固体地球物理 研究生报告会(论坛)第一期

报告一：Single-Crystal Elasticity of High-Pressure Fe-bearing Orthopyroxene: Implication for the Velocity Profile of Cold Subduction Slab

报告人：李络

指导老师：毛竹教授

摘要：Orthopyroxene(斜方辉石) is one of the dominant phases in the Earth’s mantle and could undergo the α- to β- phase transition in the coldest harzburgite layer of the sinking subduction slab. Here, we have determined the single-crystal elasticity of both α-orthopyroxene and the β-phase up to 20 GPa and 300 K by combining Brillouin and Raman spectroscopies. An obvious change was observed in all the elastic moduli across the α- to β- phase transition in orthopyroxene. Our modelling has revealed that the coldest harzburgite layer along a 1000-K colder slab geotherm with β-orthopyroxene and metastable olivine as the dominant phases at 480-km depth has a compressional and shear-wave velocity 4.5(4)% and 3.5(3)% lower than the pyrolitic mantle, respectively. The observed 3-5% low-velocity anomalies within the sinking slab in the transition zone should thus be caused by the presence of both metastable orthopyroxene and olivine instead of metastable olivine alone.

报告二：俯冲带地幔楔内低V_P∕V_S 区域的形成原因

报告人：邓忻

指导老师：吴忠庆教授

摘要：地震学层析成像技术作为研究地球深部最有效的地球物理方法之一，被不断应用在俯冲带的结构与动力学研究当中。一般研究结果表明，由于俯冲板片在俯冲过程中发生的脱水反应会水化上覆地幔楔，导致地幔楔的蛇纹石化或部分熔融，因而地幔楔通常具有较高的V_P∕V_S值。然而一些层析成像结果发现在部分俯冲带（如阿拉斯加、秘鲁以及智利北部）的地幔楔中存在V_P∕V_S异常低的区域。这些区域的低V_P∕V_S值很难用含水矿物或部分熔融来解释，因为这些过程往往伴随着更高的V_P∕V_S。虽然已有很多研究对这一问题付出了努力，但是关于这些低V_P∕V_S区域的成因还存在很大的争议。

斜方辉石可能由于含硅熔体与地幔楔中橄榄岩的交代反应而富集于地幔楔中。因此，斜方辉石的局部富集可被用来解释在这些地幔楔中观测到的低V_P∕V_S现象，并揭示了含硅熔体对该地幔楔的交代作用。但是，仅在一些俯冲带中观测到的低V_P∕V_S区域与普遍的地幔楔受含硅熔体交代现象不一致。

本研究利用上地幔主要矿物在高温高压下的弹性性质，分析了俯冲带地幔楔内低VP∕VS区域可能的形成原因，为理解含硅熔体对地幔楔的交代作用提供了重要参考。此外我们还结合地震学层析成像模型和地球动力学俯冲带温度结构，约束了存在低V_P∕V_S异常的俯冲带地幔楔的矿物成分，对理解俯冲带中含硅熔体的形成与迁移有重要意义。