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刘东洋等-EPSL:“中-意-法阿尔卑斯地震观测计划”揭示西阿尔卑斯地区地幔过渡带结构
2021-11-15 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  地幔过渡带是410 km660 km深度的两个全球规模的不连续面之间的地幔部分,俯冲板块和地幔对流以热扰动的形式在地幔过渡带的上(410 km)和下(660 km)边界诱发相变。地球物理观测广泛用于揭示过渡带410-660- km间断面的形态结构特征,可为理解地幔对流模式、了解俯冲板块的形态特征、温压变化、物质组成等深部动力学过程提供重要信息。 

  阿尔卑斯造山带位于亚平宁半岛北部,是中生代亚得里亚海微板块与欧洲板块碰撞汇聚的结果,是研究多俯冲板块体系下俯冲板块地幔流动相互关系的理想场地。然而由于阿尔卑斯造山带壳幔速度结构的复杂性,对本地区地幔过渡带410 km660 km的探测造成较大干扰,导致诸多深部动力学问题存在较大争议,限制了对阿尔卑斯地区地幔流动模式的进一步认识。 

  针对上述问题,中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室的博士生刘东洋与导师赵亮研究员等,基于--法阿尔卑斯地震观测计划两期(CIFALPS&CIFALPS 2)的密集流动台站观测数据以及欧洲综合数据库(EIDA)提供的固定台数据(图1b),利用P波接收函数方法和三维速度校正技术对西阿尔卑斯地区的地幔过渡带结构进行精细成像,为认识西阿尔卑斯地区深部动力学过程提供了重要地震学约束。 

1 (a) 亚德里亚-欧洲板块边界示意图,小插图:远震事件的分布;(b)本研究所使用的地震台站分布图,红点和黄点分别代表CIFALPSCIFALPS-2项目布设的流动地震台阵,蓝点代表由EIDA(欧洲综合数据库)提供的193个固定台站;(c)阿尔卑斯和亚平宁俯冲带的新近纪演化,橙色箭头表示软流圈逆时环流的方向

  研究结果表明: 

  1)西阿尔卑斯下方410 km间断面存在~10 km的抬升,对应于欧洲板块与地幔过渡带相互作用区域,这对西阿尔卑斯板块现今最大俯冲深度提供了重要限制,660 km间断面总体表现为下沉,凹陷的深度最高可达30 km660 km间断面的凹陷与俯冲大洋岩石圈残余有关(2) 

  2)西阿尔卑斯造山带西北侧存在410 km间断面的弧形凹陷和地幔过渡带的减薄,我们将其归因于小规模地幔上升流引起的约+120 K的热异常,地幔上升流的产生与板块俯冲产生的回流系统有关; 

  3)由于亚平宁俯冲板片北端与阿尔卑斯俯冲板片西南端之间缺乏环形流,因此亚平宁板块的持续性后退在阿尔卑斯俯冲板块的西北部附近引起吸力作用,地幔流沿阿尔卑斯板块边缘逐渐向东南方向流动,在这种运动模式的约束下,过渡带减薄区域和地表快速隆起区域 具有良好的空间一致性,这表明深部地幔过程可能对西阿尔卑斯地区的地表隆升有潜在贡献(图3)。 

2 地幔过渡带过渡带厚度图。(a)利用一维IASP91模型获得的结果;(b)利用EU60三维速度模型获得的结果,绿线显示了现今地表抬升速率较快的区域,白色虚线代表剖面的位置。(a-A) 沿a-A剖面CCP图像;(b-B)沿b-B剖面CCP图像红色虚线表示410660间断面的参考深度,白色虚线表示P410sP660s的最大振幅深度

3 西阿尔卑斯地区地幔过渡带界面成像及其动力学解释

  研究成果发表于国际学术期刊Earth and Planetary Science Letters (刘东洋,赵亮*, Anne Paul, 袁怀玉, Stefano Solarino, Coralie Aubert, Silvia Pondrelli, Simone Salimbeni, Elena Eva, Marco G. Malusà, Stéphane Guillot. Receiver function mapping of the mantle transition zone beneath the Western Alps: New constraints on slab subduction and mantle upwelling[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 577: 117267. DOI:10.1016/j.epsl.2021.117267) 。该成果受到国家自然科学基金项目(41625016, 41888101, 91955210)、国家重点研发计划项目(2017YFC0601206)等资助。 

 
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