菲律賓海板塊（Philippine Sea Plate，PSP）位于太平洋板塊、歐亞板塊和印澳板塊之間，具有復(fù)雜的微板塊結(jié)構(gòu)與豐富的溝-弧-盆系統(tǒng)特征，包括馬里亞納、伊豆-小笠原、菲律賓、馬尼拉和琉球海溝，以及四國(guó)、西菲律賓和帕里西維拉海盆。該區(qū)域是研究板塊俯沖構(gòu)造演化的理想場(chǎng)所，特別是在探討滯留于地幔中的板塊分布，以及板塊俯沖對(duì)地幔熱結(jié)構(gòu)的影響等問(wèn)題上具有重要的科學(xué)價(jià)值。地幔轉(zhuǎn)換帶（Mantle Transition Zone，MTZ）是上、下地幔的過(guò)渡區(qū)，位于410 km和660 km兩個(gè)間斷面之間（D410和D660）。通常認(rèn)為D410和D660間斷面由橄欖石在不同溫度、壓力下的相變引發(fā)，兩者的克拉貝龍斜率相反，導(dǎo)致溫度異?？梢燥@著影響MTZ的厚度。此外，含水礦物與非橄欖石成分（如石榴石）的存在，進(jìn)一步加劇了不連續(xù)面的梯度與深度變化，使得MTZ的結(jié)構(gòu)變化成為揭示地幔熱異常、水含量，以及板塊俯沖、地幔上涌等深部地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵窗口。SS前驅(qū)波的傳播路徑類似于地表反射的SS波，但其反射發(fā)生在地下特定深度界面，充分?jǐn)y帶了間斷面反射點(diǎn)下方的結(jié)構(gòu)信息，其走時(shí)和振幅對(duì)界面深度和物質(zhì)特性敏感，因此在海洋區(qū)域地震觀測(cè)臺(tái)站分布不足的情況下，SS前驅(qū)波（記為S410S，S660S）成為探測(cè)海域地幔轉(zhuǎn)換帶結(jié)構(gòu)的重要方法（圖1）。

圖 1 SS及其前驅(qū)波的射線路徑圖

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理學(xué)科中心的地球-行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)與過(guò)程學(xué)科組楊凡博士后與合作導(dǎo)師李娟研究員，聯(lián)合南方科技大學(xué)俞春泉副教授，以及本所陳思丹博士、李楊特聘研究員、張志剛研究員和王巍特聘研究員，針對(duì)菲律賓海板塊下方的地幔轉(zhuǎn)換帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳盡的成像研究。該研究收集了來(lái)自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心和EarthScope Data Services（原IRIS）記錄的高質(zhì)量地震波形數(shù)據(jù)，涵蓋1000多個(gè)臺(tái)站和超過(guò)44,086條SS前驅(qū)波記錄（圖2），數(shù)據(jù)時(shí)間跨度高達(dá)20年。借助曲波去噪技術(shù)（curvelet denoising）和共反射點(diǎn)疊加技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功獲得了D410和D660的深度及MTZ厚度的高分辨率橫向變化圖像，為深入理解菲律賓海板塊下方的地幔結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了地震觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)依據(jù)。

圖2 臺(tái)站、事件和SS震相反射點(diǎn)的分布。（a）臺(tái)站（藍(lán)色三角形）、事件（綠色五角星）和SS震相反射點(diǎn)（紅色十字）的分布；（b）每個(gè)單元格的反射點(diǎn)數(shù)量，單元格間隔為1.0°×1.0°，半徑為3.5°，顏色表示每個(gè)單元格中的反射點(diǎn)數(shù)量。品紅色點(diǎn)線表示PB2002模型中的當(dāng)前板塊邊界?？s略詞說(shuō)明：IBT，伊豆-小笠原海溝；MRT，馬里亞納海溝；YT，雅浦海溝；PT，帕勞海溝；PHT，菲律賓海溝；MNT，馬尼拉海溝；RT，琉球海溝；ODR，沖大東洋脊；SB，四國(guó)海盆；WPB，西菲律賓海盆；PVB，帕里西維拉海盆

