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水对劳弧后地幔熔体运移影响的地震证据

自然体积518，页面395 - 398 (2015）引用本文

主题

摘要

弧后扩张中心下的熔体产生和输送过程受两种端元机制控制:类似洋中脊的减压融化和类似弧下的通量融化1．劳盆地在离俯冲带不同距离处有丰富的伸展脊，为区分这两种不同熔融过程对岩浆产生和地壳形成的影响提供了机会。本文提出了利用陆地和海底地震仪从瑞利波层析成像得到的地震速度推断出的部分熔体三维分布的约束条件。在中央扩张中心和北部东部扩张中心下方的低地震速度向西延伸到弧后，表明这些扩张中心是由西部的上升流区融化而来的，这有助于解释与南部的Valu Fa Ridge的地球化学差异2该地区没有明显的深部低震速度异常。低横波速度区域被解释为高熔体含量的结果，在劳扩张中心中央和劳盆地东北部的地幔楔中成像，即使目前不存在活跃的扩张中心。这种低震速度异常沿着东劳扩张中心和Valu Fa脊向南的距离变弱，与推断的岩浆生产力增加相反1．我们认为，这些异常变化是由于熔体提取效率的变化造成的，向南的熔体减少与岩浆中分数熔化的增加和水分含量的增加有关。从板坯中放出的水可以大大降低熔体粘度3.或者增加晶粒尺寸4或两者兼而有之，从而促进熔体运输。

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图1:研究区域和地幔速度的地图。
图2:横截面A-A′、B-B′、C-C′为sv波速的方位平均。
图3方向平均sv波速的D-D′和E-E′截面以及沿走向变化的示意图模型。

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下载参考

致谢

我们感谢P. J. Shore、Y. J. Chen以及这些房车的船长、机组人员和科学小组罗杰雷夫尔和公斤·莫纳收集数据;D. W. Forsyth, Y. Yang, G. G. Euler, D. Heeszel, X. Sun和W. Shen对数据处理的帮助;N. Harmon, C. Rychert, P. Skemer和B. M. Mahan讨论;和胡n的支持。IRIS pascal和OBSIP分别提供陆基地震仪器和海底地震仪。这项工作得到了Ridge 2000项目的支持，获得了美国国家科学基金会(NSF)的资助:OCE-0426408 (D.A.W.和J.A.C.)， EAR-0911137 (D.A.W.)， OCE-0426369 (S.C.W.)， OCE-0430463 (D.K.B.)和OCE-0426428 (R.A.D.)。

作者信息

作者及单位

  1. 华盛顿大学地球与行星科学系，美国密苏里州圣路易斯63130

    S. Shawn Wei和Douglas A. Wiens

  2. 哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站，帕利塞德，10964，美国纽约

    杨查，Terry Plank & Spahr C. Webb

  3. 加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所，美国加州拉霍亚92093;

    唐娜·k·布莱克曼

  4. 美国夏威夷大学地质与地球物理系，美国夏威夷檀香山96822

    罗伯特·a·邓恩

  5. 南伊利诺伊大学地质系，美国伊利诺斯州卡本代尔62901

    詹姆斯·a·康德

作者
  1. 魏尚伟
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  2. 道格拉斯·a·维恩斯
    查看作者出版物

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  3. 杨咋
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  4. 特里板材
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  5. Spahr C. Webb
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  6. 唐娜·k·布莱克曼
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  7. 罗伯特·a·邓恩
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  8. 詹姆斯·a·康德
    查看作者出版物

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贡献

S.S.W在D.A.W的建议下分析了地震数据。T.P.下载并分析了地球化学数据。由s.s.w和d.a.w牵头撰写稿件，所有作者对稿件进行讨论和编辑。

相应的作者

对应到魏尚伟．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有与之竞争的经济利益。

额外的信息

原始地震资料可于地震学联合研究机构数据管理中心(http://www.iris.edu/dms/nodes/dmc)，网络id为YL、Z1和XB。

扩展数据图和表

扩展数据图1 20、40、60、70、80和100 km深度的sv波速方位平均分布图。

横波速度为3.8 km / s−1波状外形的。星号表示节点364，用于蒙特卡罗反演(图7 .扩展数据)。散布中心和水深等高线标记为中图1 c．

扩展数据图2本研究使用的地震台站和地震。

红色三角代表在2009年10月至2010年12月期间运作的岛屿气象站。红色和黑色的圆点是WHOI(伍兹霍尔海洋研究所)和LDEO(拉蒙特-多尔蒂地球观测站)从2009年11月到2010年11月部署的obs。开放圆圈表示未恢复的OBSs。黄点和三角形分别表示1994年9月至12月期间部署的台站和岛基台站。散布中心和测深标为in图1 b．插图显示了本研究中使用的地震(蓝点)，震中位于劳盆地(红星)。

