下地幔結構的礦物物理研究
發(fā)布時間：2021-09-19 11:50
在過去,除了 D”層外,地球的下地幔被認為是均一的,隨著地震技術的發(fā)展,地震學通過高分辨率的層析成像技術和對不同散射波的分析等方法,對下地幔的三維波速結構得到了更清晰的認識,發(fā)現(xiàn)整個下地幔存在廣泛的不同尺度的不均一性,其中有大小為幾公里尺度的小尺度地震散射體和尺寸達到上千公里的大低速�。↙arge Low Shear Velocity Provinces,LLSVPs）。對于小尺度地震散射體,很多是在俯沖區(qū)域附近,尺寸和俯沖洋殼的大小接近,而俯沖洋殼具有和地幔巖不同的礦物成分,所以被認為是這些散射體的一個主要來源,但是洋殼在下地幔溫度壓力下的波速和密度信息仍然未知;對于LLSVPs,還不知道其礦物化學結構和溫度結構,對其到底是熱異常和熱化學異常還存在爭議。首先,本文利用第一性原理得到鈣鐵結構相（calcium ferrite-type phase,CF相）NaAlSiO4、MgAl2O4和Mg0.75Fe0.25Al2O4在下地幔溫壓條件下的熱彈性性質、密度,結合對洋殼其它成分的高溫壓彈性研究,得到了洋殼在不同地溫曲線下的波速和密度,然后和PREM模型進行了對比。研究發(fā)現(xiàn)俯沖下去的洋殼...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：114 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１地球圈層結構Ｓｃｈｕｂｅｒｔ?ｅｔ?ａ丨．（２００１）??礦物物理學則通過對礦物的彈性性質、相變等物性研究，提供了一維波速??對應的一級物質結構，同時也提供了速度跳變的礦物物理解釋（圖１．２），比如??
２〇〇－?？?ｗ？??Ｏｌｉｖｉｎｅ?ＫＷｆｃＪｉ??（ｍ，°‘?（＿ｓ＾?ｉＶＴｌ－ｉｏ??？?４００－＾＾．￣—￣?＼?〇??（）〇〇—?（ＭｇＪＦｅ），Ｓｉ０４?Ｍａｊｏｒｉｔｉｃ?ｇａｒｎｅｔ??［ｃ＾？?Ｊ?（Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃａ），（Ｍｇ，Ｓｉ，Ａ＊）？Ｓｉ３０１２??■？?ｉｆ］?１：??Ｆ；ＰＳＳｅ?Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ?ｓＨｉｃａｔｅ?■訂??＾Ｍｇ，ｔ？ｅｊｕ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?邏?Ｅ?．３５??（Ｍｇ＾ｅ＾ｌ）（Ｓｉ＾ｌ）０３?塌?ｉ??圖１．２地幔礦物組成（Ｆｒｏｓｔ，?２００８）??下地幔從６６０?ｋｍ深度速度不連續(xù)面開始，一直到核幔邊界，在質量上幾乎??占據(jù)了地球的一半，體積則占了全部地球體積的？５６％，地球內部絕大部分的動??力學過程包括地幔對流都來自于下地幔。在過去，除了?Ｄ”層，下地幔被認為是??均一的，隨著地震成像技術的發(fā)展，人們得到了更高深度、分辨率更高的三維??波速結構，發(fā)現(xiàn)下地幔廣泛存在不同尺度的橫向和徑向不均一性，從幾公里的??小尺度地震散射體到上千公里的大低速省（Ｌａｒｇｅ?Ｌｏｗ?Ｓｈｅａｒ?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?Ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ，??ＬＬＳＶＰｓ）（圖１．３），甚至認為地幔底部的不均一性不亞于地表，去理解這些不均??一性的礦物化學組成和溫度結構對理解地球內部物質交換、地幔對流以及地球??的演變具有重要的意義。??２??
?第１章緒?論???地幔差別不大，密度則大２－１２％。??Ｏｃｅａｎ??ｉｓｌａｎｄ??Ｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎ??＾■ｐｓ＾??＇°、：２’＼?Ｃｏｒｅ?＾｜｜ｒ??圖１．４洋殼可能是下地幔小尺度地震散射體的來源。洋殼俯沖進入下地幔，給下地幔帶來??不均一性。圖片來自?Ｈｅｌｆｆｒｉｃｈｅｔａｌ．（２００１）。??絕大部分對地球內部結構的地震學研究依賴于穿過大尺度速度結構的直達??地震波的走時和波形觀測數(shù)據(jù)，通過這些觀測數(shù)據(jù)可以反演出一維平均波速以??及三維速度擾動，但是對于不在俯沖區(qū)域附近、大小為幾公里到幾十公里的小尺??度的速度或密度異常結構會造成地震波能量的散射，這些散射的能量一般會在??一定時間后跟隨主要地震震相以非相干能量的形式被檢測到，稱之為尾波。由于??散射事件多、散射波長復雜，確定性的模擬方法不能應用，通常無法直接分辨出??單個散射體。但是通過隨機介質理論（ｒａｎｄｏｍ?ｍｅｄｉａ?ｔｈｅｏｒｙ）來預測給定速度異??常擾動以及密度異常擾動分布和散射角的散射波的平均能量來模擬尾波的觀測??數(shù)據(jù)，這樣就能以比層析成像等技術更高的分辨率來對地球的不均一性做出描??述，從而得到精細的小尺度不均一性結構。??如果波速異常和密度異常擾動遠小于背景介質相應的參數(shù)，可以應用單次??散射理論，該理論最早由Ｃｈｅｒｎｏｖ?ｅｔａｌ．?（１９６０）創(chuàng)立，所以也叫Ｃｈｅｒｎｏｖ散射理論。??單次散射理論理論提供了一組公式來描述平均散射功率，平均散射功率是入射??波和散射波類型（Ｐ波或Ｓ波）、入射波功率、散射區(qū)域體積、隨機介質的統(tǒng)計??特征、散射角和地震波數(shù)（ｋ＝２ｎ／Ａ，其中Ａ是波長）的函數(shù)，通常隨機介質有獨??
本文編號：3401560
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：114 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１地球圈層結構Ｓｃｈｕｂｅｒｔ?ｅｔ?ａ丨．（２００１）??礦物物理學則通過對礦物的彈性性質、相變等物性研究，提供了一維波速??對應的一級物質結構，同時也提供了速度跳變的礦物物理解釋（圖１．２），比如??
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