核幔边界是地球内部最大的速度、密度跃变带,在地幔和地核的动力学系统中起着重要的作用。对这个区域的研究需要有地震学、地球化学、地球动力学、分子动力学、高温高压等多个学科的工作。其中,地震学能提供研究区域的几何形状及速度、密度等参数的空间分布;将这些结果与其他学科的研究结果互相印证,能进一步推测其物理和化学性质,为核-幔的动力学状态和过程研究提供依据。
近年来,地震层析成像研究给出了大尺度的核幔边界速度结构,如剪切波层析成像结果一致表明有两块很大的低速异常区分别位于非洲和太平洋下的下地幔底部,这两块低速异常区的结构和成因已成为地球科学的研究热点。随着全球大量固定和流动地震台网的建立,可以使用走时分析、波形拟合及叠加偏移等多种方法联合研究,构建上述异常区的精确三维速度结构。我所地球深部结构与过程研究室何玉梅副研究员等最近在Journal of Geophysical Research发表了她们的最新研究结果(He and Wen,2009,Journal of Geophysical Research,114:B02309,备注:我所非第一署名单位),她们通过研究从欧亚大陆到南美南部的典型二维剖面,得到了这个二维剖面的几何形状和速度结构。
她们的研究表明,太平洋异常由至少两个相距740km宽的块体组成,其西部块体高度可能达到核幔边界之上近740km,底部有1050km宽,为上部比下部略窄的梯形。二维正演波形拟合表明西部块体的速度扰动从顶部的-3%降低到底部100km处的-3.5%,在核幔边界为-5%。东部块体至少能达到核幔边界之上340km,也为底部1800km的梯形。其速度扰动为平均-3%。她们的研究还表明西部块体的西部边界上有-10%的超低速区,这个超低速区一直扩展到了相连的高速区的底部。作者对这个区域研究得到的精细几何和速度模型表明太平洋异常是同时具有热和化学异常的亚稳态堆积,研究结果为探讨这个异常区域的性质、起源和动力学模型提供了基本约束。