Sismik tomografi
Tomografi modeli19 geniş bant teleseismik entegrasyonundan kaynaklandı P-Ibero-maghrebian bölgesinde konuşlandırılan 387 sismik arazi istasyonundan 2007-2013 yılları arasında kaydedilen seyahat zamanı verileri (Genişletilmiş Veri Şekil. 3). Açık deniz SW Iberia iyi ışın kapsama alanı elde etmek için, 2007 ve 2008 yılları arasında en yakın deney sırasında konuşlandırılan 24 geçici geniş bant obs dahil edildi.51incelenen bölgeyi sağlam bir şekilde görüntülemek için çok önemliydi. 2009-2010 yılları arasında kaydedilen Topomed Project’ten beş ek geniş bant obs’den veriler de eklendi.52.
Teleseismik epikentral mesafe aralığında 451 teleseismik olaydan toplam 25.644 varış zamanı kalıntısı, en az 5.5’lik bir an büyüklüğü ile 30 ° < D <95 ° incelendi. Kaydedilen tüm izler, AK135 küresel referans modelinden tahminler kullanılarak hizalandı53 ve düşük geçişte 5 Hz’de filtrelenir. Uyarlanabilir istifleme prosedürü54 Daha sonra nihai hizalamayı elde etmek için kullanıldı, böylece her kaynak için bir dizi varış zamanı kalıntısı tahminleri elde etti.
Yapı, moho’dan 800 km derinliğe kadar uzanan, 0.4 ° enlem ve boylam ve ~ 35 km derinlikte düzenlenen normal bir düğüm ızgarası ile temsil edilir.
Göreceli varış zamanı kalıntıları Fmtomo paketi kullanılarak ters çevrildi55 Üst manto sismik yapısını kurtarmak için (https://nickrawlinson.com/fmtomo/). Fmtomo, hızlı yürüyüş yöntemi olarak bilinen bir ızgara-eikonal çözücü kullanarak seyahat zamanı tahmininin ileri sorununu çözer56–57–58. Model parametreleri bir alt boşluk inversiyon tekniği ile ayarlanmıştır59. İleri ve ters adımlar, ters problemin zayıf doğrusal olmayan doğasını ele almak için yinelemeli olarak uygulanır. Çünkü moho topografyası ve kabuklu hız yapısı teleseismik seyahat süreleri üzerinde belirgin bir etkiye sahip olabilir60başlangıç modeline a priori 3D kabuk ve moho modeli (prism3d) uygulandı19ölçülen varış zamanı kalıntılarına çözülmemiş kabuk katkılarının düzeltilmesi etkisi olan60–61.
Tomografi çözünürlük testi
Veri kümesi açık deniz SW Iberia’nın çözme yeteneğini test etmek için, ~ 100 km genişliğe sahip iki giriş hızı anomalisi ve 0.30 km’lik bir genlikte iki giriş hızı anomalisi gerçekleştirdik.−1 başlangıç modelimize ~ 90 km derinlikte üst üste bindirildi (Genişletilmiş Veri Şekil. 5). Giriş ve çıkış modelleri arasındaki karşılaştırma, bazı yatay ve dikey bulaşma meydana gelse de, en üst mantodaki yüksek hızlı özellikler için iyi bir çözünürlük önermektedir. Bununla birlikte, ayrı giriş anomalileri açıkça tanımlanabilir. Bu ayrıca, tomografide görüntülenen yüksek hızlı anomalinin, inversiyonun bir eseri değil gerçek bir özellik olduğunu desteklemektedir.
