Lithospheric Structure of the Kola Region from Seismological Data

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The article presents the results of a study of the crust and upper mantle velocity structure in the central and Arctic parts of the Kola region from the receiver function and surface wave tomography. Significant heterogeneity of the upper mantle was revealed. An increase in the thickness of the crust from north to south is shown, from values of about 33 km in the Murmansk block to 40 km in the Belomorian block. Within the Kola and Belomorian blocks, a layer of lower shear wave velocities was identified at depths of about 90–140 km, probably marking the mid-lithospheric discontinuity (MLD). This layer has not been identified in the Murmansk block. The obtained two-dimensional maps of the distribution of shear wave velocities at depths up to 500 km do not reveal the sublatitudinal zoning traced in the tectonic structure of the Kola region.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Goev

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics of the Russian Academy of Sciences

Email: goev@idg.ras.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119334

A. Filippova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere, and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: goev@idg.ras.ru
俄罗斯联邦, Moscow, Troitsk, 108840

参考

  1. Адушкин В.В., Гоев А.Г. Следы плюмовых процессов в современном скоростном строении литосферы Хибино-Ловозерского тектонического узла // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 513. № 1. С. 106–111. doi: 10.31857/S2686739723601527
  2. Алешин И.М. Построение решения обратной задачи по ансамблю моделей на примере инверсии приемных функций // Докл. РАН. Науки о Земле. Т. 496. № 1. 2021. С. 63–66. doi: 10.31857/S2686739721010047
  3. Артюшков Е.В., Беляев Е.В., Казанин Г.С., Павлов С.П., Чехович П.А., Шкарубо С.И. Механизмы образования сверхглубоких прогибов: Северо-Баренцевская впадина. Перспективы нефтегазоносности // Геология и Геофизика. 2014. Т. 55. № 5–6. С. 821–846. doi: 10.15372/GiG20140508
  4. Винник Л.П. Сейсмология приемных функций // Физика Земли. 2019. № 1. С. 16–27. doi: 10.31857/S0002333720191162-27
  5. Глазнев Н.В. Комплексные геофизические модели литосферы Фенноскандии. Апатиты: КаэМ. 2003. 244 с.
  6. Золотов Е.Е., Костюченко С.Л., Ракитов В.А. Неоднородности верхней мантии Балтийского щита по данным сейсмической томографии // Разведка и охрана недр. 2000. № 2. С. 27–29.
  7. Кольская сверхглубокая: научные результаты и опыт исследования / В.П. Орлов, Н.П. Лаверов (отв. ред.). М. 1998. 260 c.
  8. Минц М.В., Сулейманов А.К., Бабаянц П.С., Белоусова Е.А., Блох Ю.И., Богина М.М., Буш В.А., Докукина К.А., Заможняя Н.Г., Злобин В.Л., Каулина Т.В., Конилов А.Н., Михайлов В.О., Натапов Л.М., Пийп В.Б., Ступак В.М., Тихоцкий С.А., Трусов А.А., Филиппова И.Б., Шур Д.Ю. Глубинное строение, эволюция и полезные ископаемые раннедокембрийского фундамента Восточно-Европейской платформы: интерпретация материалов по опорному профилю 1-ЕВ, профилям 4В и ТАТСЕЙС, 2 т. + 1 папка-комплект цветных приложений. М.: Геокарт. ГЕОС. 2010. T. 1. 408 с. T. 2. 400 с.
  9. Мудрук С.В., Балаганский В.В., Горбунов И.А., Раевский А.Б. Альпинотипная тектоника в палеопротерозойском Лапландско-Кольском орогене // Геотектоника. 2013. № 4. С. 13–30. doi: 10.7868/80016853Х1304005Х
  10. Павленкова Г.А., Павленкова Н.И. Результаты совместной обработки данных ядерных и химических взрывов по сверхдлинному профилю “Кварц” (Мурманск–Кызыл) // Физика Земли. 2008. № 4. С. 62–73.
  11. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы. Ч. 1 / Ф.П. Митрофанов, Н.В. Шаров (ред.). Апатиты: КНЦ РАН. 1998. 237 с.
  12. Середкина А.И. Поверхностно-волновая томография Арктики // Физика Земли. 2019. № 3. C. 439–450.doi: 10.31857/S0002-33372019358-70
  13. Слабунов А.И., Лобач-Жученко С.Б., Бибикова Е.В., Балаганский В.В., Сорьонен-Вард П., Володичев О.И., Щипанский А.А., Светов С.А., Чекулаев В.П., Арестова Н.А., Степанов В.С. Архей Балтийского щита: геология, геохронология, геодинамические обстановки // Геотектоника. 2006. № 6. С. 1–33.
  14. Филиппова А.И., Соловей О.А. Поверхностно-волновая томография Кольского полуострова и сопредельных территорий по данным групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Доклады РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 504. № 2. С. 177–182. doi: 10.31857/S2686739722060068
  15. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников под Балтийским щитом // Геомагнетизм и Аэрономия. 2023. Т. 63. № 5. С. 667–679. doi: 10.31857/S0016794023600059
  16. Шаров Н.В., Лебедев А.А. Неоднородное строение литосферы Фенноскандинавского щита по сейсмическим данным // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 1. doi: 10.5800/GT-2022-13-1-0569.
  17. Яковлев А.В., Бушенкова Н.А., Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л. Структура верхней мантии Арктического региона по данным региональной сейсмотомографии // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 10. С. 1261–1272.
  18. Яновская Т.Б. Поверхностно-волновая томография в сейсмологических исследованиях. СПб.: Наука. 2015. 167 с.
  19. Artemieva I.M. Lithosphere structure in Europe from thermal isostasy // Earth-Sci. Rev. 2019. V. 188. P. 454–468. doi: 10.1016/j.earscirev.2018.11.004
  20. Artemieva I.M., Thybo H. EUNAseis: a sesmic model for Moho and crustal structure in Europe, Greenland, and the North Atlantic region // Tectonophysics. 2013. V. 609. P. 97–153. doi: 10.1016/j.tecto.2013.08.004
