俯冲大洋板块的脱水及其对地幔结构的影响是长期受到关注的重要科学问题。前人研究已认识到,在弧下100±20 km深处存在大量脱水,这导致了地表火山岛弧的形成;俯冲板片滞留到地幔过渡带也会造成深部物质脱水。然而,在板片俯冲到两三百千米深的区域,如小安的列斯岛弧的弧后海域(图1),地表不存在火山活动,但一些深度分辨率较低的大尺度三维成像结果又显示上地幔低速异常。由此引出了一个广泛关切的问题:弧后海域地幔的热物质会影响地幔顶部乃至地壳吗?这就需要对特定深度更为准确的层析成像结果帮助我们回答。此外,地震各向异性是研究俯冲带地区深部动力学的重要参数。此前对东加勒比地区各向异性的研究均基于剪切波分裂,其仅能提供地震台站下方的各向异性结构,不足以提供对俯冲弧后地区的完整约束。
图1 东加勒比地区地形图
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室的吕彦副研究员等,利用发展的地幔顶部地震波速度与各向异性成像方法,获得了东加勒比地区地幔顶部Pn波速度和各向异性结构(图2)。研究发现,东加勒比海下方地幔顶部的速度较高,这不同于前人在地幔更深处的低速成像结果。将这一发现与其在西北太平洋俯冲带的类似发现相结合,推断弧后海域的地幔顶部不受较深处地幔热物质的显著影响。各向异性结果显示,板块边界地区存在平行于海沟方向的各向异性结构,弧后海域存在垂直于海沟方向的各向异性结构,碰撞边界地区的剪切波分裂应主要归因于地幔顶部的强烈各向异性。
图2 东加勒比地区地幔顶部Pn波速度与各向异性结构
该研究揭示了大洋板片俯冲过程的三个重要特征:(1)在大洋板片俯冲过程中,岛弧下方存在大量脱水,导致了地表火山岛弧和地幔顶部显著的平行于海沟方向的各向异性;(2)在弧后海域下方,脱水可能存在,但仅影响俯冲板片的上部,而不显著影响到地幔顶部和地壳;(3)弧后海域地幔顶部受地幔楔物质流动影响形成垂直于海沟方向的各向异性(图3)。
图3 东加勒比地区俯冲弧后动力学过程示意图
成果发表于国际权威学术期刊JGR: Solid Earth (吕彦*, 刘家琪, 贺羽慧, 关玉蕊. New uppermost mantle Pn velocity and anisotropy model of the eastern Caribbean. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126(3): e2020JB021523. DOI:10.1029/2020JB021523)。研究受国家自然科学基金(41874066, 41674066, 41630210)和中国科学院地质与地球物理研究所重点自主部署项目“行星多圈层耦合”(IGGCAS-201904)资助。
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
吕彦等-JGR:东加勒比地区俯冲弧后地幔结构新认识
本站小编 Free考研考试/2022-01-02
相关话题/结构 地球 物质 地质 过程
何熹等-JGR: 地震Lg波衰减成像揭示青藏高原东南部的软弱地壳和地壳物质运移机制
大约从55个百万年之前开始,来自印度板块和欧亚板块的持续挤压和汇聚作用使青藏高原平均抬升达4 km,同时也导致了高原内地壳和地幔物质的大量流失。数值模拟和大地测量研究普遍认为青藏高原东南缘是高原物质向外运移的主要通道。非常发育的深大断裂将这一地区划分为多个次一级构造单元,其中东南向运动并顺时针旋转的 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02孙文杰等-JGR:中国区域大尺度强Es结构观测研究
电离层偶发E层(Sporadic E layer,简称Es层),存在于地面上方90-130 km以内的空间区域,其层内电子密度高,会使经过它的无线电波产生反射、散射或折射,实现远距离高频或甚高频通信,强的Es结构常伴随有各种尺度的电离层E区不规则体,可引起无线电信号闪烁、卫星信号失锁、测距误差等,进 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02黄晓林等-EG:风化作用下岩石微观结构劣化—力学参数弱化定量刻画