Sayısal modelleme
Modelleme stratejisi
Güneybatı İberya marjında tartışmalı olarak meydana gelen okyanus delaminasyonu süreçlerini araştırmak için sayısal modeller geliştirdik. Bu modellerin amacı, doğal örneği tüm karmaşıklığı ile yeniden üretmekti, birinci dereceden süreçleri simüle etmekti. Modelleme stratejimiz şunlardır: (1) jeolojik ve jeofizik verileri entegre etmek ve yorumlamak; (2) verilerin açıklanmasına izin veren kavramsal bir model geliştirmek; (3) kavramsal modelimiz tarafından kapsanan birinci dereceden süreçleri kontrol eden sistematik olarak farklı değişkenlerin (ayrı ayrı ve birleştirilmiş) test edilmesine izin veren basitleştirilmiş bir sayısal simülasyon geliştirmek; (4) Söz konusu mekanizmaların sürüş, direnme ve kolaylaştırılması hakkında yeni bir fiziksel anlayış edin (yani kavramsal modelimizi geliştirin); (5) Doğal prototip hakkındaki bilgilerimizi geliştirmek için bu anlayışı kullanın.
Matematiksel formülasyon
Momentum, süreklilik ve enerji denklemlerini çözmek ve malzeme özelliklerini izlemek için yeraltı dünyasını kullanıyoruz62. Süreklilik ve momentum denklemleri tarafından verilir
$$ nabla cdot { bf {v}} = 0 $$
(1)
Ve
$$$$ ¶ cdot { bf { upsigma}} = {{{ rho}}} { bf {g} $$ {} $$ et.
(2)
hangi ({ bf {v}} ) hız vektörü, ({ bf { upsigma}} ) stres tensörü, ({{ rho}} ) yoğunluk ve ({ bf {g}} ) Yerçekimi hızlanma vektörü. Stres tensörü tarafından verilir
$$ { bf { upsigma}} = {{ bf { Upsigma}}}^{{ prime}}-{p}} { bf {i}} $$ {{p} $$
(3)
hangi ({{ bf { upsigma}}}^{{{{ prime}}}} ) deviatoric stres tensörü, P baskı ve ({ bf {i}} ) Kimlik tensörü.
Deviatoric stres tensörü ( ({{ bf { upsigma}}}^{{{{ prime}}}} )) hem gerinim oranının hem de etkili viskozitenin bir fonksiyonu olarak tanımlanır:
$$ {{ bf { upsigma}}}^{{ prime}}} = 2 { rm { eta}}} _ { boldsymbol { vaeprsilon { vaephilon} { boldsy) { vaephilon} { boldsy}
(4)
ile ({{ eta}}}} {{ rm {eff}}} ) etkili viskozite olmak ve ( dot { boldsymbol { varepsilon}}} ) gerginlik hızı tensörü olarak tanımlanan
$$ dot {{ boldsymbol { varepsilon}}} = frac {1} {2} sol[nabla {bf{v}}+{left(nabla {bf{v}}right)^{rm{T}}}right]. $$
(5)
Isı denklemi tarafından verilir
$$ {{ rho}} {{{c}}} _ {{ rm {p}}} sol ( frac { kısmi {{{}}}}+{ bf {t}}}+{ bf {t}} nable {{T}}right)={{kappa }}{nabla }^{2}{{T}}+{{{H}}}_{{rm{s}}}+{{{H}}}_{{rm{A}}}$$
(6)
hangi ({{C}}} {{ rm {p}}} ) özel ısıdır T sıcaklık, T Zaman, ({{ kappa}} ) termal difüzivite, ({{H}}} _ {{ rm {s}}} ) kesme ısıtması ve ({{H}}} _ {{ rm {a}}} ) adyabatik ısıtma. Kesme ısıtma terimi
$$ {{{h}}} {{ rm {s}}} = { bf {{ prime}}}}: dot { prime}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}.
(7)
Adyabatik ısıtma terimi
$$ {{H}}} _ {{ rm {a}}} = frac {-{{t}} {{ alpha }} { bf {v}}} _ {{ bf {y}}} { rm {g}}} {{{{ rm {p}}}}}, $$}}, $$, $
(8)
ile ({ rm { alpha}} ) termal genişliğe karşılık gelir ve ({{ bf {v}}} _ {{ bf {y}}} ) dikey hızı temsil eder.