  21. Artemieva I.M. The continental lithosphere: Reconciling thermal, seismic, and petrologic data // Lithos. 2009. V. 109. № 1–2. P. 23–46. doi: 10.1016/j.lithos.2008.09.015
  22. Backus G., Gilbert F. The resolving power of gross Earth data // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1968. V. 16. P. 169–205. doi: 10.1111/j.1365-246X.1968.tb00216.x
  23. Birch F. The velocity of compressional waves in rocks in 10 kilobars, part 2 // J. Geophys. Res. 1961. V. 66. P. 2199–2224. doi: 10.1029/JZ066i007p02199
  24. Daly J.S., Balagansky V.V., Timmerman M.J., Whitehouse M.J. The Lapland-Kola Orogen: Paleoproterozoic collision and accretion of the northern Fennoscandian lithosphere / Gee D.G., Stephenson R. A. (eds.). European Lithosphere Dynamics: Geological Society Memoirs. 2006. V. 32. P. 579–598. doi: 10.1144/GSL.MEM.2006.032.01.35
  25. Dricker I.G., Roecker S.W., Kosarev G.L., Vinnik L.P. Shear wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath the Kola peninsula // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23. № 23. P. 3389–3392. doi: 10.1029/96GL03262
  26. Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary Reference Earth Model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V. 25. P. 297–356.doi: 10.1016/0031-9201(81)90046-7
  27. Dziewonski A.M., Chou T. A., Woodhouse J.H. Determination of earthquake source parameters from waveform data for studies of global and regional seismicity // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. Р. 2825–2852. doi: 10.1029/JB086iB04p02825
  28. Ekström G., Nettles M., Dziewonski A.M. The global CMT project 2004–2010: Centroid-moment tensors for 13,017 earthquakes // Phys. Earth Planet. Inter. 2012. V. 200–201. Р. 1–9. doi: 10.1016/j.pepi.2012.04.002
  29. Farra V., Vinnik L. Upper mantle stratification by P- and S-receiver functions // Geophys. J. Int. 2000. V. 141. P. 699–712. doi: 10.1046/j.1365-246x.2000.00118.x
  30. Fu H.-Y., Li Z.-H., Chen L. Continental mid-lithosphere discontinuity: A water collector during craton evolution //Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. e2022GL101569. doi: 10.1029/2022GL101569
  31. Haskell N.A. Crustal reflection of plane P and SV waves // J. Geophys. Res. 1962. V. 67. № 12. P. 4751–4767. doi: 10.1029/JZ067i012p04751
  32. Hjelt S.-E., Daly J.S., SVEKALAPKO colleagues. SVEKALAPKO: evolution of Palaeoproterozoic and Archaean Lithosphere. EUROPROBE 1996 – Lithosphere Dynamics: Origin and Evolution of Continents / Gee D.G., Zeyen H.J. (eds.). EUROPROBE Secretariat. Uppsala University. 1996. P. 56–67.
  33. Kaban M.K., Stolk W., Tesauro M., El Khrepy S., Al-Arifi N., Beekman F., Cloeting, S.A.P.L. 3D density model of the upper mantle of Asia based on inversion of gravity and seismic tomography data // Geochem. Geophys. Geosyst. 2016. V. 17. P. 4457–4477. doi: 10.1002/2016GC006458
  34. Kennett B.L.N., Engdahl E.R. Traveltimes for global earthquake location and phase identification // Geophys. J. Int. 1991. V. 105. P. 429–465. doi: 10.1111/j.1365-246X.1991.tb06724.x
  35. Lebedev S., Schaeffer A.J., Fullea J., Pease V. Seismic tomography of the Arctic region: inferences for the thermal structure and evolution of the lithosphere. Circum-Arctic lithosphere evolution. London, UK, Geological Society, Special Publications. 2017. V. 460. P. 419–440. doi: 10.1144/SP460.10
  36. Levshin A.L., Ritzwoller M.H., Barmin M.P., Villasenor A., Padgett C.A. New constraints on the arctic crust and uppermost mantle: surface wave group velocities, Pn, and Sn // Phys. Earth Planet. Inter. 2001. V. 123. P. 185–204. doi: 10.1016/S0031-9201(00)00209-0
  37. Levshin A.L., Schweitzer J., Weidle C., Shapiro N.M., Ritzwoller M.H. Surface wave tomography of the Barents Sea and surrounding regions // Geophys. J. Int. 2007. V. 170. P. 441–459. doi: 10.1111/j.1365-246X.2006.03285.x
  38. Lu Y., Li C.-F., Wang J., Wan X. Arctic geothermal structures inferred from Curie-point depths and their geodynamic implications // Tectonophysics. 2022. V. 822. 229158. doi: 10.1016/j.tecto.2021.229158
  39. Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P. Numerical Recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing. New York: Cambridge University Press. 2007
  40. Priestley K., Debayle E., McKenzie D., Pilidou S. Upper mantle structure of eastern Asia from multimode surface waveform tomography// J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B10304. doi: 10.1029/2005JB004082
  41. Ritzwoller M.H., Levshin A.L. Eurasian surface wave tomography: group velocities // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 4839–4878. doi: 10.1029/97JB02622
  42. Schaeffer A.J., Lebedev S. Global shear speed structure of the upper mantle and transition zone // Geophys. J. Int. 2013. V. 194. P. 417–449. doi: 10.1093/gji/ggt095
  43. Seredkina A. S-wave velocity structure of the upper mantle beneath the Arctic region from Rayleigh wave dispersion data // Phys. Earth Planet. Inter. 2019. V. 290. P. 76–86. doi: 10.1016/j.pepi.2019.03.007
  44. Thybo H., Perchuc E. The Seismic 8° Discontinuity and Partial Melting in Continental Mantle // Science. 1997. V. 275. Р. 1626–1629. doi: 10.1126/science.275.5306.1626
  45. Woodhouse J.H. Surface waves in a laterally varying layered structure // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1974. V. 37. P. 461–490. doi: 10.1111/j.1365-246X.1974.tb04098.x
  46. Yanovskaya T.B., Kozhevnikov V.M. 3D S-wave velocity pattern in the upper mantle beneath the continent of Asia from Rayleigh wave data // Phys. Earth Planet. Inter. 2003. V. 138. P. 263–278. doi: 10.1016/S0031-9201(03)00154-7

