化學(xué)、礦物學(xué)及溫度變化對(duì)下地幔密度和體波波速的影響.pdf

1、下地幔底部是地球內(nèi)部最為復(fù)雜的區(qū)域之一。在過(guò)去的幾十年里，地震學(xué)在下地幔底部研究觀測(cè)到了許多波速異常，比如剪切波的各向異性的增強(qiáng)、核幔邊界上方的超低速帶異常、大剪切波低速異常體中密度（體波波速）和橫波波速反相關(guān)等等。為了更好的理解下地幔波速異常的形成機(jī)制，在本研究中我們利用高溫高壓礦物學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的下地幔主要構(gòu)成礦物的熱力學(xué)狀態(tài)方程，包括:布里奇曼石、鐵方鎂石、硅酸鈣鈣鈦礦以及后鈣鈦礦，建立了下地幔密度及體波波速的模型。需要指出的是，不同

2、實(shí)驗(yàn)組確定的熱力學(xué)狀態(tài)方程來(lái)自不同的壓標(biāo)，致使無(wú)法在同一標(biāo)準(zhǔn)下獲得成分變化對(duì)熱力學(xué)參數(shù)的影響。因此，我們首先采用Feietal(2007)所提出的統(tǒng)一自洽壓標(biāo)，對(duì)來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果進(jìn)行壓標(biāo)統(tǒng)一，并由此對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行重新分析，以便更準(zhǔn)確的獲得成分變化對(duì)下地幔礦物熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)的影響。利用新得到的下地幔礦物熱力學(xué)參數(shù)，我們建立了在不同的化學(xué)、礦物組成及溫度條件下下地幔底部的密度和體波波速模型。結(jié)果顯示化學(xué)、礦物學(xué)及溫度變化對(duì)下地幔模型有不

3、同的地球物理學(xué)影響。其中，鐵元素和鋁元素的富集會(huì)增加下地幔密度，但是會(huì)極大的降低下地幔體波波速。我們將下地幔底部劃分為:俯沖板片區(qū)，熱柱區(qū)，以及平均地幔區(qū)。與平均地幔相比，俯沖板片由于其溫度較低以及在較淺區(qū)域后鈣鈦礦的提前出現(xiàn)，密度會(huì)比平均地幔要高。而溫度較高區(qū)域的密度則會(huì)比平均地幔小1-2％。當(dāng)布里奇曼石是平均地幔的主要礦物時(shí)，俯沖板片以及較熱區(qū)域的體波波速都會(huì)比平均地幔要小。但是一旦在平均地幔中布里奇曼石相變?yōu)楹筲}鈦礦后，俯沖板片以