近期，国际著名地学杂志《Geology》以“Foundered lithospheric segments dropped into the mantle transition zone beneath southern California, USA”为题发表了我院于有强副教授的研究成果。
美国南加州是地质构造活动强烈的地区。太平洋板块、北美洲板块以及位于他们交界处的圣安德鲁斯大断裂，消亡的法拉隆（Farallon）板块等共同造就了这个地球上为数不多的观察地球复杂构造演化的绝佳场所。迄今为止，在此地区开展的地球科学研究大多局限于从地表到上地幔的区域，而更深部的构造则鲜有详细研究，其中更是缺乏对地幔过渡带的精细分析。地幔过渡带位于地下大约410千米与660千米之间，地震波在这两个深度上往往会发生速度的明显变化，经常被用来探究深部地幔的温度异常，例如俯冲板片下沉，地幔物质上涌等地幔异常构造。
图1 南加州地区地幔过渡带上界面（410km），下界面（660km），厚度和上地幔平均纵波速度异常图。
该研究利用非平面波接收函数共转换点叠加方法刻画出南加州地区精细的地幔过渡带上下界面结构。结果显示，地幔过渡带厚度在该地区存在很大的横向变化，在西横向山脉（Western Transverse Ranges）、半岛山脉（Peninsular Ranges）和内华达山脉南部地区观测到明显增厚的地幔过渡带（图1）。结合地震层析成像结果，研究团队认为地幔过渡带的显著增厚是由拆沉的岩石圈碎片掉入地幔过渡带引起的（图2）。基于前人的地质和地球化学研究结果，这些拆沉的岩石圈碎片属性是火山弧，在下沉过程中不断脱水，并且将水带入了地幔过渡带，这些因素最终引发了小尺度的地幔对流。此外，拆沉的岩石圈碎片所携带的水还导致了南加州含水碱性岩浆活动。总而言之，拆沉的火山弧岩石圈碎片在地幔物质循环和地幔过渡带结构的横向变化中可发挥重要作用。
图2 沿着图1C中三条测线的接收函数道集和径向各向异性层析成像剖面图，以及拆沉岩石圈碎片引起的小尺度地幔对流模型示意图。
本文第一作者和通讯作者为于有强副教授。研究获得国家自然科学基金（41606043），同济大学海洋地质国家重点实验室自主课题和“全球变化与海气相互作用”专项（GASI-GEOGE-05）项目的支持。
全文链接：https://doi.org/10.1130/G46889.1