地質地球所利用ScS多次波研究日本海及其鄰近區域地幔過渡帶結構獲...

2020-11-23 中國科學院

　　地幔過渡帶是指地下410-km和660-km不連續面（間斷面）之間的地幔部分，是聯繫上下地幔的紐帶。俯衝的海洋巖石圈和地幔過渡帶之間的相互作用是地球動力學研究的一個關鍵問題。通過對410-km和660-km間斷面深度的探測，可以為了解地幔溫壓條件、物質組分、巖石圈深俯衝等地球深部動力學問題提供重要途徑。

　　西北太平洋俯衝帶北起千島群島，中經日本伊豆-小笠原地區，南至馬裡亞納群島，是世界上最典型、最集中的俯衝帶（圖1a）。該區域的中深源地震分布及遠震體波層析成像結果顯示：西北太平洋板片以較低角度 (～30°)俯衝，一直俯衝到我國東北地區 660-km 間斷面附近。受海域臺站分布限制，前人研究大都關注太平洋俯衝板片與 660-km 間斷面的相互作用(如我國東北下方)，而忽視了海域地區俯衝板片與 410-km 間斷面的相互作用(如日本海下方)。

　　針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室的博士生王新與導師李娟和陳棋福發展了用於海域下方上地幔間斷面結構研究的ScS 多次反射波方法（圖1b和c），並將該方法應用到日本海地區，獲得了日本海及其周邊區域上地幔間斷面結構（圖2）。研究表明：（1）長周期ScS 多次反射波方法是一種有效的研究海洋下方上地幔間斷面結構的手段；（2）日本島西南部、日本海西部和鄂霍次克海南部的660-km間斷面總體表現為下沉，幅度約為15-20km。660-km間斷面的下沉體現了冷的俯衝板片與間斷面的相互作用；（3）日本島東部660-km間斷面表現為上隆，幅度約為15km，主要受俯衝板片後方熱異常影響；（4）400km貝尼奧夫等深線附近，對應於冷的太平洋板片與地幔過渡帶相互作用區域，410-km間斷面局部上隆，幅度約為15km；（5）在日本島東部，受俯衝板片後方熱異常影響，410-km間斷面發生輕微下沉；（6）在500km貝尼奧夫等深線以西，俯衝板片的上方，410-km間斷面出現大範圍下沉。他們認為在日本海西側、鄂霍次克海南部，以及中國東北地區觀測到的410-km間斷面的下沉與地幔過渡帶頂部高含水量有關。而該區域的普遍下沉，可能與新生代以來太平洋板塊的快速後撤相關。

　　該研究成果近期發表於國際期刊《地球物理研究雜誌：固體地球》（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)。

　　原文連結 

 

　　圖1（a）西北太平洋俯衝地區及該研究中用到的地震事件和臺站分布；（b）長周期ScS多次反射波；（c）ScS多次反射波主震相(紅色) 和反射震相(藍色)的射線路徑 

 

圖2（a）和（b）410-km和660-km間斷面起伏形態。（c）ScS共反射點疊加剖面 

　　地幔過渡帶是指地下410-km和660-km不連續面（間斷面）之間的地幔部分，是聯繫上下地幔的紐帶。俯衝的海洋巖石圈和地幔過渡帶之間的相互作用是地球動力學研究的一個關鍵問題。通過對410-km和660-km間斷面深度的探測，可以為了解地幔溫壓條件、物質組分、巖石圈深俯衝等地球深部動力學問題提供重要途徑。
　　西北太平洋俯衝帶北起千島群島，中經日本伊豆-小笠原地區，南至馬裡亞納群島，是世界上最典型、最集中的俯衝帶（圖1a）。該區域的中深源地震分布及遠震體波層析成像結果顯示：西北太平洋板片以較低角度 (～30°)俯衝，一直俯衝到我國東北地區 660-km 間斷面附近。受海域臺站分布限制，前人研究大都關注太平洋俯衝板片與 660-km 間斷面的相互作用(如我國東北下方)，而忽視了海域地區俯衝板片與 410-km 間斷面的相互作用(如日本海下方)。
　　針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室的博士生王新與導師李娟和陳棋福發展了用於海域下方上地幔間斷面結構研究的ScS 多次反射波方法（圖1b和c），並將該方法應用到日本海地區，獲得了日本海及其周邊區域上地幔間斷面結構（圖2）。研究表明：（1）長周期ScS 多次反射波方法是一種有效的研究海洋下方上地幔間斷面結構的手段；（2）日本島西南部、日本海西部和鄂霍次克海南部的660-km間斷面總體表現為下沉，幅度約為15-20km。660-km間斷面的下沉體現了冷的俯衝板片與間斷面的相互作用；（3）日本島東部660-km間斷面表現為上隆，幅度約為15km，主要受俯衝板片後方熱異常影響；（4）400km貝尼奧夫等深線附近，對應於冷的太平洋板片與地幔過渡帶相互作用區域，410-km間斷面局部上隆，幅度約為15km；（5）在日本島東部，受俯衝板片後方熱異常影響，410-km間斷面發生輕微下沉；（6）在500km貝尼奧夫等深線以西，俯衝板片的上方，410-km間斷面出現大範圍下沉。他們認為在日本海西側、鄂霍次克海南部，以及中國東北地區觀測到的410-km間斷面的下沉與地幔過渡帶頂部高含水量有關。而該區域的普遍下沉，可能與新生代以來太平洋板塊的快速後撤相關。
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　　圖1（a）西北太平洋俯衝地區及該研究中用到的地震事件和臺站分布；（b）長周期ScS多次反射波；（c）ScS多次反射波主震相(紅色) 和反射震相(藍色)的射線路徑 
 
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