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孙伟家等-GRL:华北克拉通西部和中部的中岩石圈不连续面
2017-07-13 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

地球呈圈层结构,岩石圈是地球最外层的坚硬岩石层。岩石圈主要的间断面是莫霍面和岩石圈底界面。地震学家Hale最早在1969年在北美克拉通岩石圈地幔内部发现了一条间断面,并且近年来,研究者相继报道了这条间断面存在于全球主要克拉通岩石圈地幔中。该间断面深度范围为60-160km,主要集中在80-120km深度内,由于位于岩石圈地幔内,因而得名“中岩石圈不连续面”(Mid-lithosphere discontinuity)。由于该不连续面与岩石圈增生可能有密切关系,因此成为国际上的一个研究焦点。
  中科院地质地球所地球与行星物理院重点实验室孙伟家副研究员等,利用自主研发的新方法—地震光照成像法研究了华北克拉通西部和中部的中岩石圈不连续面。该方法从地震记录中构建高频地震反射波信号(0.5-4Hz),有效提高了对间断面的探测能力,其分辨能力达2km。
  华北克拉通西部和中部的中岩石不连续面的深度范围是80-120km,该结果与S波速度及速度梯度吻合。结合地表热流数据结果,在该地区中岩石圈不连续面与热岩石圈边界十分吻合,但与“热岩石圈边界在通常情况下与岩石圈底边界一致”的认识有出入,这主要是受太平洋板块俯冲和岩石圈性质控制的结果。
  研究还发现,华北克拉通西部的岩石圈在太平洋板块俯冲作用下虽然未遭受破坏,但受俯冲的热作用和交代作用影响,其岩石圈受到了部分改造。此外,中岩石圈不连续面在该地区代表了热传导性质岩石圈的底界面,即下岩石圈是热传导到热对流的流变边界层。该项研究有助于理解克拉通生长-改造-破坏的演化过程。

1. 研究方法的原理示意图。a) 原理:从自由地表和岩石圈界面之间的多次反射波中提取出反射波,以提高对岩石圈间断面的探测能力;b)c) P波和S波接收函数主要使用透射转换波探测岩石圈间断面

2. 由于俯冲大地幔楔内的交代作用和热作用导致中岩石圈不连续面与热岩石圈底边界一致。a) S波速度,b) S波速度梯度,c) 岩石圈间断面受交代作用和热作用的示意图

以上研究成果发表在国际地学权威期刊Geophysical Research LettersSun et al. Mid-lithosphere discontinuities beneath the western and central North China Craton. Geophysical Research Letters, 2017, 44(3): 1302-1310)。 

 
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