上地幔 及地幔过渡带 结构和 成分
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上地幔 及地幔过渡带 结构和 成分. 王毅. Preliminary Reference Earth Model. 0. 5. 10. 15. 0. 1000. 2000. 3000. 4000. 5000. 6000. P wave velocity. 7000. S wave velocity. Density. ( Dziewonski and Anderson, 1981). Preliminary Reference Earth Model. 0. 5. 10. 15. 0. 1000. 2000. 3000. 4000. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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上地幔及地幔过渡带结构和成分王毅
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(Dziewonski and Anderson, 1981)
Preliminary Reference Earth Model
P wave velocityS wave velocity
Density
0 5 10 150
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
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(Dziewonski and Anderson, 1981)
Preliminary Reference Earth Model
P wave velocityS wave velocity
Density
0 5 10 150
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
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(Dziewonski and Anderson, 1981)
Preliminary Reference Earth Model
P wave velocityS wave velocity
Density
0 5 10 150
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
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上地幔不连续面• 地震学研究可以观测上地幔速度不连续面的结构特征。• 上地幔不连续面是矿物相变造成的, 其结构特征受到地幔温度和化学成分的控制。• 了解地幔的温度,成分以及它们的区域变化对地球动力学有重要意义。
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地震学对上地幔速度不连续面的观测1. 路径最低处经过不连续面附近的折射波 三叉波
(Shearer, 2000)
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地震学对上地幔速度不连续面的观测1. 路径最低处经过不连续面附近的折射波 三叉波
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地震学对上地幔速度不连续面的观测1. 路径最低处经过不连续面附近的折射波 三叉波I. 可以得到从地表到过渡带的完整速度模型。II. 可以去除不连续面深度和浅层速度场之间的互补不确定关系。III. 正演过程无法定量确定误差范围。IV. 某些不连续面特征和紧邻速度场之间存在互补作用V. 得到的是最简化模型VI. 对密度不敏感
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地震学对上地幔速度不连续面的观测2. 不连续面上的折射波或者转换波① SS , PP 的前驱波 可提供最佳的不连续面大尺度地形起伏数据
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地震学对上地幔速度不连续面的观测2. 不连续面上的折射波或者转换波① SS , PP 的前驱波
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地震学对上地幔速度不连续面的观测2. 不连续面上的折射波或者转换波② P-SV 转换波(接受函数)③ 不连续面上方或下方的 多次反射波④ PKPPKP 的前波
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地震学对上地幔速度不连续面的观测2. 不连续面上的折射波或者转换波⑤ 来自的深源地震的近源 S-P 转换波,近源下表面反射波
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地震学对上地幔速度不连续面的观测1. 深度 410 , 520 , 660 公里(所有数据) 过渡带厚度 242 公里2. 地形起伏3. 速度和密度变化4. 锐度
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上地幔成分1. 上地幔化学组成
MgO FeO CaO SiO2 Al2O3
Pyrolite 47.52% 5.68% 3.21% 37.94% 4.42%
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上地幔成分1. 上地幔化学组成
2. 上地幔矿物组成①. 橄榄石系列 Mg2SiO4
(α, β, γ)
②. 石榴石系列 MgSiO3
(OPX, CPX, Garnet)
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上地幔相变
Frost, Elements 2008
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单斜辉石单斜晶系
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石榴子石 (garnet) A3B2[SiO4]3
四方晶系
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橄榄石 Olivine正交晶系
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尖晶石 (Spinel) AB2O4 • 立方晶系
摩氏硬度 8
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Olivine (Mg1-xFex)2SiO4
α: olivine β: wadsleyite
γ : ringwoodite
410 公里深处地震波波速跳变
520 公里深处地震波波速跳变铁方镁石FerropericlaseMg1-xFexO
钙钛矿 Perovskite(Pv)(Mg1-xFex)SiO3
670 公里深处地震波波速跳变
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上地幔矿物相变影响因素:温度化学成分矿物组分之间的相互作用
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上地幔相变
Mg2SiO4 的温压相变图 (Poirier, 2000)
1. 上地幔相变受到地幔温度和压强的影响
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温度对相变和波速的影响
未考虑橄榄石系统和石榴子石系统之间的相互作用
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上地幔相变
Mg2SiO4—Fe2SiO4 系统等温相变图 (Poirier, 2000)
2. 上地幔相变受到地幔化学成分的影响
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化学成分对相变和波速的影响
未考虑橄榄石系统和石榴子石系统之间的相互作用
例: Al 含量的影响
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上地幔相变3. 上地幔相变受到地幔中两种矿物组分之间相互作用的影响
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两矿物系统之间的相互作用对相变和波速的影响
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上地幔相变4. 上地幔相变受到地幔中水含量的影响
Frost, CIDER 2009
VsVp VsVp
Dry cold Wet
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P (Gpa) (Gasparik, 2003)
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• 矿物物理模拟( Weidner & Wang, 1998; Wang et. al., 2006; Wang et. al., 2008 , Wang et. al., 2009)
1. 矿物稳定分布模型 相平衡数据 2. 每种稳定存在矿物的化学成分 离子分配数据 3. 每种矿物的物理性质
矿物物理模拟方法
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矿物物理模拟方法• 温度,化学成分 波速,密度
MgO FeO CaO SiO2 Al2O3
Mole% 47.52 5.68 3.21 37.94 4.42
Pyrolite 模型
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矿物物理模拟方法• 对某一特定的压强,温度,化学成分:
相平衡数据 稳定的矿物分布
P (Gpa) (Gasparik, 2003)
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矿物物理模拟方法• 对某一特定的温度,压强,化学成分:
相平衡数据 稳定的矿物分布离子分配数据 每种稳定矿物的化学成分,摩尔比例
44.2:90.0:83.0:13.3:67.1:1)(:)(:)(:)(:)(:)( GarnetCPXOPX MgFe
MgFe
MgFe
MgFe
MgFe
MgFe
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矿物物理模拟方法• 对某一特定的温度,压强,化学成分:
相平衡数据 稳定的矿物分布离子分配数据 每种稳定矿物的化学成分,摩尔比例每种矿物的弹性物理数据 聚合体的弹性物理数据 聚合体的波速和密度
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矿物物理模拟方法• 对某一特定的温度,压强,化学成分:
相平衡数据 稳定的矿物分布离子分配数据 每种稳定矿物的化学成分,摩尔比例每种矿物的弹性物理数据 聚合体的弹性物理数据 聚合体的波速和密度
n
ii
i
i
n
iitotal
FvK
FvKK
1
1 11
21)(
21
n
ii
i
i
n
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FvFv
1
1 11
21)(
21
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iiitotal Fv
1
total
totaltotalKVp
3/4
total
totalVs