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Main tectonic elements of the Kola Peninsula according to [Daly et al., 2006]. 1 - Palaeozoic plutons of nepheline alkaline syenites and phoidolites: Khibinskii (Kh), Lovozero (L); 2 - granulite belts: Lapland (L), Kandalaksha-Kolvitsky (KK); 3 - Palaeoproterozoic rift structures (Pechenga (P), Imandra-Varzugskaya (IV) and Kuolayarvinskaya (K)); 4 - stratified basitultrabasite intrusions with ages of about 2.45-2.52 billion years: g. Generalskaya (1), Solozero (2), Ulitaozerskaya (3), Monchetundrovskaya (4), Monchepluton (5), Imandrovsky complex (6), Fedorova tundra (7), Panskiye tundras (8), Pesochnaya (9); 5 - Neoarchaean Kave structure with alkaline granites in its frame; 6 - Neoarchaean greenstone belts: Kolmozero-Voroninsky (KV), Tersko-Allarechensky (TA); 7 - Archean metamorphic and ultrametamorphic formations; 8 - discontinuities. Triangles show the locations of broadband seismic stations in the Kola region. The station codes correspond to Table 1. Stations whose data were used in the presented work are highlighted in red. The inset shows a map of the Fennoscandinavian Shield, with a red rectangle showing the study region.

下载 (876KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Variations of group Rayleigh wave velocities with respect to mean values (ΔU / Ucp, %) according to [Filippova and Solovey, 2022]. The corresponding values of periods (T, s) and mean velocities (Ucr, km/s) are indicated above each map.

下载 (1024KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Models of the distribution of transverse wave velocity values (Vs, km/s) to depths of about 300 km (upper panel) and separately of the Earth's crust and upper part of the upper mantle to a depth of 60 km (lower panel) for stations located in the Murmansk block (TER), Kola block (LVZ), and White Sea block (VTUL and KVDA). See Fig. 1 for the location of the stations. Colours show the densification fields of individual minimised random models. Dotted lines show the final median models. Red lines denote the boundaries of the formation of the random initial models. Black lines represent the IASP91 reference model.

下载 (1MB)
索引源数据
5. Fig. 4. Variations of S-wave velocities relative to the mean values at individual depths (ΔVS / VSp, %). The corresponding depths (h, km) and mean velocities (VSp, km/s) are shown above each map.

下载 (1MB)
索引源数据
6. Fig. 5. One-dimensional S-wave velocity sections obtained from surface wave data in the vicinity of the analysed seismic stations (Fig. 1). The dotted line shows the IASP91 model.

下载 (543KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Thermal thickness of the lithosphere (H, km) according to [Artemieva, 2019].

下载 (343KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».