利用PP后续波探索夏威夷地区660间断面处的化学分层

Transition zone discontinuities associated with mineral phase transformations are intimately related to the mass, heat and chemical transport in the mantle. They are the key to understanding long-term evolution of the Earth’s interior and mantle dynamics. Geodynamic numerical models suggest chemical layering near the base of the mantle transition zone near hot upwellings, i.e., accumulation of harzburgite beneath the 660-km discontinuity. Observational evidence of the chemical layering is essential for understanding the style of mantle convection. Hawaii is a good location to look for evidence of the chemical layering due to the existence of a mantle plume underneath. SS precursor study suggests lateral compositional heterogeneity in this area, but lacks direct evidence for chemical layering at 660-km discontinuity. We propose a simple and effective method to investigate chemical layering at 660-km discontinuity beneath Hawaii using novel observations of PP postcursor amplitude, in the context of receiver function technique. The result of the proposed work will provide observational evidence for the chemical layering suggested by numerical models, and allow us to further understand style of mantle convection and the dynamic evolution of the Earth’s interior.

地幔过渡带间断面是重要的矿物相变界面，其性质与地幔中物质与热量的交换及化学成分的传输息息相关，对理解地球内部的演化和动力学过程有重要意义。动力学数值模拟显示，在热物质上涌地区，地幔过渡带底部存在化学分层现象，即方辉橄榄岩富集于660间断面下方。化学分层的观测证据对于理解地幔对流模式至关重要。由于地幔柱的存在，夏威夷地区成为寻找这一化学分层现象的地震学观测证据的绝佳地点。SS前驱波研究揭示了该地区过渡带矿物组分的横向不均匀性，却没有直接证实660间断面处的化学分层。本项目拟基于接收函数方法提取来自660间断面的PP后续波，以PP后续波振幅信息为约束，通过计算不同矿物组分对应的理论PP后续波振幅，拟合观测数据，探索夏威夷地区660间断面处的化学分层。项目的研究结果将为动力学数值模拟揭示的化学分层现象提供观测证据，对于我们深入认识地幔对流模式和了解地球内部的动力学演化有重要意义。

地幔过渡带间断面是地球内部重要的矿物相变界面，刻画其地震学性质对理解地球内部的温度、组分和动力过程有重要意义。对大洋地区地幔过渡带的研究多使用长周期的SS和PP前驱波，二者为反射震相，对跨越间断面的阻抗较为敏感。传统的接收函数方法多用于大陆地区的间断面研究，本项目则使用接收函数方法提取了来自太平洋中部地区660千米间断面的PP后续波，即P660sP与PS660P，分析了其振幅随震中距的变化，约束了660间断面附近的速度结构，进而推断了太平洋中部地区660间断面附近的物质特征。概述如下：.（1）收集了北美、南美、澳大利亚等地的大量地震波形数据，计算了高质量接收函数，将接收函数用于大洋地区地幔建断面的研究；.（2）将PP地表反射点位于太平洋中部地区的接收函数进行叠加，提取了来自660千米间断面的PP后续波与PP波的振幅之比，该振幅比在80°至110°范围内随震中距增加；.（3）根据实际数据的分布和所用地震的震源机制解，计算了大量的理论地震图和理论接收函数，验证了方法的有效性；.（4）利用PP后续波的振幅约束了太平洋中部地区660间断面的性质，发现在660间断面附近存在一层各向异性层，认为各向异性来源于热物质上涌造成的部分熔融物质定向排列。