Laboratory measurements of ‘porosity‐free’ intrinsic Vp and Vs in an olivine gabbro of the Oman ophiolite: Implication for interpretation of the seismic structure of lower oceanic crust
Laboratory measurements of ‘porosity‐free’ intrinsic Vp and Vs in an olivine gabbro of the Oman ophiolite: Implication for interpretation of the seismic structure of lower oceanic crust
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阿曼蛇绿岩橄榄石辉长岩中“无孔隙”固有 Vp 和 Vs 的实验室测量：对下洋壳地震结构解释的启示
DOI：
10.1111/iar.12092
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
1.5
通讯作者：
Y. Tatsumi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Saito;M. Ishikawa;M. Arima;Y. Tatsumi
为了确定阿曼蛇绿岩中橄榄石辉长岩的“无孔隙”固有超声压缩（Vp）和横波（Vs）速度和Vp/Vs，我们开发了一种新的实验系统，使用活塞缸式高压装置。新系统允许我们在压力范围为0.20至1.00 GPa，温度范围为300°C （Vp）和400°C （Vs）的情况下测量速度。在室温下，Vp和Vp/Vs随着压力增加到0.40 GPa而迅速增加，而在0.45至1.00 GPa之间增加更为缓慢。增加速率的变化归因于压力高于0.45 GPa时孔隙的闭合。基于在较高压力（0.45-1.00 GPa）下获得的数据的线性回归和对较低压力的外推，结合在1.00 GPa下测量的样品速度的温度导数，我们确定了样品的内在Vp和Vs作为压力（P，单位为GPa）和温度（T，单位为°C）的函数。内在速度可以表示为Vp(公里/秒)= 7.004 + 0.096−0.00015××P T和Vs(公里/秒)= 3.827 + 0.007−0.00008××P T。我们评估了海洋地壳条件下橄榄石辉长岩的内禀Vp和Vs，并将其与西北太平洋盆地WP‐2钻孔地震观测站的速度深度剖面进行了比较。虽然所研究的橄榄石辉长岩的本征Vp （~ 7.0 km/s）和v （~ 3.8 km/s）与WP‐2地区第3地震层相当，但估计的本征速度垂直梯度明显小于第3层的报告。这些结果表明，WP‐2地区第3层的速度剖面可能反映了下洋壳中存在少量孔隙，孔隙度随第3层岩石深度的增加和（或）矿物学的持续变化而闭合。
In order to determine ‘porosity‐free’ intrinsic ultrasonic compressional (Vp) and shear wave (Vs) velocities and Vp/Vs of an olivine gabbro from the Oman ophiolite, we developed a new experimental system using a piston‐cylinder type high‐pressure apparatus. The new system allowed us to measure velocities at pressures ranging from 0.20 to 1.00 GPa and at temperatures up to 300°C for Vp and 400°C for Vs. At room temperature, the Vp and Vp/Vs increase rapidly with pressure up to 0.40 GPa, while between 0.45 and 1.00 GPa the increase is more gradual. The change in increasing rate is attributed to closure of porosity at pressures above 0.45 GPa. Based on the linear regression of data obtained at higher pressures (0.45–1.00 GPa) and extrapolation to the lower pressures, combined with temperature derivatives of velocities of the sample measured at 1.00 GPa, we determined the intrinsic Vp and Vs of the sample as a function of pressure (P, in GPa) and temperature (T, in °C). The intrinsic velocities can be expressed as Vp (km/s) = 7.004 + 0.096 × P − 0.00015 × T, and Vs (km/s) = 3.827 + 0.007 × P − 0.00008 × T. We evaluated the intrinsic Vp and Vs of the olivine gabbro at oceanic crustal conditions and compared them with a velocity depth‐profile of the borehole seismic observatory WP‐2 area in the northwestern Pacific Basin. Although the intrinsic Vp (∼7.0 km/s) and Vs (∼3.8 km/s) for the olivine gabbro studied are comparable to those of seismic layer 3 in the WP‐2 area, the estimated vertical gradients of intrinsic velocities are significantly smaller than those reported from layer 3. These results suggest that velocity profiles of layer 3 in the WP‐2 area may reflect the presence of a minor porosity in lower oceanic crust, which closes with increasing depth and/or continuous changes in mineralogy of layer 3 rocks.
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