中国东部地幔转换带410 km地震不连续面成因的实验研究

地幔转换带（Mantle Transition Zone，简称MTZ）是地球结构中具有特殊意义的圈层，是地球动力学中的重要界面。本项目以我国东部地球物理深部探测资料为基础，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，通过高温高压实验和矿物物理学的综合研究，探索华北地区和东北地区410 km不连续面形成的物理机制、影响因素以及深部动力学意义。

研究表明，至少自中生代以来，太平洋板块向西（或西偏北/偏南）俯冲并进入中国大陆下部。这对我国东部大陆内部的构造运动、岩石圈深部结构、火山作用和岩浆活动等有重要影响，是地学界研究的重点地区之一。地震学研究结果发现，中国东部地幔转换带中存在广泛分布的速度异常和速度不连续面，这被认为是滞留在地幔转换带中的西太平洋俯冲板块物质。这些滞留板块物质对我国东部地区深部地幔的结构和物理化学性质产生了很大影响，并可能与近地表的构造运动（比如：华北克拉通的破坏、华南地区广泛分布的岩浆活动等）有密切关系。为解释中国东部地幔转换带中广泛分布的速度异常和速度不连续面的成因，项目组进行了系统的实验研究。主要内容包括如下几个方面：（1）橄榄石在地幔转换带条件下的相变；（2）辉石在地幔转换带条件下的相变；（3）方辉橄榄岩在地幔转换带条件下的相变；（4）中国东部地幔转换带高速异常和低速异常的成因。通过上述研究，主要获得如下几点认识：（1）橄榄石-瓦兹利石相变是形成410 km地震波速度不连续面的主要因素；（2）林伍德石分解为钙钛矿+铁方镁石和秋本石向钙钛矿的相变共同影响660 km附近的速度结构，是造成660 km地震波速度不连续面复杂性的主要原因；（3）方辉橄榄岩在地幔转换带条件下相变为：瓦兹利石/林伍德石+石榴石+秋本石+斯石英，是造成我国东部地幔转换带内部高速异常的主要原因；（4）方辉橄榄岩体系中秋本石-钙钛矿的相变很难形成较强的速度突变面，因此方辉橄榄岩体系的相变无法解释转换带底部的复杂速度结构；（5）华南地区地幔转换带中的高速异常很肯能是滞留的古板块，而低速异常可能与滞留玄武质洋壳或部分熔融有密切关系，单独的温度异常很难解释该地区的速度异常。该研究为认识中国东部地幔转换带的物质组成和物理性质提供了实验数据，也为探索地幔转换带滞留板块和浅部构造运动（比如：岩浆活动和岩石圈减薄等）之间的关系提供了重要资料。