非洲底部及其周边地区D"区域内多尺度不均匀结构和动力学过程研究

The enigmatic D" layer above the core-mantle boundary (CMB) has complex structures over a broad range of spatial scales, which is a thermochemical boundary layer characterized complicated dynamic processes. The location of earthquake-station limits the study of the D"-region beneath Africa. This project involves a four-year effort to study the multi-scale heterogeneous structures and their dynamic origins at the base of the mantle beneath Africa and surrounding areas via noise cross correlations and geodynamic modeling. As an important complement to traditional seismologic observation, the method of noise cross correlations is independent of earthquake location and avoiding uncertainties in hypocenter determination, which provides extend data coverage for the D"-region. Our proposed study is focused on the fundamental unsolved problems, for examples, the structure and dynamics in the Large Low-Shear-Velocity Province (LLSVP) beneath Africa, the existence and origin of meso- and small-scale low-velocity (and high-velocity) anomalies in the lowermost mantle, and so on. The results of this study will reveal the multi-scale structures and their dynamics in the D"-region, decipher the transport mechanism in the Earth’s deep interior, and improve our understanding of the Earth’s origin and thermochemical evolutions. In addition, our research will yield a better constrain on the evolution of mantle plume and geodynamo, and have broad implications for the mechanisms and processes of core-mantle interaction.

下地幔底部D"区域内结构复杂，多种动力学过程相互叠加。由于地震-台站位置的影响，人们对非洲底部D"区域的研究有限。本项目通过噪声互相关方法获取核幔边界附近的体波震相，研究非洲底部及其周边地区的D"区域内多尺度不均匀结构，并通过数值模拟的方法研究其动力学成因。作为传统地震学的有力补充，噪声互相关方法不依赖地震位置，为D"层的研究区域提供了更多的数据覆盖。我们将主要研究非洲大低速区（LLSVP）的内部结构和形成的动力学过程，探索非洲底部及其周边地区的低速异常和高速异常的位置、范围和形成过程。研究成果将揭示地球深内部的多尺度的结构特征和动力学过程，增加我们对深内部物质的运移机制以及相关的物性特征的了解，更好地理解地球的起源和热-化学演化过程，并为地幔热柱和地磁场的演化提供理论依据和约束条件。本项目的研究对于我们认识核幔边界的性质、下地幔底部动力学演化、核幔耦合的相互作用有着重要意义。

D"区域位于核幔边界上，其中复杂结构和动力学过程，对地球深部的演化发展具有极其重要的意义。但是，由于地震-台站位置的局限性制约了人们对非洲底部D"区域结构的研究。作为传统地震学的有力补充，噪声互相关方法不依赖地震位置，为地球深内部结构的研究区域提供了更多的数据覆盖。我们通过噪声互相关方法获取了地球深内部一系列的体波震相，并对提高体波震相的信噪比的影响因素进行了分析。我们研究发现大地震尾波在地球主要界面之间的多次折射与反射所形成的均匀的离散源是形成地核相关震相的主要能量来源。我们还系统地研究了震源因素对地球深部体波震相的影响，我们发现震源倾角、方位角和走向以及震中分布对于提取经验格林函数有显著影响。通过计算分析地核相关的体波震相的相对到时，我们研究了非洲附近的D"区域内速度异常结构，并通过数值计算等多种方法研究其结构成因以及动力学演化过程。本项目的研究成果有助于我们增加对地球深内部结构和物质运移机制的了解，对于我们更好地理解地球的起源和热演化历史具有十分重要的意义。