研究揭示（圖3），在西菲律賓海盆區(qū)域和四國(guó)海盆區(qū)域（區(qū)域I和II），D410表現(xiàn)為抬升，D660表現(xiàn)為下沉，其深度變化分別與MTZ的厚度呈現(xiàn)反向和正向相關(guān)，這與MTZ內(nèi)由停滯板塊引起的低溫異常對(duì)間斷面深度的影響一致。在馬里亞納海溝周邊（區(qū)域IV），他們觀測(cè)到D410在約390 km和430 km深度處出現(xiàn)分裂，而D660則在620 km和720 km深度處分裂，且部分區(qū)域反射信號(hào)減弱，這些特征可能與太平洋板塊的近垂直形態(tài)的俯沖密切相關(guān)，導(dǎo)致了MTZ周圍顯著的物質(zhì)和熱量交換。特別是，在菲律賓海板塊南部的帕里西維拉海盆和卡羅琳板塊區(qū)域（區(qū)域III），MTZ厚度減薄約20 km，其中D410下沉約15 km，D660上升約5 km。結(jié)合層析成像和地球化學(xué)分析結(jié)果，他們推測(cè)該區(qū)域間斷面的變化很可能是由卡羅琳地幔柱相關(guān)的次級(jí)熱柱活動(dòng)所引發(fā)。

圖3 D410、D660的深度和MTZ厚度變化圖像，以及相關(guān)振幅信息和誤差。(a) D410深度變化；(b) 按照SS震相歸一化的S410S振幅；(c) D410深度的標(biāo)準(zhǔn)差；(d) D660深度變化；(e) 按照SS震相歸一化的S660S振幅；(f) D660深度的標(biāo)準(zhǔn)差；(g) MTZ厚度變化；(h) S410S與S660S的振幅比，即A410/A660；(i) MTZ厚度的標(biāo)準(zhǔn)差。其他圖例見圖1，×信號(hào)表示S410S或S660S的振幅過(guò)低而無(wú)法被識(shí)別，亦稱反射間隙

面對(duì)海洋地區(qū)地震觀測(cè)分布稀疏，深部結(jié)構(gòu)研究有限的問(wèn)題，他們系統(tǒng)采集并分析了大量采樣海域地區(qū)的微弱SS前驅(qū)波信號(hào)，成功刻畫了菲律賓海板塊及其鄰近區(qū)域D410與D660的起伏特征，不僅給出了較高分辨率的西菲律賓海盆與四國(guó)海盆區(qū)域（區(qū)域I與II）以及馬里亞納海溝區(qū)域（區(qū)域IV）MTZ結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)還探索了研究非常有限的帕里西維拉海盆及卡羅琳板塊區(qū)域（區(qū)域III）深部結(jié)構(gòu)（圖4）。

該研究成果為理解菲律賓海板塊及周邊區(qū)域的復(fù)雜多重俯沖體系提供了新的模型，揭示了該區(qū)域下方顯著的熱化學(xué)特性，對(duì)深化地球深部物質(zhì)循環(huán)與能量傳輸機(jī)制的認(rèn)識(shí)具有重要意義。

研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊EPSL（楊凡，李娟*，俞春泉*，陳思丹，李楊，張志剛，王巍. Complicated thermo-chemical heterogeneity of the mantle transition zone beneath the Philippine Sea Plate revealed by SS precursors investigation [J] . Earth and Planetary Science Letters, 2004, 648: 119092. DOI: 10.1016/j.epsl.2024.119092）。成果受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42074063、42174058、92155307）和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)部署項(xiàng)目（IGGCAS-201904、IGGCAS-202204）的資助。

編輯：萬(wàn)鵬