全球和区域地震层析成像研究都显示在俯冲带地区地震波波速结构有着非常强烈的不均匀性。特别在一些高速俯冲板块之下，常常观测到低速异常。由于层析成像方法在上地幔过渡带深度范围内分辨率较低，而且高速板块与低速异常之间可能存在折衷效应，因此这种低速异常的结构特征及其深度范围都难以得到有效的约束。

 

中国科学院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室硕士研究生王涛与导师陈凌副研究员最近在爱思唯尔期刊《地球与行星内部物理学》（Physics of Earth and Planetary Interiors）发表了他们对此问题的研究结果（Wang and Chen, Physics of Earth and Planetary Interiors, 2009, 172: 241-256）。他们的研究工作利用布设在中国大陆的宽频带地震仪记录到的密集台阵资料，开展了660公里波速间断面三重地震震相的波形模拟研究。通过对发生在亚洲东北部的三个深源地震三重震相波形的详细分析和拟合，对该地区上地幔底部附近的P波和SH波波速结构同时进行了约束。对于两个发生在南千岛下方的地震，其射线穿过了太平洋俯冲板块之下的过渡带底部和下地幔顶部。波形拟合结果显示，相比于IASP91全球平均模型，这一地区在660公里间断面附近一直延伸到760公里深度的地幔都具有正常或者略微偏低的P波波速和明显的SH波低速异常。这进一步证实了过去层析图像关于俯冲板块之下存在低速结构的结论。而对于另一个发生在日本俯冲带下方的地震，三重震相波形模拟结果则显示，P波和SH波在上地幔底部附近均表现为高速异常。这个异常可能反应了停滞于660公里间断面之上的低温俯冲板块。另外，在南千岛地区P波和SH波在660公里间断面的波速跳变分别约为4.5%和7%，而在日本俯冲带下则为3％和6％左右。两个区域在660公里间断面波速跳变的差异与俯冲板块之下高温地幔和低温俯冲板块内部的矿物物理模型解释是一致的。从560公里至760公里深度，南千岛的P波和SH波波速比日本俯冲带的波速大约分别平均低1.5%和2.5%。根据矿物物理实验数据，波速结构的这种总体特征差别可能主要由这两个区域在该深度范围内存在350～450K的温度横向变化所引起。而南千岛下方过渡带底部P波和SH波波速的差异性细节结构特征则需要用大约0.5wt%～1wt%的含水量来解释。

 

根据该论文的模拟结果并结合太平洋俯冲板块在研究区域的几何形态，作者认为南千岛下面的低速结构可能与在日本本州北部410公里波速间断面附近观测到的低速异常相关联。它们可能都与亚洲东北部太平洋俯冲带之下起源于下地幔的上升热柱有关。（来源：中国科学院地质与地球物理研究所）