P-velocity of the upper mantle

В.В.  Гордієнко; Л.Я.  Гордієнко

doi:10.24028/gzh.v43i2.230194

Автор(и)

В.В. Гордієнко Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна
Л.Я. Гордієнко Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.v43i2.230194

Анотація

Автори побудували моделі, що показують розподіл швидкості сейсмічних P-хвиль у верхній мантії під океанічними, континентальними і перехідними регіонами, такими як серединно-океанічні хребти, басейни, жолоби, острівні дуги і задугові западини, атлантичні перехідні зони, флангові плато серединно-океанічних хребтыв, платформи, геосинкліналі, рифти, зони сучасної активації. Моделі узгоджуються з глибинними процесами в тектоносфері, передбаченими адвекційно-поліморфною гіпотезою. Моделі для районів острівних дуг і прибережних хребтів подібні до моделей для альпійських геосинкліналей, порушених недавньою активізацією. Моделі для районів серединно-океанічних хребтів і задугових западин ідентичні. Вони укладаються в картину сучасного тепломасоперенесен- ня в разі рифтогенезу, який за наявності основної кори континентальної товщини зумов- лює океанізацію. Модель для басейну відображає ефект згладжування термічних аномалій під серединно-океанічними хребтами або задуговими западинами приблизно 60 млн років тому. Модель жолобу і флангового плато відображає результат бічного прогрівання верх- ніх шарів мантії під нерухомим блоком з боку острівної дуги і западини (жолоб), а також серединно-океанічного хребта і западини (флангове плато).

Детальну бібліографіу по регіонах, охоплених дослідженнями, наведено у раніших пуб- лікаціях авторів за останні вісім років. У публікаціях інших авторів моделі доволі суттєво різняться. Багато в чому це пов'язано з тим, що окремі автори апріорі використовують уявлення про швидкісну структуру верхньої мантії.

Високу мінливість швидкостей сейсмічних поздовжніх хвиль у підповерхневому інтер- валі глибин виявлено в результаті всіх досить детальних досліджень. Ця мінливість відповідальна за різке збільшення різниці часів приходу хвиль від землетрусів на малих кутових відстанях. Відповідні сегменти годографів ігнорували, і графіки будували приблизно з 3°, після чого розкид часу приходу набував стійкого характеру. Відповідно, профілі швидкості будували, як правило, починаючи з глибин близько 50 км. Побудовані профілі швидкості мало змінюються від регіону до регіону з одним і тим самим типом ендогенних режимів. Це дає змогу стверджувати, що моделі відображають стандартний (типовий) розподіл VP у мантії під регіонами, як і передбачалося з позиції теорії.

Посилання

Belyaevsky, N.A. (1981). The structure of the Earth's crust of the continents according to geological and geophysical data. Moskow: Nedra, 432 p. (in Russian).

Brown, J., & Shankland, T. (1981). Thermodynamic parameters in the Earth as determined from seismic profiles. Geophysical Journal International, 66(3), 579-596. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1981.tb04891.x.

Cerveny, V., & Psencik, I. (1984). SEIS83-numerical modelling of seismic wave fields in 2-D laterally varying layered structures by the ray method. In E.R. Engdahl (Ed.), Documentation of earthquake algorithms (pp. 36-40). World Data Cent. A for Solid Earth Geophys., Boulder (Rep. SE-35).

Chu, R., Schmandt, B., & Helmberger, D.V. (2012). Juan de Fuca subduction zone from a mixture of tomography and waveform modeling. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 117(B3). B03304. https://doi.org/10.1029 /2012JB009 146.

Erlikh, Je.N. (2011). Essays on the geology of island arcs. Retrieved from https://sites.google.com/site/geotermiakuril/formirovanie-i-evolucia-magmaticeskih-ostrovnyh-d/ocerki-po-geologii-ostrovnyh-dug (in Russian).

Feng, M., van der Lee, S., & Assumpзгo, M. (2007). Upper mantle structure of South America from joint inversion of waveforms and fundamental mode group velocities of Rayleigh waves. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 112(B4). B04312.

