本文關(guān)鍵詞： 下地幔底部 密度 體波波速 化學(xué)不均一性 溫度　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：下地幔底部是地球內(nèi)部最為復(fù)雜的區(qū)域之一。在過去的幾十年里,地震學(xué)在下地幔底部研究觀測(cè)到了許多波速異常,比如剪切波的各向異性的增強(qiáng)、核幔邊界上方的超低速帶異常、大剪切波低速異常體中密度(體波波速)和橫波波速反相關(guān)等等。為了更好的理解下地幔波速異常的形成機(jī)制,在本研究中我們利用高溫高壓礦物學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的下地幔主要構(gòu)成礦物的熱力學(xué)狀態(tài)方程,包括:布里奇曼石、鐵方鎂石、硅酸鈣鈣鈦礦以及后鈣鈦礦,建立了下地幔密度及體波波速的模型。需要指出的是,不同實(shí)驗(yàn)組確定的熱力學(xué)狀態(tài)方程來自不同的壓標(biāo),致使無法在同一標(biāo)準(zhǔn)下獲得成分變化對(duì)熱力學(xué)參數(shù)的影響。因此,我們首先采用Fei et al(2007)所提出的統(tǒng)一自洽壓標(biāo),對(duì)來自不同實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果進(jìn)行壓標(biāo)統(tǒng)一,并由此對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行重新分析,以便更準(zhǔn)確的獲得成分變化對(duì)下地幔礦物熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)的影響。利用新得到的下地幔礦物熱力學(xué)參數(shù),我們建立了在不同的化學(xué)、礦物組成及溫度條件下下地幔底部的密度和體波波速模型。結(jié)果顯示化學(xué)、礦物學(xué)及溫度變化對(duì)下地幔模型有不同的地球物理學(xué)影響。其中,鐵元素和鋁元素的富集會(huì)增加下地幔密度,但是會(huì)極大的降低下地幔體波波速。我們將下地幔底部劃分為:俯沖板片區(qū),熱柱區(qū),以及平均地幔區(qū)。與平均地幔相比,俯沖板片由于其溫度較低以及在較淺區(qū)域后鈣鈦礦的提前出現(xiàn),密度會(huì)比平均地幔要高。而溫度較高區(qū)域的密度則會(huì)比平均地幔小1-2%。當(dāng)布里奇曼石是平均地幔的主要礦物時(shí),俯沖板片以及較熱E域的體波波速都會(huì)比平均地幔要小。但是一旦在平均地幔中布里奇曼石相變?yōu)楹筲}鈦礦后,俯沖板片以及較熱區(qū)域的體波波速則高于平均地幔。我們的模型還顯示了,當(dāng)核幔邊界上方有富含鐵、鋁元素的布里奇曼石熱堆的出現(xiàn)時(shí),下地幔的密度和體波波速都會(huì)增加,而剪切波速會(huì)隨之減少,這與地震學(xué)觀測(cè)到的大剪切波低速異常體的異常相一致。這種富含鐵、鋁元素的布里奇曼石熱堆有助于理解大剪切波低速異常體的出現(xiàn)。因此,本項(xiàng)研究結(jié)果能夠幫助我們更好的理解下地幔的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)的異常。
[Abstract]:The bottom of the lower mantle is one of the most complex regions in the earth's interior. Over the past few decades, seismology has observed many wave velocity anomalies at the bottom of the lower mantle, such as the enhancement of anisotropy of shear waves. In order to better understand the formation mechanism of mantle velocity anomaly, the ultra-low velocity zone anomaly over the core and mantle boundary, the density (bulk wave velocity) and the shear wave velocity inverse correlation between the large shear wave low velocity anomaly and so on. In this study, the thermodynamics equation of state of the lower mantle was obtained by using the high temperature and high pressure mineralogical experiments, including Bridgman, ferroperovskite, calcium silicate perovskite and post-perovskite. The model of density and body wave velocity of the lower mantle is established. It should be pointed out that the thermodynamic equation of state determined by different experimental groups comes from different pressure scales. As a result, it is impossible to obtain the influence of composition change on thermodynamic parameters under the same standard. Therefore, we first adopt the uniform self-consistent pressure scale proposed by Fei et al 2007). The results from different experimental groups were unified, and the experimental results were analyzed again. In order to obtain more accurately the influence of composition changes on the thermodynamic state parameters of the lower mantle minerals, we have established different chemical parameters using the new thermodynamic parameters of the lower mantle minerals. The density and bulk wave velocity model at the bottom of the lower mantle under mineral composition and temperature conditions. The results show that chemical mineralogical and temperature changes have different geophysical effects on the lower mantle model. The enrichment of Fe and Al can increase the density of the lower mantle, but decrease the wave velocity of the lower mantle greatly. We divide the bottom of the lower mantle into subduction plate region and hot plume area. Compared with the average mantle, the subduction plate plate appeared earlier because of its lower temperature and earlier occurrence of perovskite in the shallow region. The density will be higher than the average mantle, and the density of the higher temperature region will be 1-2 less than the average mantle. When Bridgmanite is the main mineral of the average mantle. Both the subduction plate and the hot E domain have smaller body wave velocities than the average mantle, but once the Bridgman phase in the average mantle becomes post-perovskite. The body wave velocities of subduction plates and hot regions are higher than the average mantle. Our model also shows that when there is an iron-rich and aluminum-rich Bridgman hot pile at the upper boundary of the core and mantle. The density and bulk wave velocity of the lower mantle will increase, but the shear wave velocity will decrease, which is consistent with the anomaly of large shear wave and low velocity anomaly observed by seismology, which is rich in iron. The Bridgman thermal reactor of aluminum element is helpful to understand the appearance of large shear wave low velocity anomaly. Therefore, this study can help us to better understand the anomalies of the structure and chemical properties of the lower mantle.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P542.5

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