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(jì)算工作主要在中國科大超級(jí)計(jì)算中心與合肥先進(jìn)計(jì)算中心的超級(jí)計(jì)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(dòng)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(huì)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(duì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)間，需要約60km厚的葉蛇紋石層，這大大超過了地震學(xué)觀測(cè)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(duì)認(rèn)識(shí)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。