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构造板块底部的地震反射图像gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba体积gydF4y2Ba518gydF4y2Ba，gydF4y2Ba页面gydF4y2Ba85 - 88 (gydF4y2Ba2015gydF4y2Ba）gydF4y2Ba引用本文gydF4y2Ba

主题gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

板块构造学成功地将地球表面描述为岩石圈板块运动的马赛克。但目前还不清楚板块底部岩石圈-软流圈边界(LAB)发生了什么。利用转换远震波对LAB进行了很好的成像gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，其波长为10 - 40公里，控制结构分辨率。在这里，我们使用爆炸产生的地震波(波长约0.5公里)，形成了新西兰北岛下俯冲的海洋板块底部的高分辨率图像。我们这幅80公里宽的图像是基于p波反射的，在大约100公里深的地方显示了大约15°倾斜、突然的地震波速度转变(不到1公里厚)。该边界与板块顶部平行，地震属性表明，在该边界上p波速度至少下降了8±3%。大约10公里深的平行反射事件表明，p波速度的下降局限于板块底部的通道，我们将其解释为积水的部分熔体或挥发物的剪切区。这是独立的、高分辨率的证据，证明在实验室存在一个低粘度通道，它将板块与下面的地幔流分离，并允许板块构造起作用。gydF4y2Ba

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图1:sahke01 - 04线位置图和SAHKE04的拍摄点。gydF4y2Ba
图2:镜头11的拍摄记录和镜头11和镜头4到达时的光线追踪模型。gydF4y2Ba
图3:在878台地震仪上记录的12个镜头的低折叠堆栈，具有中等和强中值滤波器。gydF4y2Ba
图4:计算的反射系数(gydF4y2BaCgydF4y2BargydF4y2Ba)的R2为P-P反射按入射角绘制，以及LAB的解释纸盒。gydF4y2Ba

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    谷歌学者gydF4y2Ba

下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

SAHKE项目得到了新西兰政府、日本科学技术厅和美国国家科学基金会(NSF OCE-1061557)的公共研究基金的支持。炸药和技术支持由Orica新西兰有限公司提供。个别土地所有者、大惠灵顿地区委员会、Transpower和林业公司允许我们进入他们的土地。IRIS/Passcal仪器库提供了陆地仪器和技术支持。我们感谢E. Smith和W. Stratford同事对本文初始版本的评论。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者及隶属关系gydF4y2Ba

  1. 维多利亚大学地球物理研究所，新西兰惠灵顿萨拉曼卡路，6140gydF4y2Ba

    T. A.斯特恩，M. K.萨维奇，S.兰姆和R.萨瑟兰gydF4y2Ba

  2. 地质与核科学研究所，1 Fairway Drive，下赫特5010，新西兰，gydF4y2Ba

    S. A.亨利和R.萨瑟兰gydF4y2Ba

  3. 南加州大学地球科学系，美国加利福尼亚州洛杉矶市特鲁兹代尔公园路3651号，90210gydF4y2Ba

    d .日本冈谷gydF4y2Ba

  4. 美国内华达州里诺市北弗吉尼亚街1664号，内华达大学地震台，90210gydF4y2Ba

    路易gydF4y2Ba

  5. 东京大学地震研究所，日本东京113-0032,Yoyoi 1-1-1gydF4y2Ba

    佐藤和岩崎gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba
  1. t.a.斯特恩gydF4y2Ba
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  2. s·a·亨利gydF4y2Ba
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  3. d .日本冈谷gydF4y2Ba
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  4. 路易gydF4y2Ba
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  5. M. K.萨维奇gydF4y2Ba
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  6. 美国羊肉gydF4y2Ba
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  7. 佐藤h .gydF4y2Ba
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  8. r·萨瑟兰gydF4y2Ba
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  9. t . IwasakigydF4y2Ba
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贡献gydF4y2Ba

除了J.N.L.和S.L.之外，所有作者都参与并领导了数据采集方面的工作。J.N.L.开发并应用中值滤波器生产gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba扩展数据图5a, cgydF4y2Ba．T.A.S.写了初稿。S.A.H.组织镜头和权限，并对选择迁移和原始堆栈进行处理(gydF4y2Ba扩展数据图2gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba5 bgydF4y2Ba)．国防部和卫生部根据原始仪器数据进行了初步的射击采集。T.A.S.和j.n.l进行了数值模拟(gydF4y2BaFig.4bgydF4y2Ba，gydF4y2Ba扩展数据图1dgydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)．所有作者都对不同版本的手稿进行了讨论和评论。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Bat.a.斯特恩gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明没有相互竞争的经济利益。gydF4y2Ba

扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba

扩展数据图1频谱及分析。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba， R2反射和背景噪声的频谱。我们只显示所使用的检波器的4.5 hz截止频率以上的频率。gydF4y2BabgydF4y2Ba， R0和R2反射的频谱。gydF4y2BacgydF4y2Ba，表汇总了各项目在不同镜头上的频率范围;每个球洞的地质情况摘要gydF4y2Ba34gydF4y2Ba也是已知的。gydF4y2BadgydF4y2Ba，谱比分析gydF4y2Ba16gydF4y2BaR2和R0之间的反射，产生最小二乘线性拟合的数据，梯度为−0.0627。理论上这个梯度值可以等同于πΔgydF4y2BatgydF4y2Ba/gydF4y2Ba问gydF4y2BaPgydF4y2Ba(ref。gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)，其中ΔgydF4y2BatgydF4y2Ba为R0和R2反射器之间的TWTT。对于ΔgydF4y2BatgydF4y2Ba= 20秒，我们得到一个估计值gydF4y2Ba问gydF4y2BaPgydF4y2Ba(逆衰减)为1002，标准误差为±30(基于最小二乘线性回归)。gydF4y2Ba

扩展数据图2 R1反射器和镜头集合的选择迁移。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，岸上和海上SAHKE线的平面视图，图11和12被标记。gydF4y2BabgydF4y2Ba，基于横向变化速度模型对第11次射击的R1反射进行Pick迁移，该模型来自地震和射击数据gydF4y2Ba10gydF4y2Ba．利用三维层析成像建立的速度模型进行反射拾取偏移gydF4y2Ba10gydF4y2Ba．在弧收敛到常数解的地方给出了反射器的最佳结构解释。我们显示了两个镜头的结果(gydF4y2BabgydF4y2Ba，射11;gydF4y2BacgydF4y2Ba以及常见的解决方案。解决方案(黑色条)似乎是澳大利亚板块地幔的一个反射器，它向东南倾斜，位于塔拉纳基断裂带内。gydF4y2BadgydF4y2Ba，镜头收集为镜头11，低带通滤波器5-10赫兹，带出低频，R1，东南倾斜反射器(20秒深度在零偏置)。它还显示了R0反射器(gydF4y2Ba∼gydF4y2Ba在零偏移处为9秒)，用于向西北倾斜的板块顶部。纵轴为行程时间(s)，横轴为炮距(km)。年代gydF4y2BaggydF4y2Ba为地壳折射S波。gydF4y2BaegydF4y2Ba， Shot gather for Shot 11，带通滤波器16-30 Hz，显示R2反射器的宽频率内容，并抑制低频R1反射。RgydF4y2BasedgydF4y2Ba和PgydF4y2Ba米gydF4y2BaP分别代表被解释为来自大洋地壳顶部沉积物通道上表面的反射，以及来自大洋太平洋板块莫霍面的反射。gydF4y2Ba

扩展数据图3每条线末端的两个镜头集合，显示R0到R3的反射。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，镜头12;gydF4y2BabgydF4y2Ba，射击3。这两个图都显示了在8到25 Hz之间带通的数据。射孔的质量在很大程度上取决于射孔所处的岩石，以及钻工的测井数据gydF4y2Ba34gydF4y2Ba9号，10号和11号镜头的基底岩石，12号镜头洞的底部。gydF4y2Ba

扩展数据图4堆叠和模型灵敏度。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，所示图像的堆叠图gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba．彩色刻度显示褶皱的大小，橙色的星星是拍摄点。网格上的数字是新西兰地图网格以北和以东的米。gydF4y2BabgydF4y2Ba，地震速度与深度的关系图gydF4y2Ba12gydF4y2Ba以及地震剖面处理中使用的叠加速度(地表与特定深度之间的均方根平均地震速度)与深度的关系(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)．gydF4y2BacgydF4y2Ba，预测板厚度与平均厚度的关系图gydF4y2BavgydF4y2BaPgydF4y2Ba对于海洋地幔;图中显示了四幅图，每一幅图都使用了不同的平均地壳值gydF4y2BavgydF4y2BaPgydF4y2Ba(标签)。根据反光镜在11号镜头上零偏置的走时位置(gydF4y2Ba扩展数据图2cgydF4y2Ba)，则在洋壳内的运动时间为4 s，在洋盖内的运动时间为14 s。绿色虚线框表示基于海洋地壳和海洋上地幔可能速度的最佳解范围gydF4y2Ba19gydF4y2Ba．注意板厚测定的不确定度<±1 km。gydF4y2Ba

扩展数据图5堆叠测试gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，堆栈为gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba但是没有第11次射击。这是一个检查，以确定有多少高质量，高频率的镜头11在堆栈中占主导地位。我们仍然看到了这个堆栈的主要特征，这表明其他镜头正在做出重大贡献。虚线表示大洋太平洋板块莫霍面的解释位置(PgydF4y2Ba米gydF4y2BaP反射)。gydF4y2BabgydF4y2Ba，没有应用中值滤波器的堆栈。gydF4y2Ba

图6倾斜板模型的波动方程模型。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，一个模拟高度简化(不包括海洋地壳)的SAHKE结构的模型，用于输入波动方程模型。地壳底部包含一层低波速沉积物，因此我们可以检查来自这个通道的倍数如何干扰在板块底部提出的R2和R3反射。仿真基于e3dgydF4y2Ba35gydF4y2Ba和运行gydF4y2BavgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba= 0，所以没有产生s波反射。gydF4y2BabgydF4y2Ba，基于模型对11个镜头几何进行合成镜头集合。RgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba．米gydF4y2Ba

