海洋所在下地幔流场结构研究中获重要进展
时间 : 2024-03-25     

312日,Nature Geoscience杂志在线报道了中国科学院海洋研究所董冬冬课题组范建柯研究员与国内外合作者的最新研究成果。研究人员利用最新的天然地震数据开展了高分辨率各向异性层析成像研究,揭示了菲律宾海板块下地幔上部(700-1600 km)的流场特征,推测其为早新生代太平洋下地幔流场的残留。

下地幔在地球演化和物质循环中起着至关重要的作用。例如,板块俯冲和地幔柱是地球演化和地球内部与地表物质循环的两种主要方式,这已被全球地震层析成像所证实。在这些过程中,下地幔扮演了非常重要的角色,它既是俯冲板块的最终归宿,也是地幔柱的起源地。因此,更好地了解下地幔地球动力学特征具有重要意义。然而,我们对下地幔地球动力学性质的认识仍然不足。

研究人员利用菲律宾海板块内部及周边大量陆地台站和海底地震仪记录的P波到时数据反演得到了研究区下方地壳到1600 km深度的方位各向异性结构,结果显示(图1),在菲律宾海板块中部700-900公里深度的下地幔顶部存在显著的南北方向的各向异性,在菲律宾海板块东北部和中部700-1600 km存在小范围、孤立的高速异常体,各向异性均为北西-南东方向。结合已有的动力学模拟等研究成果,研究人员推测,700-900 km深度的南北方向的各向异性与俯冲板块和地幔柱均无关,而可能是约5千万年前的太平洋下地幔流场的残留。700-1600 km深度的小范围、孤立的高速异常体可能是伊泽纳吉板块的残留,北西-南东向的各向异性可能是约4千万年前的太平洋下地幔流场的残留(图2)。

研究成果表明,下地幔的地震波各向异性可能比以前认为的要普遍得多,这也为复杂的下地幔形变及其长期保存的可能性提供了重要而独立的地震学证据,有助于更好地理解深部地幔中矿物的变形机制、下地幔的流变学和热力学等性质。

范建柯研究员为论文第一作者,范建柯研究员与李翠琳副研究员为共同通讯作者。日本东北大学赵大鹏教授、中国科学院地质与地球物理研究所的刘丽军教授与中国科学院海洋研究所董冬冬研究员为论文共同作者。上述研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项及日本学术振兴会等的共同资助,研究中部分P波到时数据依托科学号科考船获得。

论文题目:Remnants of shifting early Cenozoic Pacific lower mantle flow imaged beneath the Philippine Sea Plate

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41561-024-01404-6.

1 菲律宾海板块700-1600 km深度的方位各向异性(黑色短实线)结果。其中,H1H2推测为伊泽纳吉板块的残留

2 菲律宾海板块下方早新生代太平洋下地幔流场残留示意图。其中,白色圆柱代表推测的约5千万年前的太平洋下地幔流场的残留,蓝色体H1H2及其内部的黑色短实线代表推测的伊泽纳吉板块的残留及约4千万年前的太平洋下地幔流场的残留

(本文来源于中国科学院海洋研究所,“科学”号信息员封婧改编提供)