摘要
地幔粘度在地球内部动力学和热历史中起着关键作用。然而，对粘度结构的地球物理推断显示出很大的变异性，这取决于所使用的观测资料类型或所施加的假设1，2，3.．在这里，我们利用位于上地幔底部附近的深度地震(约560 km)的震后变形来研究地幔粘度结构。我们采用独立成分分析4结合大地时间序列，成功探测和提取了2018年斐济8.2级矩引起的震后变形。为了寻找可以解释检测到的信号的粘度结构，我们进行了前向粘弹性松弛建模5，6具有一系列粘度结构。我们发现，我们的观测需要一个相对较薄(约100公里)，低粘度(1017到1018地幔过渡带底部的Pa s)层。这样的弱带可以解释板块变平的原因7和孤立8在许多俯冲带观察到，否则很难在整个地幔对流制度中解释。低粘度层可能是超塑性的结果9诱导尖晶石后转变，弱卡西欧3.钙钛矿10，含水量高11或脱水熔化12．
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数据可用性
GNSS数据来自内华达大地测量实验室(geodesy.unr.edu)．我们还提供了探测到的地震后信号，例如位移和时间演化，作为图的源数据。1．源数据提供了这篇论文。
代码的可用性
正演建模代码RELAX可在https://geodynamics.org/cig/software/relax/．ICA的代码已经提供33泽诺多储存库https://doi.org/10.5281/zenodo.4322548．
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确认
我们感谢M. Gurnis, H. Kanamori和R. Bürgmann的有益讨论。这项工作得到了美国国家科学基金会拨款NSF EAR 2142152的部分支持。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
S.P.构思了这项研究，分析了数据，进行了建模，解释了结果，并撰写了手稿。j.p.a.监督了ICA和建模工作，并参与了口译工作。Z.Z.参与了口译。A.G.为ICA提供了代码，并指导了时间序列分析。所有作者讨论了结果并对手稿进行了评论。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢Yuri Fialko和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1观测(黑色箭头，大圈)和预测(绿色箭头，小圈)同震变形。
同Fig。4，除绘制同震位移外。错误椭圆(灰色圆圈;95%置信区间)由弹道建模获得。
扩展数据图2两种不同麦克斯韦时间下弱MTZ黑洞的震后形变预测。
一个，与图右侧面板相同。2 f．b，和一个，但MTZ BH较弱(Maxwell时间为1.25年)。
图3不同模型(MTZ BH的麦克斯韦时间为0.63年，MTZ B65的麦克斯韦时间为0.05年)预测的地震后变形对比
一个- - - - - -b，和无花果一样。4 a、bMTZ BH的麦克斯韦时间为0.63年。c- - - - - -d，和一个- - - - - -b，除了0.05年麦克斯韦时间的降粘度MTZ B65。
扩展数据图4在弱软流圈存在的情况下，我们的首选模型预测的地震后变形。
一个- - - - - -b，和无花果一样。4 a、b但麦克斯韦时间为0.63年的弱软流圈。c- - - - - -d，和一个- - - - - -b，但具有2.5年麦克斯韦时间的弱软流圈。在每种情况下，位移都接近于分别模拟软弱软流圈和MTZ软弱基底所得到的位移的线性和。水平位移在相似的方向上，并且建设性地增加，导致靠近地震的地点的位移增加10%到20%。另一方面，由于弱软流圈在震中以西和海沟以西产生的隆起，与MTZ的弱基底相反(图2)。2)，在斐济和汤加群岛(如LAUT和TONG)的台站，垂直位移有破坏性增加的趋势。这降低(恶化)总体拟合的观察约14%和6%。这些结果表明，为了解释在弱软流圈存在的情况下，观测到的震中附近和沟槽附近的下沉，更需要MTZ底部的弱区。
图5 LAUT站原始和预处理的GNSS数据。
一个- - - - - -c，含不确定性的东、北、垂直分量原始GNSS数据(蓝色误差条;一个标准差)。洋红色和绿色虚线分别表示与仪器问题和同震位移相关的步骤时间。橘色实线表示最佳拟合轨迹模型。d- - - - - -f，和一个- - - - - -c，除了时间序列是经过预处理的，即线性趋势和从原始数据中去除的轨迹模型得出的偏移量(一个- - - - - -c)．
图6地震后分量以外的独立分量及其空间分布。
一个，最显著季节变形分量的时间演化(上)和空间分布，如图所示。1，其中误差椭圆(一个标准偏差)的估计方法与地震后位移的估计方法相同。b- - - - - -d，和一个，但对第2、3和4个最显著的季节成分分别有影响。
扩展数据图7每个预处理GNSS时间序列的震后变形。
一个， LAUT站GNSS数据预处理东(上)、北(中)、上(下)分量(同扩展数据图)。5 d-f)用黑色表示，而每个时间序列中地震后变形的贡献用红色表示。误差条表示一个标准偏差。地震发生的时间用绿色实线表示。注意向上分量的比例比水平分量的比例大。b- - - - - -d，同一个，而NIUM、SAMO和TONG站则分别为。SAMO站和TONG站在接近分析时段结束时的数据中存在空白。
扩展数据图8剪切模量(μ)和粘度(η)与参考值(μ裁判,η裁判)作为深度的函数。
相对于参考(橙色实线)的比值(蓝色实线)是根据初步参考地球模型计算的34．
补充信息
源数据
权利和权限
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关于本文
引用本文
Park, S.， Avouac, JP。，詹，Z。et al。深震后形变所揭示的上地幔基底薄弱。自然615， 455-460(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05689-8
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05689-8
