下沉到该位置并发生石榴石到钙钛矿的相变。本文分析了采样自perm anomaly(俄罗斯下方的低剪切波速省)东部边缘的Scd和SKS-SKKS-SKKKS地震数据,找到了该区域D”间断面、各向异性和高速异常体共存的证据,验证了俯冲板块挤压低波速省的动力学模型。正演拟合的结果显示,D”间断面的深度位于核幔边界上方约250～300 km处,剪切波波速跃变达到2～3%,其矿物物理解释为在古俯冲板块存在的情况下钙钛矿到后钙钛矿的相变。结合区域俯冲历史,本文认为perm anomaly东缘的很可能受蒙古-鄂霍次克洋和古特提斯洋岩石圈的深俯冲影响。综上,本文的观测结果至少在局部区域支持了板块的深俯冲,并揭示了俯冲板块与低波速省的相互作用伴随了 D”层的强烈挤压变形。

关键词： 660-km间断面 720-km间断面锐度 D”间断面 perm anomaly 板片深俯冲

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