方辉橄榄岩的波速测量实验研究及其对中国东部地幔转换带物质和结构的约束

West Pacific plate is subducting westwards and becomes stagnant in the mantle transition zone (MTZ) beneath eastern China. The seismic structure in the MTZ exhibits complex features, characterizing by multiple or splitting discontinuities. The stagnancy of Pacific plate plays a significant role in the geodynamic evolution of eastern China. This project would be carried out in the view of recent geophysical observation data of eastern China. A starting material with composition of harzburgite, representing the harzburgite layer of oceanic lithosphere, will be used. High pressure and high temperature phase transition experiments and sound velocity measurements will be conducted with modern double-stage multianvil press and ultrasonic system. The elastic velocities of harzburgite under mantle transition zone conditions will be modeled by these experiments. This study is expected to provide important experimental constraint on the development mechanism of complex seismic structure in the mantle transition zone beneath eastern China.

太平洋板块向西俯冲并滞留在中国东部地幔转换带中，导致形成了以多层不连续面或分裂现象为典型特征的复杂波速结构，也对整个中国东部地区的深部地球动力学演化产生了重要影响。本项目拟以中国东部地区地球物理深部探测数据资料为基础指导，采用代表大洋俯冲板块重要组成的方辉橄榄岩为起始材料，利用先进的二级多面砧压机和超声波系统开展方辉橄榄岩高温高压相变实验和波速测量实验，探讨俯冲滞留的方辉橄榄岩物质在地幔转换带中的波速变化，为中国东部地区地幔转换带复杂波速结构的形成机理提供高温高压实验方面的重要约束。

岩石矿物在高温高压下的弹性性质研究是认识地球内部物质组合、结构以及动力学过程的重要途径。地球物理/地震学研究为我们提供了关于地球内部密度和波速随深度的变化信息，密度和波速异常反映了地球深部物质组成和结构的不均一性，例如中国东部地区地幔转换带板片的滞留。..超声波波速测量实验方法是研究地幔矿物在高温高压下波速和弹性的主要方法之一，在过去数十年中取得了许多重要成果。国内在这方面的研究还相对较弱，因此本项目试着在在中国地质大学（武汉）高压实验室大压机实验平台上，搭建了一套高压下超声波波速测量实验系统和实验方法，波速测量压力可达18GPa，利用该系统在高压下测量了瓦兹利石、方辉橄榄岩的波速。..在18GPa压力范围内、室温条件下对Mg2SiO4瓦兹利石的波速测量结果与前人超声波波速测量结果吻合程度较好，表明该系统和方法是可靠的。在13GPa压力范围内、室温条件下对方辉橄榄岩的波速测量结果表明，P波和S波波速在低压下快速升高。受合成压力、颗粒度以及矿物组成的影响，实验合成样品比天然热压样品具有更高的波速。本实验方辉橄榄岩与前人所测KLB-1的波速对比在现有条件下非常一致，相差大约1%。..在同时高温高压条件下该系统仍然能得到样品的走时，但是样品长度和压力的准确估计已经非常困难，而无法得到可靠的波速，这也是目前在普通实验超声波测量实验的局限所在。在未来上海光源二期大压机线站建成后，将可以开展同时高温高压条件下的波速测量实验。