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近日,ob欧宝体育在线登录王彦宾教授课题组与南方科技大学海洋科学与工程系助理教授郭震团队合作,对东北亚地区的各向异性结构研究取得新的进展,相关研究成果以“Asthenospheric flow from East Asia to the Philippine Sea Plate revealed by rj-MCMC inversion of surface waves”为题在国际地学期刊Geochemistry Geophysics Geosystems上发表。

东北亚地区新生代以来的构造演化主要受到太平洋板块和菲律宾海板块的俯冲与后撤影响,形成了典型的岛弧-弧后体系,分布着众多的板内火山(板块内部火山,如图1)。其动力学成因及演化过程一直是地球科学领域的研究的前沿和热点。前人的研究认为该区域板内火山的形成与地幔转换带内的太平洋俯冲滞留板片所引起的大规模地幔上涌有关,然而大规模的地幔上涌如何进一步引发弥散型的火山分布特征,以及与火山活动相关的浅部软流圈-岩石圈相互作用关系等仍不清楚。针对这些重要的问题,本研究发展了基于可逆跳跃马尔科夫链蒙特卡罗(reversible-jump Markov Chain Monte Carlo, rj-MCMC)面波各向异性反演方法,构建了东北亚高分辨率的三维剪切波各向异性结构。

本研究发展改进的rj-MCMC各向异性反演方法对模型空间进行了跨维度搜索,使得反演从数据本身出发,避免了人为建模对反演结果的影响,有效提高了反演的稳定性与效率。

各向同性结果表明,东北亚地区上地幔顶部存在与各火山相关的低速区域,低速异常在更深部(>100km)相连,与上涌的地幔物质相关。表明不同板内火山的深部来源相似,但在浅部存在分异。同时,松辽盆地与朝鲜半岛西南部存在较深(达到约200km)的高速块体,代表了岩石圈下沉。岩石圈的下沉可能引起周边软流圈物质的局部上涌,成为松辽盆地及朝鲜半岛附近火山的物质来源。这种岩石圈-软流圈对流模式控制了东北亚的新生代火山的时空分布。

各向异性的结果展示出明显的分层特征。在上地幔顶部(100km以上),S波各向异性方向主要与日本海沟垂直,且与板块运动方向相似,表明上层地幔流动主要与太平洋俯冲板片的后撤及日本海的扩张相关。更深部,各向异性出现明显的方向偏转,从西向东呈现顺时针的转向,并最终会聚于日本西南部的Nankai海沟。基于本研究模型预测的横波分裂观测结果与观测得到的结果有很强的一致性(图2a),佐证了各向异性结果的可靠性。深部各向异性方向及横波分裂结果均表明,欧亚板块下方存在部分软流圈物质由西向东经历了顺时针的偏转,并通过Nankai海沟下方的板片“窗口”进入菲律宾海板块下方(图2b)。

ob欧宝体育在线登录地空学院2021级博士研究生赵琰喆为论文第一作者,王彦宾教授和南方科技大学郭震助理教授为联合通讯作者。以上研究得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接:Zhao, Y., Guo, Z., & Wang, Y. (2022). Asthenospheric flow from East Asia to the Philippine Sea Plate revealed by rj-MCMC inversion of surface waves. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 23, e2022GC010342. https://doi.org/10.1029/2022GC010342


1 a)东亚地区构造环境。蓝色锯齿线表明了板块边界与板块运动方向。彩色图为菲律宾海板块的海洋板块年龄。红框表示(b)图的区域。(b)东北亚地区的主要构造特征。红色火山符号表示晚新生代板内火山。红色小三角形表示岛弧火山(与板内火山区别)。带白色锯齿的黑色线表明了日本海沟和琉球海沟的板块俯冲方向。紫色虚线及其上的数字表明了太平洋板块和菲律宾海板块俯冲板片的位置与深度。黑色细线表示郯庐断裂带(Tan-Lu Fault Zone,TLFZ)。


2 a)根据本研究各向异性结果(0~150 km)预测的横波分裂结果(黑线)和前人的观测结果(黄线)。蓝色箭头表示板块运动的方向与速度。彩色图表示统计平均的横波分裂的SKS波延迟时间。(b)白色弧形箭头和白色虚线箭头表示(a)中所示的横波分裂预测结果指示的可能地幔流。


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