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上地幔 及地幔过渡带 结构和 成分

上地幔 及地幔过渡带 结构和 成分. 王毅. Preliminary Reference Earth Model. 0. 5. 10. 15. 0. 1000. 2000. 3000. 4000. 5000. 6000. P wave velocity. 7000. S wave velocity. Density. ( Dziewonski and Anderson, 1981). Preliminary Reference Earth Model. 0. 5. 10. 15. 0. 1000. 2000. 3000. 4000.

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上地幔 及地幔过渡带 结构和 成分

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Presentation Transcript

  1. 上地幔及地幔过渡带结构和成分 王毅

  2. Preliminary Reference Earth Model 0 5 10 15 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 P wave velocity 7000 S wave velocity Density (Dziewonski and Anderson, 1981)

  3. Preliminary Reference Earth Model 0 5 10 15 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 P wave velocity 7000 S wave velocity Density (Dziewonski and Anderson, 1981)

  4. Preliminary Reference Earth Model 0 5 10 15 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 P wave velocity 7000 S wave velocity Density (Dziewonski and Anderson, 1981)

  5. 上地幔不连续面 • 地震学研究可以观测上地幔速度不连续面的结构特征。 • 上地幔不连续面是矿物相变造成的， 其结构特征受到地幔温度和化学成分的控制。 • 了解地幔的温度，成分以及它们的区域变化对地球动力学有重要意义。

  6. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 路径最低处经过不连续面附近的折射波 三叉波 (Shearer, 2000)

  7. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 路径最低处经过不连续面附近的折射波 三叉波

  8. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 路径最低处经过不连续面附近的折射波 三叉波 • 可以得到从地表到过渡带的完整速度模型。 • 可以去除不连续面深度和浅层速度场之间的互补不确定关系。 • 正演过程无法定量确定误差范围。 • 某些不连续面特征和紧邻速度场之间存在互补作用 • 得到的是最简化模型 • 对密度不敏感

  9. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 不连续面上的折射波或者转换波 • SS，PP 的前驱波 可提供最佳的不连续面大尺度地形起伏数据

  10. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 不连续面上的折射波或者转换波 • SS，PP 的前驱波

  11. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 不连续面上的折射波或者转换波 • P-SV转换波（接受函数） • 不连续面上方或下方的 多次反射波 • PKPPKP的前波

  12. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 不连续面上的折射波或者转换波 • 来自的深源地震的近源S-P转换波，近源下表面反射波

  13. 地震学对上地幔速度不连续面的观测 • 深度 410，520，660公里（所有数据） 过渡带厚度 242公里 • 地形起伏 • 速度和密度变化 • 锐度

  14. 上地幔成分 上地幔化学组成

  15. 上地幔成分 上地幔化学组成 上地幔矿物组成 橄榄石系列 Mg2SiO4 (α, β, γ) 石榴石系列 MgSiO3 (OPX, CPX, Garnet)

  16. 上地幔相变 Frost,Elements 2008

  17. 单斜辉石 单斜晶系

  18. 石榴子石 (garnet) A3B2[SiO4]3 四方晶系

  19. 橄榄石Olivine 正交晶系

  20. 尖晶石(Spinel) AB2O4 • 立方晶系 摩氏硬度 8

  21. Olivine (Mg1-xFex)2SiO4 α: olivine β: wadsleyite 410公里深处 地震波波速跳变 520公里深处 地震波波速跳变 铁方镁石 Ferropericlase Mg1-xFexO 670公里深处地震波波速跳变 钙钛矿 Perovskite(Pv) (Mg1-xFex)SiO3 γ : ringwoodite

  22. 上地幔矿物相变 • 影响因素： • 温度 • 化学成分 • 矿物组分之间的相互作用

  23. 上地幔相变 上地幔相变受到地幔温度和压强的影响 Mg2SiO4的温压相变图 (Poirier, 2000)

  24. 温度对相变和波速的影响 未考虑橄榄石系统和石榴子石系统之间的相互作用

  25. 上地幔相变 上地幔相变受到地幔化学成分的影响 Mg2SiO4—Fe2SiO4系统等温相变图 (Poirier, 2000)

  26. 化学成分对相变和波速的影响 例：Al含量 的影响 未考虑橄榄石系统和石榴子石系统之间的相互作用

  27. 上地幔相变 上地幔相变受到地幔中两种矿物组分之间相互作用的影响

  28. 两矿物系统之间的相互作用对相变和波速的影响两矿物系统之间的相互作用对相变和波速的影响

  29. 上地幔相变 上地幔相变受到地幔中水含量的影响 Wet Dry cold Frost,CIDER 2009 VsVp VsVp

  30. P (Gpa) (Gasparik, 2003)

  31. 矿物物理模拟方法 • 矿物物理模拟（Weidner & Wang, 1998; Wang et. al., 2006; Wang et. al., 2008，Wang et. al., 2009) 1. 矿物稳定分布模型 相平衡数据 2. 每种稳定存在矿物的化学成分 离子分配数据 3. 每种矿物的物理性质

  32. 矿物物理模拟方法 • 温度，化学成分 波速，密度 Pyrolite 模型

  33. 矿物物理模拟方法 • 对某一特定的压强，温度，化学成分： • 相平衡数据 稳定的矿物分布 P (Gpa) (Gasparik, 2003)

  34. 矿物物理模拟方法 • 对某一特定的温度，压强，化学成分： • 相平衡数据 稳定的矿物分布 • 离子分配数据 每种稳定矿物的化学成分，摩尔比例

  35. 矿物物理模拟方法 • 对某一特定的温度，压强，化学成分： • 相平衡数据 稳定的矿物分布 • 离子分配数据 每种稳定矿物的化学成分，摩尔比例 • 每种矿物的弹性物理数据 聚合体的弹性物理数据 聚合体的波速和密度

  36. 矿物物理模拟方法 • 对某一特定的温度，压强，化学成分： • 相平衡数据 稳定的矿物分布 • 离子分配数据 每种稳定矿物的化学成分，摩尔比例 • 每种矿物的弹性物理数据 聚合体的弹性物理数据 聚合体的波速和密度

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