这张图片展示了地球深处的超低速带如何弯曲和衍射地震产生的声波。超低速度区是一个高温、高密度的岩石区。在对地震记录记录的衍射波的最新分析中，马里兰大学的地质学家发现了马克斯山下的一个新的超低速带，并发现夏威夷山下的超低速带比以前知道的要大。图片来源：DOYEN KIM/马里兰大学
马里兰源大学
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马里兰大学的地球物理学家分析了成千上万的地震波记录，并识别出了地球熔化核心和其上方固体地幔层之间的边界的回声。地震波是穿过地球的声波。回声分析表明，在核-幔边界，异常高密度的热岩区比以前所知的分布更广，更不均匀。
科学家仍然不确定这些结构的组成，以前的研究只提供了有限的意见。更好地理解它们的形状和范围将有助于揭示地球深处发生的地质过程。这些知识可能为板块构造的运作和地球的演化提供线索。
这项新研究首次以如此详细的分辨率提供了广泛的地核-地幔边界视图。这项研究发表在2020年6月12日的《科学》杂志上。
研究人员重点关注在太平洋盆地下传播的地震波的回声。他们的分析揭示了南太平洋马克萨斯群岛下一个以前未知的结构，那里充满了火山，并且发现夏威夷群岛下的结构比以前知道的要大得多。
这篇论文的第一作者，多延金，是马里兰大学地质系的博士后研究员。他说：“通过同时分析数以千计的地核-地幔边界回波，而不是像往常一样一次只关注几个，我们获得了一个全新的视角。结果表明，在地核-地幔边界区域有许多结构可以产生这些回波，这是我们以前没有意识到的，因为我们以前的视野非常狭窄。”
地震产生的地震波可以在地表下传播数千英里。在岩石密度、温度或成分发生变化的地区，地震波会改变速度、弯曲或散射，从而产生可探测的回声。来自附近结构的回声返回得更快，而来自较大结构的回声更强。当这些回波到达不同位置的地震仪时，科学家可以通过测量它们的传播时间和振幅来建立地表下隐藏岩石的物理特征模型。这个过程类似于蝙蝠用回声定位来描述它们的周围环境。
照片来源：马里兰大学的多延金在这项研究中，金和他的同事研究了在地核-地幔边界传播的地震波中剪切波产生的回声。在一次地震的记录中，即所谓的地震记录中，很难区分衍射横波的回波和随机噪声。然而，同时观察多个地震的多个地震记录可以揭示相似性和模式，从而识别隐藏在数据中的回声。
研究人员使用一种称为序列器的机器学习算法，分析了1990年至2018年发生在太平洋盆地的数百次6.5级及以上地震的7000幅地震图。测序仪是由约翰霍普金斯大学和特拉维夫大学的这项研究的共同作者开发的。它最初被用来探索来自遥远恒星和星系的辐射模式。将该算法应用于地震记录时，发现了大量的横波回波。
“地球科学中的机器学习正在迅速发展，像序列仪这样的方法使我们能够系统地探测地震回波，并对地幔底部的结构有新的理解，这在很大程度上仍然是一个谜，”金说。
这项研究揭示了核-幔边界结构的一些惊人特征。
合著者之一、马里兰大学地质学副教授维德兰莱基奇说：“我们发现大约40%的地震波路径有回声。这很令人惊讶，因为我们认为这些回声会更加稀少。这一发现意味着核-幔边界的异常结构比以前认为的分布更广。”
科学家发现，在夏威夷下方的地核-地幔边界上有一个巨大的高温高密度物质，它能产生一种独特的大回声，这表明它比以前估计的要大。它被称为超低速带(ULVZs)，发现于火山羽流的根部，在那里，热岩石从地核-地幔边界区域上升并形成火山岛。夏威夷下面的超低速度区是已知最大的。
这项研究还发现了一个以前未知的超低速区。
莱基奇说：“我们惊讶地发现，在马科斯群岛下有这么大的一个建筑，我们以前甚至不知道它的存在。这非常令人兴奋，因为它表明序列器算法可以帮助我们以一种以前不可能的方式在全球范围内整合地震记录数据。”