岩石是自然界中具有一定结构和构造的矿物集合体,通常含有多种物理力学性质和几何形貌各异的矿物,同时其内部发育有大量的孔隙、缺陷、微裂纹等,形成极不均匀的微观结构。在风化作用下,地表或者接近地表的岩石与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而最终在原地形成松散堆积物。岩石风化作用是地球物质循环的重要 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02张维骐等-JP:超慢速扩张脊下洋壳组成和结构多样性的成因
大洋中脊是现今地球上最长火山链,也是全球最重要的地壳增生场所。根据全扩张速率,全球洋中脊可以分为快速扩张(>80 mm/yr)、慢速扩张(20-80 mm/yr)以及超慢速扩张(<20 mm/yr)三种类型。其中超慢速扩张脊占据了全球洋脊总长度的36%,主要分布在西南印度洋脊和北冰洋脊。对于快速扩张 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02李继磊等-GCA&IGR:流-岩交换过程解译俯冲带中硫的迁移
俯冲带是地球一级物质循环体系,控制着地球内部与地表之间各种元素与挥发份的交换过程,影响着全球的元素循环。基于地球化学、地球物理和实验岩石学研究,目前的共识是板片向上覆地幔楔输送挥发份物质的主要介质是俯冲带流体。深俯冲的沉积物、蚀变洋壳和蛇纹石化地幔通过变质脱水反应形成的富水流体充当了C、S、N、B、 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02吴子木等-JGR:伊朗高原东北部-东部岩石圈-软流圈系统横向结构变化及其构造意义
伊朗高原位于阿尔卑斯-喜马拉雅造山带中段(图1a),形成于特提斯域板块间的长期汇聚作用,特别是新生代新特提斯洋的闭合与紧随其后的阿拉伯-欧亚陆陆碰撞造成高原隆升。相比位于同一构造域、发育更为“成熟”的青藏高原,伊朗高原具有平均海拔低、初始碰撞晚、汇聚速率慢等特点,因此常被视为认识和探索俯冲-碰撞连续 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02王佳敏等-EPSL:喜马拉雅首次发现榴辉岩叠加超高温变质——对地球早期碰撞构造的启示
研究概要: 1. 首次报道喜马拉雅存在超高温变质作用(900–970 ℃),模拟了加厚酸性地壳(~60 km)和岩石圈减薄(<90 km)共同作用作为其热源的可能性。 2. 提出了碰撞初期形成冷的榴辉岩vs.成熟期由于地壳加厚而形成麻粒岩化榴辉岩的构造模式 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02韩光洁等-EPSL:410-km间断面上覆低速层结构研究
位于地幔过渡带上方的低速层结构是近20年来地球物理学领域的一个重要发现。对于410-km间断面上覆低速层结构的探测(低速层的空间分布、厚度变化、低速异常值大小等)及其形成机理的研究是深部地幔结构、物性和动力学研究的热点问题,对理解地幔对流模式、地球内部物质运移、熔体分布以及俯冲板块在地球深部的归宿等 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02李金华等-JGR:细菌利用地磁场上下穿梭驱动有氧-无氧界面物质和能量循环
研究发现趋磁细菌可能是一类重要的微生物功能群,他们利用地磁场的定向作用,在有氧-无氧界面(OAI)中上下穿梭,从而将OAI上部有氧或微氧与其下部的厌氧环境联动起来,进而驱动碳、氮、硫和铁等在地球水生环境的无氧与有氧环境中的元素循环。 有氧-无氧界面(OAI)是地球上有氧与无氧环境之间的过渡带。在地 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02凌媛等-Tectonophysics:云南地壳对青藏高原东扩和新生代印度板块俯冲的结构响应
中国云南地区位于东扩的青藏高原和新生代以来强烈伸展的东南亚之间。根据地表构造和变形观测,通常认为青藏高原隆升导致向东的块体挤出,或是下地壳通道流是云南地区新生代构造演化的成因。中科院地质与地球物理研究所的研究人员全面分析了云南地区密集地震台阵的地震记录,通过对地壳结构的地震成像研究,集前人地质、地化 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02