关于岩石圈与软流圈的定义有4种(邓晋福等,1996,1998;Anderson,1995)。我国学者采用岩石学途径,认为由岩浆起源反演的软流圈是达固相线的上地幔橄榄岩,含部分隙间熔浆(邓晋福等,1985),软流圈之上是岩石圈,与地震波和热学定义的岩石圈、软流圈概念大体一致的。
2.4.1.1 岩石圈-软流圈特点
壳幔过渡带(界)也称为Moho界面(带),可分为3种类型:一级速度间断面、速度梯度带和高低速相间的薄层束结构。Moho界面(带)存在冲断排列(或称“鳄鱼”状)结构。大陆和海域地区的Moho界面(带)存在介质和构造响应,即为一个厚度1~5km,最厚可达15km的过渡带,是与深、浅物质交换、重力均衡补偿以及地球内部圈层耦合密切相关的地域。肖庆辉(1986)总结软流圈具有以下一些特点:①深度一般为60~250km,各地厚薄不一。如在南帕米尔和喀喇昆仑山一带,软流圈底板深度可达300km。②软流圈的顶、底部不是一个平整的面,而是逐渐过渡的层带。一般在大约60km深处,地幔开始由脆性向塑性过渡,在大于250km深处,物质又变为较坚硬的状态。③岩石处于熔融或塑性状态。很小的应力作用就能引起物质的流动,而软流圈物质的流动或对流,就会带动岩石圈的运动。④洋壳下的软流圈比陆壳下的软流圈厚。洋壳下面的软流圈底板深度为40km,厚度约350km;陆壳下面的软流圈顶板深度为110km,底板为200~250km,厚度约100~150km。⑤软流圈物质的密度比周围地幔的密度小。因此,软流圈轻物质才能在岩石圈底部上涌,引起岩石圈的各种岩浆活动和构造运动。
加拿大大不列颠哥伦比亚大学MayaKopylova教授认为,“岩石学意义上”的克拉通之下的岩石圈-软流圈边界(LAB)可以通过追踪源自金伯利岩捕虏体矿物化学、结构和产状的变化而勾勒出来。典型的LAB通过如下特征表述:①橄榄岩的矿物成分变化:Fe、Ti含量增加,并且富Ca;②结构年龄的变化:从变质的长期稳定的结构棚缺到年轻的变形结构或岩浆非平衡性结构;③热体制的变化:从稳定状态到过渡状态和扰动状态;④从辉石岩、巨晶矿物、被剪切的橄榄岩的出现来判断;⑤金刚石从橄榄岩地幔中的消失来判断。
2.4.1.2 岩石圈-软流圈边界(LAB)分布的普遍性
岩石圈-软流圈分界线是否为全球性的?这是美国斯克里普斯海洋研究所CatherineRychert等提出的质疑。一个刚性的岩石圈在一个软弱的软流圈上运动,这是大家普遍接受的一个概念。确实,面波的研究也表明,一个具有快速地震波的“盖子”覆盖在一个地震波速较慢的软流圈上,这是在区域性和全球性都已经观察到的现象。此外,最近的Ps研究和Sp研究已经在区域尺度上构建了这个边界的图像,其深度与面波研究所得到的结论大体相符。Ps和Sp转换提供了岩石圈-软流圈界面的高分辨率图像,图像显示的边界清晰,而且深度在11km以浅。然而,这个重要界面的全球性图像的描绘却还有待进一步研究,因为它的深度和其他属性可能会随着大地构造环境而改变。
Catherine Rychert等利用1990~2004年间由永久性地震台站记录的散射波来描绘可能樱或是与岩石圈-软流圈分界面相关联的界面。来自那些台站的大量Ps数据,已经很好地定义了简单地壳结构、Moho面,使得人们很容易在9个震中距间隔内以接近2Hz的频率识别各个地壳相,并在识别地壳相的同时,进而寻找那些可能是与岩石圈-软流圈相关联的相变(波速转换?)。符合标准的地震台站所给出的数据表明,在60km至110km的深度范围内存在一条或者两条负的不连续面(这里的地震波速随着深度的加大而减小),它们的波到时间介于莫霍面Ps相之后、莫霍面相最初的反射面之前。Sp研究的结果也基本证实了上述不连续面的存在。得出这些结论的单台站的分布虽然并不呈覆盖全球的圈带状展布,但是它们却表明,在上述深度范围内存在的这一间断面是一个稳定的特征,这也使得勾画其全球性图像成为可能。
因此,他们处理了全部IRISFARM数据集,目的在于寻找全球共同的特征或者是区域性的共同特征。按照震中距的数据,从脊和伍莫霍面、410km,以及660km处的间断面获得的直接转换可以很清楚地看见。二次地壳反射面(Ppss)也可以看见,而地壳多重反射面(Ppps)则不明显。此外,与地壳多重反射面不相关的能量也见于60~110km深度范围内,这与存在于这些深度上的速度下降是相关的。这个负极性的相与呈正极性相之间的界面,可以解释这一地壳相不可预见的缺失现象。他们还认为,那些具有相近莫霍面深度的台站提供的Ps数据在震中距曲线图上叠加在一起;这也使得我们易于识别莫霍面相,并探测到其他的可能与稳定的间断面相关联的相。在37km至43km之间的莫霍面深度范围内,从莫霍面及其相关的反射面获得的直接波至时间可以清晰地看见;位于80km左右深度的一个强的负相也是这样的。后者与地壳相不相关,而有可能起源于同一深度的一个间断面。
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