上地幔波速场和地幔温度及化学成分模型

SS前波，三叉波，P-SV转换波等地震学数据被广泛的应用于研究上地幔波速场结构，而上地幔波速场受到上地幔温度和化学成分控制的。但这些地震波数据的走时和波形特征和地幔温度及化学成分之间的关系十分复杂。它们的走时和波形特征是上地幔绝对波速，上地幔不连续面的深度，速度跳变，详细结构，上地幔不连续面附近的波度梯度等波速场特征综合作用的结果，而不是由哪一个波速场特征单一控制的。而上地幔波速场的结构特征是由上地幔温度和化学成分共同控制的。在这个项目中， 我们结合矿物物理和地震学的数据来研究上地幔波速场以及地幔温度，化学成分在全球范围的变化。我们用矿物物理模拟方法计算一系列地幔温度和化学成分下的上地幔波速场，从而得到上地幔波速场特征和地幔温度及化学成分之间的量化关系，在将这一量化关系应用于由实际地震波数据得到的全球范围上地幔速度场的变化，来研究上地幔温度和化学成分在全球的变化。

本项目计划结合矿物物理和地震学数据研究上地幔波速场以及地幔温度、化学成分在全球范围的变化。研究计划包括三个主要内容：1、通过矿物物理模拟和理论波形计算建立上地幔波速场特征和地幔温度及化学成分之间的量化关系；2、通过地震波数据得到全球范围上地幔波速场变化； 3、将1、2得到的结果相结合得到全球上地幔温度及化学成分变化。计划1按计划顺利完成，首次得到了SS前驱波相对走时、上地幔不连续面深度、上地幔波速三个参数随地幔温度、地幔中铁、铝、钙含量变化而变化的量化关系，为解释地震学得到的上地幔波速结构提供了依据。计划2、3在执行过程中发现搜集和分析全球范围地震波数据过于耗时，于是集中研究了青藏高原东部上地幔。目前得到了该地区上地幔S波波速结构，矿物物理模拟正在进行中。同时，因为我们的矿物物理方法不仅可以应用于地球，也可用于研究类地行星的成分，而类地行星的化学成分对于了解行星及太阳系起源有重要意义，我们增加了新的研究内容：用矿物物理模拟结合近年来火星探测取得的大量高精度地球物理数据研究火星的成分。我们在火星核中采取液态铁－硫系统，根据不同的火星幔成分及不同的核成分计算火星中的一维密度分布。再根据这些一维密度分布计算火星的转动惯量并和火星转动惯量观测值相比较。以火星总质量、可能的火星核半径（1630-1830公里），火星平均转动惯量观测值（0.3645±0.0005）为约束条件，得到火星幔中的铁含量在9.9 mol%到11.9 mol%之间，铝含量小于1.5 mol%，核中的硫含量在10.6 wt%到14.9 wt%之间，火星中的总铁含量在27.3%到32.0%之间，铁硫比在1.55到1.95之间。而球粒陨石的成分在我们得到的可能的火星成分范围之内。我们得到的火星成分范围不足以判断火星成分是否和球粒陨石相同。我们的研究推翻了Bertka and Fei （1998）用类似方法得到的火星成分和球粒陨石不同的结论。