1 研究背景

地球内部约410—660 km的范围被称为地幔过渡带，其顶部界面，即410 km间断面，被认为是由橄榄石—瓦兹利石相变产生的相变界面。410 km间断面上方附近是否存在部分熔融，地震学表现为地震波速度低速层，是对地幔过渡带中是否含有水的重要约束。地震体波三重震相是对地幔过渡带及其附近结构敏感的一种波形组合，被前人用来研究并约束410 km间断面的低速结构体。Song等（2004）利用三重震相波形拟合方法对北美西部的410 km间断面附近速度结构展开研究，成功探测到一个厚度为20—90 km、速度降低约为5%的低速层，并解释为部分熔融导致的成分异常。

2 研究内容及方法

在本研究中，对发生在本州西海岸近海的20090824地震（表 1）的P波三重震相波形进行反演。在反演中为了得到可能存在参数的多种可能模型组合，采用（Fast）MPI-accelerated 1-D (Tr)iplication Waveform (I)nversion (P)ackage，即FastTrip软件包（Li et al，2021）来进行计算研究。FastTrip可利用小生境遗传算法，通过大量正演模拟来搜索模型空间，最终给出能够拟合三重震相的若干组可接受的速度深度模型。正演表明，模型参数之间存在trade-off。具体地，410 km间断面上方存在低速的模型，与不存在低速但410 km间断面下沉的模型，具有相似的三重震相波形。因而仅通过P波或S波的三重震相数据，不足以证明410 km间断面上方低速模型的存在。利用对真实数据的反演，进一步说明该问题。计算中每次正演模拟可以在20 s内完成（主频为2.5 s）。但是，整个搜索共需要计算10 000个模型。为加速反演，利用CPU并行策略，同时计算每一代中的所有模型。在本研究中，利用10个CPU核心，10小时内可完成10 000个模型的搜索与正演。经过10 000次搜索，除410 km间断面上方存在低速模型外，还得到一组可接受的模型（没有低速，但410 km间断面下沉10 km）。这2个模型的波形几乎相同，且其波形拟合与数据相似（图 1）。这些结果反映了间断面深度与其上方速度之间的trade-off。

3 结果

由相变动力学可知，温度的热异常确可使得410 km间断界面位置下沉。因而，仅通过简单的P波的三重震相反演，并不能有效区分410 km间断面上方存在低速模型与不存在低速但410 km间断面下沉的模型（由独立存在或贯穿滞留板块的热的地幔流导致）。

4 结束语

因此，需要利用P波与S波三重震相的联合反演，综合考虑410 km间断面的位置、其上方P波与S波的波速比，可有效分辨这2种可能存在的模型。今后需进一步约束410 km间断面附近的精细结构，更好地了解地幔过渡带顶部及其附近的物质组成、温度以及含水状态等重要的科学问题。