扩展数据图3最佳反演网格反演21、28、37、45和60 s时段的方位各向同性相速度图。

散布中心和水深等高线标记为中图1 c．色散曲线为CLSC(蓝色)，ELSC(绿色)，VFR(青色)，东太平洋隆起13(洋红色)，马里亚纳后弧39(黑色)和NF89型号14(红色和深红色)。CLSC、ELSC和VFR由节点表示，如图图1 d．误差条表示相速度的标准差。

图4 37、50和66 s周期相速度反演的鲁稳性，分别对50 km左右(速度最低)、70 km左右(倾斜LVZ向海沟外延伸)和100 km左右(最大待解释深度)最敏感。

左图:双标准偏差的地图，用最细的网格倒挂。中图:用最细反栅格(黑点间隔规则)进行相速度反演分辨率测试。黑点和三角形分别代表本研究中使用的63个地震台和26个陆基地震台站。黑色多边形勾勒出我们显示结果的区域，因为在该区域内，我们实现了所有周期相速度反演的合理分辨率。散布中心和水深等高线标记为中图1 c．右图:用于相速度反演的瑞利波射线路径(黑线)。地震台站被标为in图1 b．

图5以前的环境噪声层析成像结果。

一个，周期为18s的瑞利波各向同性相速度。黑点表示本研究中使用的地震带，红色三角形表示活火山，黑线表示扩散中心。b，纵深30公里处的方位平均sv波速。所有ANT结果来自ref。15．

扩展数据图6双站法测量相速度的两个例子。

一个两次地震(红星)的表面波(黑色曲线)传播到四个obs(红点)。b智利海沟地震由N01W和N03W台站记录。震中距离的差异约为171.5公里。周期为37 s的瑞利波延迟时间为47.8 s，相速度为3.59 km s−1．c马里亚纳海沟地震由A12W和S01W台站记录。震中距离的差异约为165.1公里。周期为37 s的瑞利波延迟时间为45.0 s，相速度为3.67 km s−1．

图7 364节点上蒙特卡罗算法的sv波速反演

一个， sv波速模型。b，前向计算色散曲线。每条灰色曲线表示一个“好”模型，其平滑度和不拟合度小于标准。蓝色、品红、黑色、红色和暗红色曲线分别代表线性化反演模型、平均模型、蒙特卡罗反演最佳模型和NF89模型两种年龄类别14,分别。在一个，参考文献的sv波速模型。35(绿色)为参考。在b，绿色曲线为经TPWT反转的相速度，误差条为标准差。

图8预测sv波速截面图。

计算是基于温度和含水量的数值模型23即扩展的汉堡模型20.，以及径向各向异性的修正14以及水的影响24．色阶与中相同图2．尽管与CLSC下的温度相比，由于板坯冷却，VFR下的温度较低，这可能会增加地震速度，但高得多的含水量更显著地降低了地震速度，导致预测中出现更强的低速信号。

图9劳盆地玻璃与Fo90地幔平衡的压力和温度。

我们用了主元素H2O测量,约束与ref的温度表。27计算P- - - - - -T大多数原始熔体的路径(仅结晶橄榄石)。VFR和CLSC-ELSC高温簇的弧后平均值用较小的符号和误差条表示，误差条为1 s.d。给出了FRSC、MTJ和汤加弧火山A的场供比较。所有数据都来自PetDB43，44，45，46，47，48和裁判。54．干固体来自ref。57．弧后平均值沿着湿减压融化路径追溯，如方法中所述。

补充信息

补充表

该文件包含补充表1，其中显示了用于计算熔化路径的所有地球化学数据。(xls46kb)

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引用本文

魏，S.， Wiens, D.，查，Y.。et al。水对劳弧后地幔熔体运移影响的地震证据。自然518， 395-398(2015)。https://doi.org/10.1038/nature14113

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