GRL:揭示華南巖石圈-軟流圈衰減結構及構造含義

2021-03-01 地學驛站

來源：廣州地化所

　　地震波在傳播過程中普遍存在衰減現象。相比於速度結構，衰減結構的測量更為困難。遠震體波衰減反映了巖石圈-軟流圈系統的物性和熱結構狀態，該信息與其他地球物理信息，如地震波速度、密度和各向異性等互為補充。華南地區經歷了複雜的構造運動(武夷雲開運動，印支運動和燕山運動等)，地表出露有大量巖漿巖，並廣泛分布有多金屬礦床，其深部結構歷來受到關注。

　　中國科學院廣州地球化學研究所鄧陽凡特任研究員，與美國明尼蘇達大學Joseph S. Byrnes博士, Maximiliano Bezada教授合作，基於2010-2019年華南地區的固定臺站數據(圖1)和波形匹配的方法，首次獲得了華南地區遠震體波的衰減結構。

　　為了保證結果的可靠性，此項工作中利用人工挑選了82個深震的9160條地震記錄，並分別使用線性反演和貝葉斯蒙特卡洛反演獲得了衰減結構(圖2)，後者能提供更多細節信息。其中，在線性反演中利用刀切法(jackknife-bootstrap)進一步驗證了結果的可靠性。

　　該工作得到的衰減結構與前人的巖石圈厚度估算值有很好的一致性，即從四川盆地向華夏塊體逐漸減薄。衰減結果顯示，最弱的衰減發生在具有厚巖石圈根的四川盆地。鄰近的川滇地區表現為同樣的低衰減，但由於該區不同研究者的地幔成像結果具有差異性，作者提出兩種導致低衰減的可能性即拆沉的巖石圈或者被古地幔柱改造過的巖石圈。華南東部沿海的局部低衰減有可能與少量剝離的巖石圈有關，剝離的大小決定了衰減的幅度(圖3)。衡陽、江漢和南昌盆地存在低衰減信息，暗示這些盆地巖石圈內有局部剛強的塊體。最強的衰減出現在海南島及臨近區域，這與地幔柱所顯示的高溫及上地幔部分熔融相一致。廣西地區的一些強衰減暗示著小尺度的對流出現，但在地表並未出現火山作用痕跡。

　　該衰減結構支持中國東部均存在巖石圈的減薄，同時為該區巖石圈強度和熱活動提供了新的視角。

‍‍‍‍‍圖1. (a) 本研究所使用的臺站分布及構造地質簡圖；(b) 本研究所使用的地震分布。

圖2. (a) 線性反演獲得的；(b) 貝葉斯蒙特卡洛方法獲得的，黑線為圖3標出了剖面位置。

圖3. (a) 沿圖2(b)所示剖面的地形和構造地質單元；(b) 不同反演方法獲得的與不同方法獲得的巖石圈厚度的對比；(c) 沿剖面0.5°範圍內的地震分布；(d) 衰減的解釋模型示意圖。四川盆地低衰減對應厚的巖石圈，衡陽盆地局部強的巖石圈也會導致較低衰減，拆離的巖石圈可能導致了華南東部沿海的低衰減。

　　在中國科學院先導專項B（XDB18000000），國家自然科學基金（41874106, 42021002），中國科學院青年創新促進會等資助下，相關研究在2021年2月發表在地球科學主流期刊Geophysical Research Letter上。感謝中國地震局地球物理研究所「國家數字測震臺網數據備份中心」為本研究提供地震波形數據。

 　　Deng, Y.*, Byrnes, J.S., Bezada, M., 2021. New insights into the heterogeneity of the lithosphere-asthenosphere system beneath south china from teleseismic body-wave attenuation. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL091654. https://doi.org/10.1029/2020GL091654 

