Структура сейсмических скоростей и состав континентальной коры: глобальный обзор

Сейсмические методы обеспечивают наивысшее разрешение при измерении структуры коры и применялись по всему миру. Мы обобщаем структуру континентальной коры на основе результатов сейсмических рефракционных профилей и выводим состав коры по глубине, сравнивая эти результаты с лабораторными измерениями сейсмических скоростей при высоком давлении для широкого спектра пород, обычно встречающихся в коре. Толщина и скорость коры хорошо коррелируют с тектоническими провинциями: для растянутой коры средняя толщина составляет 30,5 км, для орогенов — 46,3 км. Щиты и платформы имеют средние толщины коры, близкие к глобальному среднему. Мы скорректировали неоднородное географическое распределение сейсмических рефракционных профилей, оценив площадь каждой основной типа коры в мировом масштабе. Взвешенная средняя толщина коры по этим значениям составляет 41,1 км, что на 10%–20% больше прежних оценок, где были недопредставлены щиты, платформы и орогены. Средняя скорость продольных волн (Vp) в коре равна 6,45 км/с, а средняя скорость в верхней мантии (Pn) — 8,09 км/с. Мы суммируем структуру скоростей коры с интервалами глубин в 5 км как в виде гистограмм, так и в виде средней кривой скорость–глубина, и сравниваем эти определения с новыми измерениями скоростей продольных волн и плотностей более 3000 кернов из магматических и метаморфических пород, измеренных при давлении 1 ГПа. На основе петрографических исследований и химического анализа породы классифицированы в 29 групп; для каждой группы представлены средние скорости, плотности и стандартные отклонения для 5-км интервалов до глубины коры 50 км вдоль трех различных геотерм. Это позволяет разработать модель состава континентальной коры. Скорости в верхней континентальной коре соответствуют множеству литологий, включая низкостепенные метаморфические породы и относительно силикатные гнейсы амфиболитовой фации. В среднекоровых областях градиенты скоростей, по-видимому, обусловлены увеличением мета́морфического града и уменьшением содержания кремнезема. Тоналитовый гнейс, гранитовый гнейс и амфиболит — распространенные литологии средней коры. Анизотропия, связанная с ориентировкой минералов, вероятно, существенна в верхней и средней коре. Основная часть нижней континентальной коры химически эквивалентна габбро, с величинами скоростей, согласующимися с лабораторными измерениями мафических гранулитов. Доля граната увеличивается с глубиной, и мафический гранатовый гранулит является доминирующим типом пород непосредственно выше мохо-поверхности (мохоровичи́ческого разрыва). Средние скорости продольных волн обычных коровых пород сильно коррелируют с плотностью. Средняя плотность коры, рассчитанная по нашей модели, составляет 2830 кг/м3, а среднее содержание SiO2 — 61,8%.