铁方镁石自旋转变与中下地幔的波速横向变化

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• 作者：吴忠庆R.M.Wentzcovitch
• 会议时间：2014-10-19
• 关键词：中下地幔 ; 波速横向变化 ; 铁方镁石 ; 自旋转变
• 作者单位：吴忠庆(中国科学技术大学地球和空间科学学院,地震与地球内部物理实验室 合肥 230026)R.M.Wentzcovitch(美国明尼苏达大学化工材料系)
• 母体文献：2014年中国地球科学联合学术年会论文集
• 会议名称：2014年中国地球科学联合学术年会
• 会议地点：北京
• 主办单位：中国地球物理学会
• 语种：chi
• 分类号：TV4;TU5

摘要

尽管白旋转变会显著降低体模量,但由于自旋转变是一个渐变的过程,不会导致波速跳变,因此似乎是地震学不可见的,通过对第一性原理计算获得的下地幔矿物弹性数据分析,发现铁的自旋转变产生的效果完全可以通过层析成像等手段观测到,例如它会导致P波波速在-1750公里深度对温度变化不敏感,起源于深部的地幔热柱在该深度“断开”的现象。这是由于,自旋转变下铁方镁石的体模量反常的随温度升高而迅速增大,带动整个下地幔的体模量随温度升高而升高,与正常温度依赖的剪切模量相互抵消,导致自旋转变区域内P波波速对温度变化不敏感)。类似的特征已经在多个层析成像结果中出现,但一直没有得到很好的理解。地幔柱是起源于核幔边界的热物质上涌流,穿越整个地慢到达岩石圈底部,是板块运动的主要驱动力之一,能够解释地表热点轨迹,大火成岩省形成等众多地质观测现象,因此直接证实地幔柱是地球科学非常重要的一个课题,地震学成像是目前观测地幔柱主要手段,利用了热物质波速慢的特点。但实际观测发现多个地幔柱在-1750公里深度波速并没有明显变慢,既上涌热物质在这个深度左右突然变的不热,这是很难理解的,也跟地幔柱的整个概念有冲突,研究结果表明上涌物质在该深度其实还是热的,只不过由于自旋转变,P波波速在这个深度对温度变化不敏感,在P波图像上感受不到高温。自旋转变也可以导致体波波速和横波波速负相关,S波与P波的相对变化比值(d1nVs/d1nVp)对铁方镁石含量特别敏感。