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孙伟家等-JGR:中岩石圈不连续面:西澳大利亚
2018-03-15 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

       在西澳大利亚Jack Hills发现了世界上最古老的锆石,它的U-Pb同位素年龄是44.04亿年,这意味着西澳大利亚是世界上最古老的克拉通。中岩石圈不连续面(英文是mid-lithosphere discontinuity, 简称MLD)是克拉通岩石圈地幔内部的二级界面(图1),它记录了克拉通形成、岩石圈增厚等大陆演化过程,是大陆演化和板块构造的研究热点。

1 中岩石圈不连续面(MLD)示意图. Hales (1969)在北美发现中岩石圈不连续面,是克拉通岩石圈地幔内部的二级界面,普遍存在于全球克拉通下方,全球平均深度范围80-120 km

      中岩石圈不连续面于1969年发现于北美,全球平均深度范围80-120 km。中岩石圈不连续面普遍存在于全球克拉通岩石圈地幔,这揭开了探索和研究岩石圈精细结构的序幕。中岩石圈不连续面的形成机制至今仍是争论的焦点,主要观点有两类: 1. 该界面形成于克拉通化过程中;2. 该界面是克拉通岩石圈地幔下部受到软流圈侵蚀的结果。穿过中岩石圈不连续面的地震波速度是增加还是降低也存在较大争议,这也阻碍了对中岩石圈不连续面的动力学意义的系统认识。

       针对上述问题,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及其合作者对最古老的西澳大利亚克拉通展开了中岩石圈不连续面的研究。他们发展了高分辨率岩石圈精细结构的地震成像方法,获得了西澳大利亚克拉通下方中岩石圈不连续面精细的速度结构和界面结构,厘清了高低速交替变化的速度特征,并发现了两条明显的中岩石圈不连续面。综合地震P波和S波速度结构、地震各向异性、地热学以及电阻率等地球物理研究结果,取得了如下认识:

1. 中岩石圈不连续面1 (图2标号1)深度为60-80km,其起伏与莫霍面(图4黑色虚线)起伏一致,特别是在Capricorn造山带莫霍面和中岩石圈不连续面1均增厚,推断该界面形成早于18亿年的造山带,很可能是克拉通化过程中形成的;

2.中岩石圈不连续面2(图2标号2)深度为90-110km,该边界同时也是岩石圈-软流圈过渡带(LAT)的上边界,说明岩石圈地幔下半部分与软流圈地幔深度耦合,推断该界面可能是岩石圈地幔受到软流圈侵蚀的结果。

2. 西澳大利亚克拉通岩石圈界面深度。在西澳大利亚克拉通下方发现两条中岩石圈不连续面:1(青色虚线)2(白色虚线)。背景图为三维Pn波走时层析反演的P波速度,在110km以上具有很好的垂向分辨率,110km以下为澳大利亚地震学参考模型

       上述研究成果发表在国际地球物理学期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth 上(Sun et al. Insights into layering in the cratonic lithosphere beneath Western Australia. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2018, 123, doi : 10.1002/2017JB014904)。

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