位于夏威夷、冰岛和加拉帕戈斯等火山热点下方的地幔柱，被认为可能锚定在地核—地幔边界（CMB）附近的大型异常结构上。近日发表在《Science Advances》的一项研究，利用地震学观测与矿物学建模，对夏威夷下方相关结构的地震波速特征及可能组成进行了约束。

聚焦地核—地幔边界附近的“巨型超低速区”

研究指出，地球下地幔存在多类会显著降低地震波传播速度的异常体，包括大型低速省（LLVPs）与超低速区（ULVZs）。其中规模更大的ULVZ常被称为“巨型超低速区”（mega-ultra low velocity zones），通常位于CMB附近，并常见于夏威夷等海洋热点之下，长度可达数百公里。此前有研究将这类巨型结构与地幔柱联系起来，也有观点认为其可能保留原始地球化学特征。

不过，研究团队表示，现有层析成像方法仍难以对巨型超低速区进行全面刻画，其组成与起源仍存在不确定性。由于ULVZ对地震波速具有显著影响，地震波观测成为识别与约束该类结构的重要手段。

联合使用绕核P波与S波约束波速降低特征

研究团队在方法上强调了对压力波（P波）与剪切波（S波）的联合使用。以往相关工作更多依赖S波数据，P波由于信号较弱、技术难度更高而应用相对有限。该研究联合分析了1990年至2021年间震级大于6.5地震产生的绕核P波与S波信号，通过波形相似性追踪Pdiff后波模式、识别走时变化并测量振幅衰减，并结合三维波场模拟，估算夏威夷巨型超低速区中S波与P波速度相对降低的比值（RS/P）。

结果显示，夏威夷下方该巨型超低速区的RS/P介于1到1.3之间。研究人员指出，其他地震学研究中部分ULVZ的RS/P接近3或4，这类更高比值通常更符合“存在部分熔融”的解释；而在本研究的模拟框架下，夏威夷下方结构的观测特征更支持其以固态为主。

矿物学建模指向富铁固态物质

在地震学约束基础上，研究团队进一步开展矿物学建模，以评估可能的地幔组成并检验部分熔融的可行性。模型结果显示，该结构更可能由富铁固态物质构成，其中镁铁质尖晶石（(Mg,Fe)O）与地震模型的匹配度最高。

研究同时指出，在铁富集岩石中允许存在小比例的部分熔融（例如1%），但并未带来更好的地震学拟合；而低ermost地幔的部分熔融或俯冲洋壳的部分熔融，与推断的地震波速降低特征不一致。

高铁含量或意味着更高电导率与热导率

研究人员表示，高铁含量通常对应更高电导率，并进一步暗示岩石具有较高热导率。基于这一推断，类似夏威夷下方的富铁巨型超低速区可能不仅是热上涌的标志，还可能在局部长期地幔柱生成过程中发挥作用，并对地幔对流产生影响。