版權聲明

本微信文章轉自廣州地球化學研究所，旨在學術分享,版權歸原作者或平臺所有,如有侵權請加小編（微信ID：dixueyizhan）留言，侵權必刪！

點亮「在看」SCI錄用率提高20%

相關焦點

  • Nature：軟流圈熔體促進構造板塊運動
    他們的新模型不但考慮了地震波速，而且考慮了波速穿過介質時的衰減情況，研究發現，構造板塊的運動速度直接與軟流圈中熔體含量有關，軟流圈中少量熔體的存在可能會極大地促進板塊的運動。巖石圈位於地球最外層，平均厚度約為80 km，由地殼和部分上地幔組成，它又被劃分成許多剛性的構造板塊，它們在下伏低粘度的軟流圈上運動。
  • Nature:軟流圈熔體促進構造板塊運動
    Nature：軟流圈熔體促進構造板塊運動摘要：來自法國裡昂大學CNRS/ENS實驗室的科學家把地震面波層析成像觀測結果和礦物物理實驗結果相結合，首次在全球尺度下對軟流圈內不同深度處的熔體含量進行了估算。
  • 巖石圈和軟流圈間沒有熔融層,軟流圈有一定硬度,它們則是耦合的
    大家好，今天小編給大家介紹的是關於巖石圈和軟流圈的知識。巖石圈和軟流圈間沒有熔融層，軟流圈有一定硬度，它們則是耦合的。下面就跟著小編一起來看看吧！地球內部的動力學特徵或活動性通過「內動力作用，即大地的構造作用、巖漿作用和變質作用等反映到地表。
  • 中國東部中、新生代軟流圈上湧與構造-巖漿-礦集區
    要：以深部地球物理資料為基礎, 結合大地構造環境、巖漿巖同位素示蹤及礦產資源分布規律, 加以綜合分析.通過熱力學計算可知, 中國東部近2億年來的上地幔巖石圈/軟流圈構造可以存留至今, 且能區分出中、新生代.軟流圈上湧與礦集區：（1）中生代金屬礦：（a）克拉通區, 軟流圈沿柱身上湧, 其柱頭上方形成幔殼混熔花崗質巖及相應Au、Cu、Mo、Pb-Zn等礦集區, 並於柱身與巖石圈塊體陡接觸帶
  • 巖石圈板塊運動的底墊層
    巖石圈（Lithosphere）是固體地球的表層，即地球的剛性外殼層，由一些能夠相互獨立運動的離散型板塊構成。軟流圈是指在距地球表面以下約100公裡的上地幔內部地震波的低速層，由古登堡在1926年最早提出。軟流圈位於上地幔的上部，巖石圈之下。軟流圈表現為地震傳播波速（P波、S波）明顯降低，是地幔內的低速層。
  • 中國巖石圈時空演化框架建立—新聞—科學網
    記者胡其峰2月7日從中國地質科學院獲悉，由中科院院士李廷棟等主持的「中國巖石圈三維結構」研究獲得重大突破，科學家系統總結和論述了全國及重點區段巖石圈結構構造及其演化
  • 中國巖石圈時空演化框架建立-光明日報-光明網
    本報北京2月7日電 記者胡其峰7日從中國地質科學院獲悉，由中科院院士李廷棟等主持的「中國巖石圈三維結構」研究獲得重大突破，科學家系統總結和論述了全國及重點區段巖石圈結構構造及其演化、地球物理場及地球化學場的基本特點，劃分了中國巖石圈構造單元，初步建立了中國巖石圈的時空演化框架；這一研究成果大幅提高了我國巖石圈的研究水平
  • 【走向深部】我國初步構建大陸地殼/巖石圈結構框架
  • 地球深部巖漿促進了構造板塊的運動
    裡昂：地球、計劃和環境實驗室的科學家報告說，位於構造板塊下面的少量熔巖推動他們移動。他們的新模型不僅考慮了地震波的速度，還考慮了地震波被其通過的介質衰減的方式。因此，地表附近構造板塊的速度與存在的巖漿數量直接相關。這項研究發表在2020年10月21日的「自然」雜誌上。巖石圈是地球的外層，由地殼和部分上地幔組成。
  • 二、地球運行的方式-3(板塊構造)
