铁方镁石自旋转变与下地幔中部波速横向变化
铁方镁石是下地幔主要矿物之一.Badro等人2003年首次在该矿物观测到磁矩转变,掀起了对矿物物性特别是弹性影响的研究热潮.第一性原理计算显示,相对与其他突变的地幔矿物相变,铁方镁石自旋转变是一个缓变的过程,随着压强的增大,越来越多的铁原子从有磁矩(高自旋态)转变到没有磁矩状态(低自旋态),温度越高,转变的压强越大,转变的范围就越宽,下地幔很大的深度范围内都处于自旋转变过渡区.自旋转变过程中,铁方镁石的体模量和部分弹性系数会显著降低.通过对第一性原理计算获得的下地幔矿物弹性数据分析，发现铁的自旋转变产生的效果完全可以通过层析成像等手段观测到，例如它会导致P波波速在～1750km深度对温度变化不敏感。这是因为下铁方镁石的自旋转变体模量随温度升高而反常的迅速增大，带动整个下地幔的体模量随温度升高而升高，与正常温度依赖的剪切模量相互抵消，导致该深度地幔P波波速对温度变化不敏感。已报道的层析成像结果，发现多个地幔柱在～1750km深度波速并没有明显变慢，即上涌热物质在这个深度突然变的不热，跟地幔柱的整个概念有冲突，一直以来很难解释这些现象。研究结果表明，上涌物质在该深度其实还是热的，只不过由于自旋转变，P波波速在这个深度对温度变化不敏感，在P波图像上感受不到高温。该效应也能解释其他多个层析成像结果。自旋转变也可以导致体波波速和横波波速负相关，S波与P波的相对变化比值（dln Vs/dln Vp）对铁方镁石含量特别敏感，这些效应也能合理的解释其他一些层析成像观测结果。
铁方镁石 自旋转变 下地幔 横向波速
吴忠庆 R.M.Wentzcovitch
中国科学技术大学地球和空间科学学院,地震与地球内部物理实验室,合肥230026 美国明尼苏达大学化工材料系
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1-1
2015-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）