下地幔结构的矿物物理研究
发布时间：2021-09-19 11:50
在过去,除了 D”层外,地球的下地幔被认为是均一的,随着地震技术的发展,地震学通过高分辨率的层析成像技术和对不同散射波的分析等方法,对下地幔的三维波速结构得到了更清晰的认识,发现整个下地幔存在广泛的不同尺度的不均一性,其中有大小为几公里尺度的小尺度地震散射体和尺寸达到上千公里的大低速省（Large Low Shear Velocity Provinces,LLSVPs）。对于小尺度地震散射体,很多是在俯冲区域附近,尺寸和俯冲洋壳的大小接近,而俯冲洋壳具有和地幔岩不同的矿物成分,所以被认为是这些散射体的一个主要来源,但是洋壳在下地幔温度压力下的波速和密度信息仍然未知;对于LLSVPs,还不知道其矿物化学结构和温度结构,对其到底是热异常和热化学异常还存在争议。首先,本文利用第一性原理得到钙铁结构相（calcium ferrite-type phase,CF相）NaAlSiO4、MgAl2O4和Mg0.75Fe0.25Al2O4在下地幔温压条件下的热弹性性质、密度,结合对洋壳其它成分的高温压弹性研究,得到了洋壳在不同地温曲线下的波速和密度,然后和PREM模型进行了对比。研究发现俯冲下去的洋壳...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１地球圈层结构Ｓｃｈｕｂｅｒｔ?ｅｔ?ａ丨．（２００１）??矿物物理学则通过对矿物的弹性性质、相变等物性研究，提供了一维波速??对应的一级物质结构，同时也提供了速度跳变的矿物物理解释（图１．２），比如??
２〇〇－?？?ｗ？??Ｏｌｉｖｉｎｅ?ＫＷｆｃＪｉ??（ｍ，°‘?（＿ｓ＾?ｉＶＴｌ－ｉｏ??？?４００－＾＾．￣—￣?＼?〇??（）〇〇—?（ＭｇＪＦｅ），Ｓｉ０４?Ｍａｊｏｒｉｔｉｃ?ｇａｒｎｅｔ??［ｃ＾？?Ｊ?（Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃａ），（Ｍｇ，Ｓｉ，Ａ＊）？Ｓｉ３０１２??■？?ｉｆ］?１：??Ｆ；ＰＳＳｅ?Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ?ｓＨｉｃａｔｅ?■訂??＾Ｍｇ，ｔ？ｅｊｕ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?邏?Ｅ?．３５??（Ｍｇ＾ｅ＾ｌ）（Ｓｉ＾ｌ）０３?塌?ｉ??图１．２地幔矿物组成（Ｆｒｏｓｔ，?２００８）??下地幔从６６０?ｋｍ深度速度不连续面开始，一直到核幔边界，在质量上几乎??占据了地球的一半，体积则占了全部地球体积的？５６％，地球内部绝大部分的动??力学过程包括地幔对流都来自于下地幔。在过去，除了?Ｄ”层，下地幔被认为是??均一的，随着地震成像技术的发展，人们得到了更高深度、分辨率更高的三维??波速结构，发现下地幔广泛存在不同尺度的横向和径向不均一性，从几公里的??小尺度地震散射体到上千公里的大低速省（Ｌａｒｇｅ?Ｌｏｗ?Ｓｈｅａｒ?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?Ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ，??ＬＬＳＶＰｓ）（图１．３），甚至认为地幔底部的不均一性不亚于地表，去理解这些不均??一性的矿物化学组成和温度结构对理解地球内部物质交换、地幔对流以及地球??的演变具有重要的意义。??２??
?第１章绪?论???地幔差别不大，密度则大２－１２％。??Ｏｃｅａｎ??ｉｓｌａｎｄ??Ｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎ??＾■ｐｓ＾??＇°、：２’＼?Ｃｏｒｅ?＾｜｜ｒ??图１．４洋壳可能是下地幔小尺度地震散射体的来源。洋壳俯冲进入下地幔，给下地幔带来??不均一性。图片来自?Ｈｅｌｆｆｒｉｃｈｅｔａｌ．（２００１）。??绝大部分对地球内部结构的地震学研究依赖于穿过大尺度速度结构的直达??地震波的走时和波形观测数据，通过这些观测数据可以反演出一维平均波速以??及三维速度扰动，但是对于不在俯冲区域附近、大小为几公里到几十公里的小尺??度的速度或密度异常结构会造成地震波能量的散射，这些散射的能量一般会在??一定时间后跟随主要地震震相以非相干能量的形式被检测到，称之为尾波。由于??散射事件多、散射波长复杂，确定性的模拟方法不能应用，通常无法直接分辨出??单个散射体。但是通过随机介质理论（ｒａｎｄｏｍ?ｍｅｄｉａ?ｔｈｅｏｒｙ）来预测给定速度异??常扰动以及密度异常扰动分布和散射角的散射波的平均能量来模拟尾波的观测??数据，这样就能以比层析成像等技术更高的分辨率来对地球的不均一性做出描??述，从而得到精细的小尺度不均一性结构。??如果波速异常和密度异常扰动远小于背景介质相应的参数，可以应用单次??散射理论，该理论最早由Ｃｈｅｒｎｏｖ?ｅｔａｌ．?（１９６０）创立，所以也叫Ｃｈｅｒｎｏｖ散射理论。??单次散射理论理论提供了一组公式来描述平均散射功率，平均散射功率是入射??波和散射波类型（Ｐ波或Ｓ波）、入射波功率、散射区域体积、随机介质的统计??特征、散射角和地震波数（ｋ＝２ｎ／Ａ，其中Ａ是波长）的函数，通常随机介质有独??
本文编号：3401560
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１地球圈层结构Ｓｃｈｕｂｅｒｔ?ｅｔ?ａ丨．（２００１）??矿物物理学则通过对矿物的弹性性质、相变等物性研究，提供了一维波速??对应的一级物质结构，同时也提供了速度跳变的矿物物理解释（图１．２），比如??
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