    3現代板塊構造理論海底擴張的提出引發了地質學思想的一場革命。在接下來的十年中，大多數地質學家開始意識到，我們所生活的地殼，一定是可移動的。到1968年，研究人員提出了一個新的地球模型：板塊構造理論。在這個模型中，地球的外殼由可相對移動的獨立碎片或板塊組成。地質學家意識到，這個理論可以解釋很多地質現象如地震、火山和造山。
  • Nature：克拉通巖石圈地幔的成因模型
    玄武質熔體被大量抽取之後，古老克拉通巖石圈地幔的密度小於下伏的軟流圈，因此，它能夠像船一樣長期「漂浮」在軟流圈之上。克拉通的巖石圈地幔具有機械抵抗力(Arndt et al., 2009)，能夠防止由於地幔對流而造成的破壞，因而能夠長期存在。古老克拉通的巖石圈地幔是如何形成的？儘管科學家們針對這一問題開展了大量的研究，然而，目前對克拉通巖石圈地幔成因的認識仍然存在明顯的分歧。
  • 軟流圈流動方向與地幔流動模擬所預測的方向相反?
    在俯衝帶區域，被認為下行巖石圈的沉陷變化，使得軟流圈地幔在板塊邊緣周圍回流，並且導致板塊下面的軟流圈侵入流經火山弧下方的弧形地幔和弧後盆地。這就形成了溝槽退縮和板塊回退的情況。原理就是熱脹冷縮的情況，液體與固體之間的關係。這個解釋到了馬裡亞納南部邊緣區域，軟流圈地幔流動的起源現象。
  • 全球板塊構造
    ，稱為巖石圈。巖石圈地幔以下是相對塑性的(它可以流動)，被稱為軟流圈。巖石圈地幔和軟流圈地幔在剛性和塑性上的差異是溫度所導致的，前者比後者更冷。陸地巖石圈通常厚約150公裡，而海洋巖石圈約100公裡厚。(注:此圖片不是按比例繪製的。)
  • 印度洋熱帶環流圈的結構和季節變化獲揭示
    近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）研究員杜巖團隊利用表層漂流浮標揭示了印度洋熱帶環流圈的結構和季節變化，填補了熱帶印度洋熱帶環流圈結構研究的空白。研究相關成果由博士研究生吳煒等人發表在《Journal of Geophysical Research: Oceans》（《地球物理學研究雜誌：海洋》）上。
  • 板塊構造學說
    板塊構造說的理論是在大陸漂移學說、海底擴張學說的基礎上發展起來的。1912年，德國氣象學家A.魏格納（1880—1930）在總結前人有關大陸漂移概念的基礎上，提出一種大地構造假說——大陸漂移說，引起全世界科學家的重視。魏格納認為：在3億年前，地球上所有的大陸和島嶼是連在一起的，構成一個龐大的聯合古大陸，稱為泛大陸，周圍的海洋稱為泛大洋。
  • 美國科學家稱地球板塊構造可能會再次停止移動
    地質學的一項新發現近日對板塊構造學說提出挑戰，美國卡內基研究所科學家聲稱，在地球的歷史上，板塊漂移曾至少停頓過一次，而且這種停頓在今後可能會再次發生，研究結果發表在近日出版的美國《科學》雜誌上。
  • 星球結構決定
    你可能認為像金星那樣的熱行星地殼會更軟，更容易活動，但是如果有水那麼確實會降低巖石的強度，而金星是非常乾燥的，所以即使它比地球熱得多，它的地殼也比地球的硬得多。看起來金星上的情況是這樣的，它的內熱積聚起來，而不是通過頻繁的火山活動和地殼擴張來釋放，它的內熱是在全球範圍內的火山活動中釋放出來，每隔幾億年地表就會被重新鋪好一次。
  • ​地球圈層結構
    在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層，位於地面以下平均深度約150公裡處。這樣，整個地球總共包括八個圈層，其中巖石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及巖石圈的表面，一般用直接觀測和測量的方法進行研究。而地球內圈，主要用地球物理的方法，例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。