Flanagan, M., & Shearer, P. (1999). A map of to-pography on the 410-km discontinuity from PP precursors. Geophysical Research Letters, 26(5), 549-552. https://doi.org/10.1029/1999 GL900036.

Fukao, Y. (1977). Upper mantle P-wave velocity structure on the ocean side of the Japan-Kurile Arc. Geophysical Journal International, 50(3), 621-642. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1977.tb01338.x.

Gontovaya, L.I., & Gordienko, V.V. (2006). Deep-seated processes and geophysical models of the mantle for Eastern Kamchatka and Kronotsky Bay. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (2), 107-121 (in Russian).

Gordienko, V.V. (2010). On the nature of the anomalies of the velocity of propagation of longitudian seismic waves in the upper mantle. Geofizicheskiy Zhurnal, 32(2), 43-63 (in Russian).

Gordienko, V.V. (2012). Processes in the Earth’s tectonosphere (advection-polymorphism hypothesis). Saarbrьcken: LAP. 256 p. (in Russian).

Gordienko, V.V. (2015). Essential points of the advection-polymorphism hypothesis. NCGT Journal, 3(2), 115-136.

Gordienko, V.V. (2016). Deep-seated processes in the tectonosphere of geosynclines. NCGT Journal, 4(1), 6-31.

Gordienko, V.V. (2018). The roof depth of the transition zone between upper and lower Earth’s mantle. Dopovidi NAN Ukrayiny, (4), 60-65. https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.04.060 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko L.Ja. (2012). Velocity section for the upper mantle beneath the Aleutian, Kurile and Japanese island arcs. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (3), 37-46 (in Russian).

Gordienko, V.V, & Gordienko, L.Ya. (2015a). A velocity model for the upper mantle beneath island arcs and coastal ridges Pacific Ocean. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (3), 69-81 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2015b). Velocity section of the upper mantle under the island arcs of the northern and western outlying of the Pacific Ocean. Geofizicheskiy Zhurnal, 37(3), 124-138. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v37i3.2015.111114 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2016a). A velocity model for back-arc basins upper mantle. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (2), 37-47. https://doi.org/10.15407/gpimo2016.02.037 (in Russian).

Gordienko, V.V, & Gordienko, L.Ya. (2016b). A velocity model for the upper mantle beneath mid-ocean ridges. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (1), 33-42. https://doi.org/10.15407/gpimo2016.01.033 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2016c). Velocity sections of the upper mantle of oceanic trenches. Dopovidi NAN Ukrayiny, (4), 62-68 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2017a). Deep process and velocity of P-wave in the upper mantle of transition areas of Atlantic type. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (3), 62-72. https://doi.org/10.15407/gpimo2017.03.062 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2017b). Velosity models of the upper mantle of continental and oceanic rifts. Geofizicheskiy Zhurnal, 39(6), 20-40. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v39i6.2017.116365 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2018a). Velosity models of the Ukrainian subcrustal mantle. Geofizicheskiy Zhurnal, 40(6), 30-51. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i6.2018.151004 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2018b). Plates movements and earthquakes. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (4), 5-19. https://doi.org/10.15407/gpimo2018.04.005(in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2020a). A velocity model of the upper mantle of the flanking plateaus of mid-ocean ridges. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (4), 19-31 (in Ukrainian).

Gordienko, V.V. & Gordienko, L.Ya. (2021). P-wave velocities in the upper mantle of the platforms. Geofizicheskiye protsessy i biosfera, 20(1), 14-22 (in Russian).

Gordienko, V.V., & Gordienko, L.Ya. (2020c). Velocities of seismic waves in the upper mantle under the platforms and zones of activation. Materials of the 8th Kudryavtsev Readings. Moscow: Central Geophysical Expedition. 5 p. (in Russian).

Gordienko, V.V., Gordienko, I.V., & Gordienko, L.Ya. (2020b). P-wave velocities of the upper mantle of the Tetis alpine geosynclines. Geofizicheskiy Zhurnal, 42(6), 192-206. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222295 (in Russian).

