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王新等-JGR:利用ScS多次波研究日本海及其邻近区域地幔过渡带结构
2017-04-26 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

  地幔过渡带是指地下410-km和660-km不连续面(间断面)之间的地幔部分,是联系上下地幔的纽带。俯冲的海洋岩石圈和地幔过渡带之间的相互作用是地球动力学研究的一个关键问题。通过对410-km和660-km间断面深度的探测,可以为了解地幔温压条件、物质组分、岩石圈深俯冲等地球深部动力学问题提供重要途径。
  西北太平洋俯冲带北起千岛群岛,中经日本伊豆-小笠原地区,南至马里亚纳群岛,是世界上最典型、最集中的俯冲带(图1a)。该区域的中深源地震分布及远震体波层析成像结果显示:西北太平洋板片以较低角度 (~30°)俯冲,一直俯冲到我国东北地区 660-km 间断面附近。受海域台站分布限制,前人研究大都关注太平洋俯冲板片与 660-km 间断面的相互作用(如我国东北下方),而忽视了海域地区俯冲板片与 410-km 间断面的相互作用(如日本海下方) 。

1a)西北太平洋俯冲地区及本研究中用到的地震事件和台站分布;(b)长周期ScS多次反射波;(cScS多次反射波主震相(红色) 和反射震相(蓝色)的射线路径

 

  针对上述问题,中科院地质地球所地球深部结构与过程研究室的博士生王新与导师李娟研究员和陈棋福研究员发展了用于海域下方上地幔间断面结构研究的ScS 多次反射波方法(图1b和c),并将该方法应用到日本海地区,获得了日本海及其周边区域上地幔间断面结构(图2)。研究表明:(1)长周期ScS 多次反射波方法是一种有效的研究海洋下方上地幔间断面结构的手段;(2)日本岛西南部、日本海西部和鄂霍次克海南部的660-km间断面总体表现为下沉,幅度约为15-20km。660-km间断面的下沉体现了冷的俯冲板片与间断面的相互作用;(3)日本岛东部660-km间断面表现为上隆,幅度约为15km,主要受俯冲板片后方热异常影响;(4)400km贝尼奥夫等深线附近,对应于冷的太平洋板片与地幔过渡带相互作用区域,410-km间断面局部上隆,幅度约为15km;(5)在日本岛东部,受俯冲板片后方热异常影响,410-km间断面发生轻微下沉;(6)在500km贝尼奥夫等深线以西,俯冲板片的上方,410-km间断面出现大范围下沉。他们认为在日本海西侧、鄂霍次克海南部,以及中国东北地区观测到的410-km间断面的下沉与地幔过渡带顶部高含水量有关。而该区域的普遍下沉,可能与新生代以来太平洋板块的快速后撤相关。

图2(a)和(b)410-km和660-km间断面起伏形态。(c)ScS共反射点叠加剖面

  该研究成果近期发表在国际著名地球物理期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth ( Wang et al. Topography of the 410 km and 660 km discontinuities beneath the Japan Sea and adjacent regions by analysis of multiple-ScS waves. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2017, 122: 1264–1283)。

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