Anelasticity beneath the Aegean inferred from Rayleigh wave attenuation

Résumé El En

Η ανελαστικότητα της Γης επηρεάζει σημαντικά τη διάδοση των σεισμικών κυμάτων και ιδιαίτερα τα κύματα μεγάλης περιόδου. Όμως, παρόλο που οι ελαστικές ιδιότητες της βαθύτερης λιθόσφαιρας και του ανώτερου μανδύα στο Αιγαίο έχουν μελετηθεί ε πισταμένως, η ανελαστική τους δομή είναι ακόμη άγνωστη. Η παρούσα εργασία αποσκοπεί στην καλύτερη γνώση της βαθιάς δομής του Αιγαίου, εισάγοντας πειραματικές ανελαστικές παραμέτρους που προέκυψαν από τη μελέτη της εξασθένησης μεγάλης περιόδου κυμάτων Rayleigh. Προς τούτο, με εφαρμογή της μεθόδου των δύο σταθμών υπολογίσθηκε ο παράγοντας εξασθένησης σε σχέση με την περίοδο γR(Τ) της θεμελιώδους αρμονικής κυμάτων Rayleigh, κατά μήκος διαφορετικών προφίλ στο Αιγαίο. Τα δεδομένα προέρχονται από τις καταγραφές ενός δικτύου ευρέος φάσματος που εγκαταστάθηκε για έξι μήνες στην περιοχή το 1997. Αναλύθηκαν περισσότερα από 1100 σεισμογραφήματα σε περιόδους 10-100 s, από τα οποία προέκυψαν 75 αξιόπιστες καμπύλες του παράγοντα εξασθένησης με την περίοδο, αντιπροσωπευτικές για 17 προφίλ στο Αιγαίο. Οι παράγοντες εξασθένησης κυμαίνονται μεταξύ 2.5*ΙΟ'3 - 0.15*10'3 km'1, συσχετίζονται δε ικανοποιητικά με πειραματικές μετρήσεις σε διάφορες τεκτονικά ενεργές περιοχές στον κόσμο και με συνθετικές μετρήσεις που παρήχθησαν με τη χρήση ενός μοντέλου αναφοράς εξασθένησης από διάφορες βιβλιογραφικές πηγές. Μέσω στοχαστικής μη συζευγμένης αιτιατής αντιστροφής της μέσης καμπύλης του παράγοντα εξασθένησης προέκυψαν τα μέσα συνδυασμένα μοντέλα του παράγοντα Q και της εγκάρσιας ταχύτητας με το βάθος, αντιπροσωπευτικά για την υπό μελέτη περιοχή. Επιπλέον, οι μέσες για κάθε προφίλ καμπύλες του παράγοντα εξασθένησης συνδυάστηκαν μέσω ενός τομογραφικού σχήματος για τον υπολογισμό τοπικών παραγόντων εξασθένησης. Διάφορα τομογραφήματα κατασκευάστηκαν για περιόδους 10-60 s. Το επικρατέστερο στοιχείο στα τομογραφήματα είναι μια περιοχή με μεγάλη εξασθένηση στο κεντρικό και νότιο Αιγαίο. Η περιοχή αυτή εντοπίζεται νότια της τάφρου του βορείου Αιγαίου και συσχετίζεται καλά με μια ζώνη χαμηλής ταχύτητας εγκαρσίων κυμάτων που παρατηρείται σε μελέτες επιφανειακών κυμάτων. Επιπρόσθετα, παρατηρείται σε μια περιοχή, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλό ρυθμό εφελκυστικής παραμόρφωσης, ανισοτροπία του μανδυακού ολιβίνη, πρόσφατη ηφαιστειότητα και υψηλή ροή θερμότητας

Anelasticity of the Earth crucially affects the propagation of seismic waves especially, in the long period range. However, even though the elastic properties of the Aegean deep lithosphère and upper mantle have been thoroughly investigated, their quantitative anelastic properties that influence the long period wavefield are still largely unknown. This work is towards contributing to the better knowledge of the deep structure of the Aegean by introducing experimental anelastic parameters via the study of long period Rayleigh waves attenuation. For this scope, fundamental mode attenuation coefficients (γ%) have been obtained for different two-station great-circle paths across the Aegean. The data used were provided by a broadband array installed in the area for 6 months in 1997. More than 1100 seismograms were analyzed in the 10-100 s range to obtain 17 sets of path average γR(T) functions. The attenuation coefficients are in the range 2.5*10~3 — 0.15 x 10' km' and correlate sufficiently with both experimental measurements in active tectonic regions elsewhere and synthetics generated with the use of an attenuation reference model inferred from other sources. By applying a stochastic uncoupled causal inversion method an average joint Qß'1 and shear velocity model representative of the under study area was obtained. Furthermore, path average JR(T) functions were combined in a continuous regionalization tomographic scheme to obtain local yR(T) and tomograms were constructed in the range 10-60 s. The most prominent feature in the tomograms is a high attenuation region in the central and north Aegean. This region is located south of the North Anatolian Trough and correlates well with a low shear velocity zone inferred from surface wave phase velocities. Moreover, it is associated with observed intense extensional deformation rates, mantle olivine anisotropy, recent volcanism and high heat flow.