Gudmundsson, O. & Sambridge, M. (1998). A regionalized upper mantle (RUM) seismic model. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 102(B4), 7121-7126. https://doi.org/10.1029/97JB02488.

Hansen, R., & Ratchkovski, N. (2001). The Kodiak Island. Alaska Mw7 Earthquake of 6 December 1999. Seismological Research Letters, 72(1), 22-32. https://doi.org/10.1785/gssrl.72.1.22.

Irifune, T. (1987). An experimental investigati-on of the pyroxene-garnet transformation in a pyrolite composition and its bearing on the constitution of the mantle. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 45(4), 324-336. https: //doi.org/10.1016/0031-9201(87)90040-9.

International Seismological Centre. (2014). Retrieved from http://www.isc.ac.uk.

Jiang, G., Zhao, D., & Zhang, G. (2009). Seismic tomography of the Pacific slab edge under Kamchatka. Tectonophysics, 465(1-4), 190-203. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2008.11.019.

Kennett, B., Engdahl, E., & Buland R. (1995). Constraints on seismic velocities in the Earth from travel-times. Geophysical Journal International, 122(1), 108-124. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1995.tb03540.x.

Kissling, E., Ellsworth, W.L., Eberhart-Phillips, D., & Kradofler, D. (1994). Initial reference models in local earthquake tomography. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 99, 19635-19646. https://doi.org/10.1029/93JB03138.

Melbourne, T., & Helmberger, D. (1998). Fine structure of the 410-km discontinuity. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 103(B5), 10091-10102. https://doi.org/10.1029/98JB00164.

Mooney, W., Prodehl, C., & Pavlenkova, N. (2002). Seismic velocity structure of the continental lithosphere from controlled source data. In International handbook of earthquake and engineering seismology (Vol. 81a, pp. 887-910). Int'l Assoc. Seismol. & Phys. Earth's Interior, Committee on Education.

Nizkous, I.V., Kissling, E., Sanina, I.A., & Gontovaya, L.I. (2006). Velocity properties of the lithosphere in the ocean-continent transition zone in the Kamchatka Region from seismic tomography data. Fizika Zemli, (4), 18-29 (in Russian).

Olsen, K. (Ed.). (1995). Continental Rifts: Evolution, Structure and Tectonics. Amsterdam: Elsevier, 492 p.

Pavlenkova, N.I., Pogrebitsky, Yu.E., & Roma-nyuk, T.V. (1993). Seismic-density model for the crust and upper mantle in the Southern Atlantic Region based on the data of the Angola-Brazil geotraverse. Fizika Zemli, (10), 27-38 (in Russian).

Pavlenkova, G.A., & Pavlenkova, N.I. (2006). Upper mantle structure of the Northern Eurasia from peaceful nuclear explosion data. Tectonophysics, 416(1-4), 33-52. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.11.010.

Ringwood, A. (1981). Composition and petrology of the Earth's mantle. Moscow: Nedra, 583 p. (in Russian).

Romanowicz, B. (2003). Global mantle tomography: Progress status in the past 10 years. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 31, 303-328. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.31.091602.113555.

Sergeev, K.F., Gordienko, V.V., & Krasnyy, M.L. (Eds.). (1992). Tectonosphere of the Asia-Paciic margin. Vladivostok: Publ. House of the FEB RAS, 238 p. (in Russian).

Udintsev, G.B. (1987). Topography and structure of the ocean floor. Moscow: Nauka, 340 p. (in Russian).

Walck, M.C. (1985). The upper mantle beneath the north-east Pacific rim: A comparison with the Gulf of California. Geophysical Journal International, 81(1), 243-276. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1985.tb01362.x.

Zhao, M., Langston, C., Nyblade, A., & Owens, T. (1999). Upper mantle velocity structure beneath southern Africa from modelling regional seismic data. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 104(B3), 4783-4794. https://doi.org/10.1029/1998JB900058.