关于中国及邻近软流圈顶界变化趋势,朱介寿(2011)领导的研究团队做了详尽的研究。以面波Vs速度值4.45~4.50km/s之间作为划分软流圈底界面或固结圈顶界面(毛桐恩等,1999),可知软流圈顶界面起伏变化极大,一般在55~200km之间,其中,东欧地块软流圈顶界面最大埋深达200km以上,塔里木地块软流圈顶界面埋深平均值为170km,青藏高原软流圈顶界面埋深平均值为165km,华北地块软流圈顶界面埋深平均值仅有77km,西太平洋地区软流圈顶界面埋深平均值仅76km(表2.1),总体呈现由西向东变浅的特征。
表2.1 中国及邻近陆海地区软流圈结构分类简表
注:括弧内的数代表参加平均的数据数 (据朱介寿,2011)
在亚洲北部和西部,软流圈底界面埋深较浅,一般在260~280km之间,例如,塔里木盆地软流圈底界面埋深平均值为268km,在亚洲东部、东南亚地区和西太平洋地区软流圈底界面埋藏最深,平均值在290~320km之间,其中鄂霍次克海地区软流圈底界面埋深平均值为318km,西太平洋软流圈底界面埋深平均值为308km(表2.1)。与岩石圈底界面或软流圈顶界面比较,软流圈底界面起伏变化较小,表明软流圈由底部到顶部也是不均匀的。邱瑞照(2009)曾综述33届国际地质大会展示的岩石圈-软流圈边界研究进展:全球是否普遍存在软流圈还有不同的认识(Andesron,1993;朱介寿等,1996;杨文采,1997)。Catherine Rychetr等在33届国际地质大会报道,利用1990年至2004年间由永久性地震台站记录的散射波来描绘可能是与岩石圈-软流圈分界面相关联的界面,表明在60km至110km的深度范围内存在一条或者两条负的不连续面(这里的地震波速随着深度的加大而减小),Sp研究的结果也基本证实了上述不连续面的存在。单台站的分布虽然不覆盖全球,但是在上述深度范围内存在的这一间断面是一个稳定的特征,这也使得勾画其全球性图像成为可能。蔡学林等(2011)按2°×2°网格读出软流圈顶和底界面埋藏深度编制的东亚西太平洋地区软流圈厚度分布图(图2.11)表明:东亚西太平洋地区普遍发育软流圈,厚度变化大,总体显示西薄东厚、北薄南厚的变化趋势。
在亚洲大陆西部或欧洲东部软流圈厚度较薄,一般在70~150km之间,例如,东欧克拉通型岩石圈下软流圈厚度仅有66km,塔里木克拉通型岩石圈下软流圈厚度平均值仅有98km,哈萨克斯坦地块软流圈厚达149km,在青藏增厚型岩石圈下软流圈厚度亦较小,在140~160km之间。从亚洲大陆西部到亚洲大陆东部软流圈逐渐增厚到150~200km,在华南减薄型岩石圈东缘软流圈厚达230~250km之间,在鄂霍次克海软流圈平均厚度最大为254km。西太平洋海域软流圈在200~250km之间(表2.1)。总之,从亚洲西部到西太平洋软流圈厚度有由薄变厚的变化趋势。
亚洲大陆北部软流圈厚度较薄,一般在120~140km之间,其中西伯利亚地块软流圈,仅有123km。向南到蒙古西部至华北一线软流圈厚度在150~210km之间变化,向南到青藏高原及邻区软流圈又有减薄的趋势,在140~160km之间。在北印度洋至东南亚软流圈厚度又增加到200~230km之间。总之,从亚洲北部到印度洋地区软流圈厚度有由薄→厚→薄→厚的变化趋势(图2.11),大致与中国西部及邻区的地貌“盆—山”结构对应。
在运动学上,岩石圈-软流圈边界上板块的汇聚作用、挤入作用、弧后扩张作用,以及造山环带的收缩作用之间的相互联系,可能只有通过相关的软流圈来实现,如位于俯冲岩石圈板片之上的软流圈常呈蘑菇状,其流变学和密度差异所产生的力,在浅部能够驱使山脉的运动;由于大陆演化的地球动力学过程不仅发生在整个岩石圈尺度,它深达上地幔内部数百km,岩石圈地幔刚性强度大的地球物理背景区,可能阻碍深部幔源物质的运移,而不同岩石圈之间的岩石圈不连续则可能是幔源物质的良好通道(邱瑞照,2004,2006,2009)。近年还有人提出软流圈造山的概念(肖庆辉等,2006)。可见软流圈在大陆动力学演化过程中起着重要作用。
图2.11 东亚西太平洋地区软流圈厚度分布图(据朱介寿,2011)