化學、礦物學及溫度變化對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)部最為復雜的區(qū)域之一。在過去的幾十年里，地震學在下地幔底部研究觀測到了許多波速異常，比如剪切波的各向異性的增強、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）和橫波波速反相關等等。為了更好的理解下地幔波速異常的形成機制，在本研究中我們利用高溫高壓礦物學實驗獲得的下地幔主要構成礦物的熱力學狀態(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、實驗組確定的熱力學狀態(tài)方程來自不同的壓標，致使無法在同一標準下獲得成分變化對熱力學參數(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，對來自不同實驗組的結果進行壓標統(tǒng)一，并由此對實驗結果進行重新分析，以便更準確的獲得成分變化對下地幔礦物熱力學狀態(tài)參數(shù)的影響。利用新得到的下地幔礦物熱力學參數(shù)，我們建立了在不同的化學、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。結果顯示化學、礦物學及溫度變化對下地幔模型有不

3、同的地球物理學影響。其中，鐵元素和鋁元素的富集會增加下地幔密度，但是會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)，密度會比平均地幔要高。而溫度較高區(qū)域的密度則會比平均地幔小1-2％。當布里奇曼石是平均地幔的主要礦物時，俯沖板片以及較熱區(qū)域的體波波速都會比平均地幔要小。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