水的存在会对地幔的物理性质和化学性质产生重要影响,研究地幔的水含量和水分布,可以使我们更好地了解地球深部的地幔对流模式,进而加深我们对地球演化历史的了解。近年来ice-Ⅶ包体与林伍德石包体（平均含水量约1 wt.%）的发现,表明地球上地幔和地幔转换带可能储存着大量的水,但是关于地幔的水含量和水分布,不同学者给出的结果存在很大的差异。为了能准确了解地球内部的水循环模式,我们需要建立可靠的地幔水分布模型。本文,我们根据橄榄石晶格优选定向的实验数据,建立了可以正演上地幔地震波各向异性的矿物物理模拟方法,并把地震波径向各向异性的层析成像作为输入数据,反演了上地幔的水分布;对于地幔转换带,我们根据含水瓦兹利石和含水林伍德石的高温高压弹性实验数据和相变实验数据,进一步发展前人的矿物物理模拟方法,建立了地幔转换带各向同性速度的正演框架,并把地震波各向同性速度的层析成像作为输入数据,反演了地幔转换带的水分布。在上地幔,我们发现高含水区域主要集中于俯冲带地区,浅部上地幔中的俯冲带比深部上地幔中的俯冲带湿润,证实了大量脱水反应发生于200 km之上。同时,大多数俯冲带在200 km之下仍然显露清晰的含水特征,表明水的确能被俯冲板块运输至地幔深部。在200 km之下,西太平洋俯冲带中较老的俯冲板块的含水量要高于东太平洋俯冲带中较年轻的俯冲板块的含水量,显示出不同俯冲带因为热动力学状态的差异造成的脱水速度差异。我们的反演结果表明含水量为0.075-0.15 wt.%的地幔岩模型可以很好地解释上地幔俯冲带的地震波各向异性。对于地幔转换带,我们从地震学的角度证实了它是地球的主要储水层。地幔转换带总含水量约为海洋总质量的0.64-1倍,浅部地幔转换带（410km-520 km）和深部地幔转换带（520 km-660 km）的平均含水量分别为0.3-0.5 wt.%和0.15-0.2 wt.%,这意味着地幔转换带的水含量随着深度的增加而递减。在地幔转换带中,高含水区域主要位于俯冲带,在浅部地幔转换带和深部地幔转换带中,俯冲带的水含量可分别高达0.5-1 wt.%和0.2-0.5 wt.%,这表明水能被俯冲板块带入地幔转换带中。此外,不同俯冲板块由于热动力学状态的差异表现出不同的水分布特征。西太平洋俯冲带中古老的俯冲板块比东太平洋俯冲带中年轻的俯冲板块携带更多的水进入地幔转换带。我们的反演结果与岩石动力学模拟、电导率成像等结果一致。根据水分布的反演结果,我们提出了图3.13的地幔水循环模型:大陆上地幔的平均水含量小于0.02 wt.%,高含水区域主要位于俯冲带,板块通过俯冲活动把0.075-0.15 wt.%的水运输至地幔转换带中。由于板块构造运动最早可以追溯到古元古代（约22亿年前）,所以我们推测这种俯冲活动至少持续了数亿年。“跑出”地幔转换带的水通过410km上方和660km下方的熔体的调节,又返回地幔转换带中,使得地幔转换带在数亿年的板块构造历史里能够积累0.15-0.5 wt.%的水含量,并且一直维持高含水状态至今。由于现在的太平洋俯冲系统至少存在了一亿年,因此环太平洋俯冲带的水含量比周围地幔的水含量高,在浅部地幔转换带和深部地幔转换带分别积累了 0.5-1 wt.%和0.2-0.5 wt.%的水。