中美學(xué)者合作在俯沖帶地震研究方面取得重要進(jìn)展

中新網(wǎng)合肥10月12日電(記者 吳蘭)記者12日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院吳忠慶教授課題組與美國哥倫比亞大學(xué)Renata Wentzcovitch教授課題組及美國康奈爾大學(xué)Geoffrey Abers教授合作，在俯沖帶淺部地震波速各向異性成因上取得重大進(jìn)展。

相關(guān)成果近日發(fā)表在地球科學(xué)領(lǐng)域國際著名學(xué)術(shù)期刊Geophysical Research Letters上。

據(jù)悉，這一研究成果的計算工作主要在中國科大超級計算中心與合肥先進(jìn)計算中心的超級計算機(jī)上進(jìn)行。

地球內(nèi)部水循環(huán)是理解地球演化與動力學(xué)過程的關(guān)鍵。在俯沖帶，水可以隨著大洋板片一起俯沖進(jìn)入地球深部。在海溝附近，板片彎曲變形形成大量平行于海溝的正斷層，海水可以沿著斷層面進(jìn)入板片內(nèi)部并與地幔礦物發(fā)生反應(yīng)生成蛇紋石。地幔礦物的蛇紋石化通常會顯著影響其地震波速、各向異性、泊松比和密度等一系列特征。

利蛇紋石是俯沖帶淺部溫壓條件下最穩(wěn)定的蛇紋石礦物。因此，利蛇紋石在高溫高壓下的彈性性質(zhì)對揭示俯沖帶蛇紋石化程度、含水量以及地球內(nèi)部的水循環(huán)都有重要意義。

該課題組利用第一性原理計算方法確定了俯沖帶溫壓條件下利蛇紋石的彈性性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其具有很強(qiáng)的波速各向異性，其剪切波各向異性幾乎是其高壓相葉蛇紋石的兩倍。

變形實驗表明，蛇紋石可以在剪切應(yīng)力下發(fā)生定向排列。因此，通過蛇紋石的地震波在垂直于剪切面的偏振方向上傳播得更慢。研究分析表明，采用合理的蛇紋石化程度以及定向排列程度，要產(chǎn)生湯加俯沖帶約1.8s的延遲時間，需要約60km厚的葉蛇紋石層，這大大超過了地震學(xué)觀測發(fā)現(xiàn)的湯加俯沖帶板片中低速層的厚度。然而，同樣條件下的利蛇紋石層只需要約30km厚就可以解釋，這也與湯加俯沖帶板片的低速層厚度一致。因此，利蛇紋石應(yīng)當(dāng)在俯沖帶淺部廣泛分布，這將對認(rèn)識俯沖帶的物理化學(xué)過程及地球內(nèi)部水循環(huán)等方面產(chǎn)生重要影響。