扩展数据图7叠前深度偏移测试gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，用于三维基尔乔夫和、叠前深度偏移的两个方位角gydF4y2Ba16gydF4y2Ba与地震线在一条直线上，并与地震线成直角(交叉线)。所使用的速度模型是中所示的早期版本gydF4y2Ba扩展数据图5bgydF4y2Ba速度稍低。用于3D迁移的输入镜头集合是瞬时振幅属性轨迹，通过中值滤波进行了大量平滑gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba，然后带通滤波，在每个强振幅的叠前反射处产生近似零相位的低频小波。gydF4y2BabgydF4y2Ba，直线迁移，在顶部30 km处表现出相干性，板块顶部倾斜明显。在这里，从每个射点产生恒定的走时衍射弧。在能量增强的地方，我们解释为有反射器，相反，如果没有增强，只有衍射弧，我们解释为缺乏相干结构。相干能量在更大的深度(90-100千米)可见，我们将其归因于LAB的结构。gydF4y2BacgydF4y2Ba，这里收集的每个镜头的数据是随机的(千斤顶试验gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)，并进行相同的迁移。比较随机化和正确的数据迁移显示什么是迁移几何构件，什么是信号。这证实了在90到100公里深度之间看到的图像gydF4y2BabgydF4y2Ba是真实的。gydF4y2BadgydF4y2Ba，跨线方向偏移结果;没有看到连贯的排列。gydF4y2BaegydF4y2Ba，跨线偏移千斤刀试验。请注意,gydF4y2BaegydF4y2Ba看起来类似于gydF4y2BadgydF4y2Ba，这表明在交叉线方向上没有结构对准，我们成像的反射不是来自平面结构外的侧面。gydF4y2BafgydF4y2Ba，声阻抗过渡区归一化厚度之间的关系示意图，gydF4y2BadgydF4y2Ba/gydF4y2BaλgydF4y2Ba，以及相对反射系数(即归一化到一个极薄过渡区的值)。在这里gydF4y2BadgydF4y2Ba是带的厚度，gydF4y2BaλgydF4y2Ba地震波长和反射系数是否归一化为阻抗对比度为零厚度gydF4y2Ba14gydF4y2Ba．插图，过渡区示意图gydF4y2BadgydF4y2Ba在速度不同的两层之间，gydF4y2BavgydF4y2Ba1gydF4y2Ba而且gydF4y2BavgydF4y2Ba2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

扩展数据图8镜头11的集合，其中偏移量是内联和交叉线绘制的。gydF4y2Ba

在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba时，在西北至东南方位角上，距射击点的最大偏移为70公里(见gydF4y2Ba扩展数据图7agydF4y2Ba)．在gydF4y2BabgydF4y2Ba，在西南向东北方位角上，11号炮的最大偏移量为7.5 km。这些是中值滤波数据的集合(0.5 s × 41道)，经过平滑并通过8-25 Hz带通滤波器，在24-32 s范围内绘制出R2和R3反射器。请注意在直线方向上的一致性，而在交叉线集合中缺乏一致性。这进一步证实了叠前深度偏移的证据，即R2和R3反射来自西北-东南走向的SAHKE04线以下的表面，而不是平面外的侧面反射。gydF4y2Ba

扩展数据图9模型。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，基于接收函数的SAHKE线以北构造与地震速度模型gydF4y2Ba28gydF4y2Ba．请注意，与最近的工作一致，提出了吸积沉积物的俯冲通道gydF4y2Ba10gydF4y2Ba和解释的13°倾角，在本研究提出的12°-15°范围内。gydF4y2BabgydF4y2Ba，一个简单的水平分层模型作为输入，使用e3d软件进行合成波动方程建模gydF4y2Ba35gydF4y2Ba所示gydF4y2BacgydF4y2Ba．这是我们在SAHKE04下面观测到的一个简化的近似模型，尽管我们忽略了倾角。gydF4y2BacgydF4y2Ba，波动方程模型gydF4y2Ba35gydF4y2Ba所示的输入模型gydF4y2BabgydF4y2Ba输入P波和垂直检波器。没有增益控制。显示了来自板块顶部和海洋莫霍面的强原始反射和多次反射。在现实中，由于地形的散射，表面倍数并没有那么强。与R0相比，R2和R3的反射可以看作是弱事件。gydF4y2BadgydF4y2Ba，波动方程模型gydF4y2Ba35gydF4y2Ba所示的输入模型gydF4y2BabgydF4y2Ba输入S波和垂直检波器。这里的s波反射更为突出，R2和R3的s - p转换相预计在38和41秒左右。请注意，S-P和S-S反射在零入射角没有能量，只有在30公里的偏移>处有显著能量。由于我们只是将最大偏移量为50公里的数据进行叠加，我们预计有一些(但有限的)S-P能量对R4相有贡献gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

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斯特恩，T.，亨利，S.，冈谷，D.。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba构造板块底部的地震反射图像。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba518gydF4y2Ba， 85-88(2015)。https://doi.org/10.1038/nature14146gydF4y2Ba

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