地质地球所运用地震探测发现板块俯冲界面巨量蛇纹岩层
- 2020/5/13 10:22:05 30954
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表研发】板块俯冲作用是驱动板块构造的引擎，是地球演化甚至是蓝色地球宜居性的深部控制因素。板块俯冲初始启动、连续消减的动力过程与机制受控于俯冲界面的流变特征。蛇纹石的粘度比普通地幔岩石的粘度低几个数量级，因此俯冲界面地幔岩石蛇纹石化可显著改变岩石圈流变特性，促进板片获得持续俯冲的“正反馈”。
蛇纹石是一种含水的富镁硅酸盐矿物的总称，如叶蛇纹石、利蛇纹石、纤蛇纹石等。它们的颜色一般常为绿色调，但也有浅灰、白色或黄色等。因为它们往往是青绿相间像蛇皮一样，故此得名。蛇纹石的结构常会有卷曲状，像纤维一样。这样的蛇纹石常被当作石绵用。块状或纤维状的蛇纹石都会具有光泽，块状如蜡，纤维状如丝。人们将蛇纹石当作建筑用材料，有些可当作耐火材料，颜色好看的还可以制成装饰品或工艺品。除此以外，蛇纹石还可用来制造化肥。
此外，蛇纹石也是水和CO2等流体的主要携带矿物，因此是地球深部-浅部物质能量交换(mass and energy transport)的重要媒介。岩石学证据表明，蛇纹岩带在古/新俯冲边界广泛出露，例如阿尔卑斯Viso单元就出露～10 km厚的蛇纹岩带。尽管如此，由于俯冲界面只有数公里的厚度，传统的地震学手段很难观测到深部俯冲边界蛇纹岩层的存在。
在国家自然科学基金委“大陆演化与季风系统演变”基础科学中心项目与“特提斯地球动力系统”重大研究计划的资助下，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室研究员赵亮组织中-意-法阿尔卑斯地震观测计划(CIFALPS)团队在经典的大陆深俯冲地区——西阿尔卑斯开展了高分辨率的地震成像研究。应用新一代的跨维度反演算法，显著提高了对俯冲界面的观测精度和准确性。
地学层析成像是用医学X射线CT的理论详细调查地下物性参数分布状况的物探技术，分为地震层析成像、电磁波层析成像和电阻率层析成像。地震层析成像就是用地震数据来反演地下结构的物质属性，并逐层剖析绘制其图像的技术。地震层析成像按研究区域的尺度可分为层析成像、区域层析成像、局部层析成像；按所用资料的来源可分为天然地震层析成像(大尺度深部横向不均匀性研究)、人工地震测深(主要研究浅部界面分布)。按所依据的理论基础一般分为基于射线方程的层析成像和基于波动方程的层析成像。
新的三维横波速度图像发现欧洲大陆-Adrian板块俯冲界面50-70 km深度范围内存在15-25 km厚横波速度≤3.7 km s-1 的低速层。综合岩石物理实验数据分析，推断在50-70 km深度P-T条件下稳定具有≤3.7 km s-1 低速性质的合理解释是蛇纹岩，可能由俯冲洋底蛇纹岩薄层和流体导致蛇纹石化的地幔堆积形成。正是这种堆积以及成像精度的提升使得地震学成像能够发现它的存在：在西阿尔卑斯下方低速体体积达到～300000 km3。蛇纹岩层一方面促进了大陆板块的深俯冲和折返，另一方面为俯冲带深部水、碳循环提供了巨量容器。
碳循环，是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从大气中吸收二氧化碳，在水的参与下经光合作用转化为葡萄糖并释放出氧气，有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。有机化合物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水，并释放出其中储存的能量。
该研究获得的俯冲板片界面精细图像有助于构建俯冲界面成分模型，为理解大陆深俯冲及深部水、碳循环过程与动力学机制提供定量化的证据。
资料来源：地质与地球物理研究所
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