Etkili viskozite doğrusal değildir ve aşağıdaki modele göre hesaplanır:
$$ { eta} _ { rm {eff}} = {a}^{- frac {1} {n}} , { dot { epsilon }}^{ frac {1} {n}-{n}} Mathrm {exp} sol ( frac {{e} _ {} _ {a}}+{v} _ rm {a}}} {p}} {nrt} right)
(9)
ile A Önceli faktör olmak, N stres üssü, ({{E}}} _ {{ rm {a}}} ) aktivasyon enerjisi, ({{{V}}} _ {{ rm {a}}} ) aktivasyon hacmi ve R evrensel gaz sabiti.
Daha düşük kabuk ve manto reolojileri için sıkıştırılabilirlik, denklemin sıkıştırılamaz kısıtlamasının gevşetilmesi ile elde edilir (1) örneğin
$$$$ ¶ CDOT { bf {v}} =- frac {up}}}} {{{kolaylık}}}} $$ da}}} $$} $$
(10)
hangi ( lambda ) viskoziteye eşdeğer bir parametredir.
Plastik deformasyon, uygulanan stres verim mukavemetini aştığında malzemenin verim olduğu Drucker -Prager verim kriteri kullanılarak modellenir:
$$sqrt{{{{bf{upsigma }}}^{{{{prime} }}}}_{{bf{II}}}}={{p}}sin left({rm{phi }}right)+{{C}}cos sol ({ rm { phi}} right), $$
(11)
ile ({{{ bf { upsigma}}}^{{{{ prime}}}}} _ {{ bf {ii}}} )} ) Deviatoric stres tensörünün ikinci değişmezliğini temsil eder, ( Phi ) iç sürtünme açısı veCuyum. Gerinim zayıflaması, birikmiş kırılgan gerinim% 50’ye kadar arttıkça iç sürtünme açısının ve kohezyonu doğrusal olarak azaltarak modellenir (Ek Tablo 1).
Model Açıklama ve Varsayımlar
Modeller, 1.400 × 200 sonlu eleman çözünürlüğü olan 2.800 × 660 km 2D kutudan oluşur (Genişletilmiş Veri Şekil. 7). Izgara aralığı, litosferde 1.25 km eleman boyutu ve üst mantoda 5.0 km olan dikey eksen boyunca düzgün değildir. Modellenen bölge, 15 km kalınlığında bir hava tabakası ve 660 km derinlik bir üst manto içine gömülü iki okyanus plakası içerir. Sağdaki plaka, 5 km kalınlığında bir tortul tabaka ile kaplanmış 10 km kalınlığında bir bazaltik kabukla kaplı daha eski (ve daha kalın) Afrika benzeri bir okyanus tabağını temsil eder. Soldaki plaka, bazaltik kabuğun yerini kuzeye doğru daraltan 10 km kalınlığında serpantinize üst manto tabakası (ve nihayetinde hidratlı, ancak neredeyse var olmayan bazaltik kabuk) ile değiştirdiği genç bir Avrasya benzeri okyanus tabağını simüle eder. Plakaların kalınlığının termal yapıları ile verildiğine dikkat edin, litosfer -astenosfer sınırı 1.200 ° C izotermize karşılık gelir. Serpantinizasyonun potansiyel kapsamı da dahil olmak üzere kabuk ve üst manto yapıları, metinde belirtilen farklı kaynaklardan derlenir, ancak özellikle mevcut bir sismik kırılma profilinden esinlenmiştir.12 (Genişletilmiş Veri Şekil. 6).
Bu çalışmada kullanılan reolojik parametreler ek tabloda sunulmaktadır 1. Okyanus plakalarının başlangıç sıcaklık profilleri, yarım alan soğutma modeline göre reçete edilir63. Sınır tabakasının kalınlığı 100 km olarak seçilir ve yarım boşluk soğutma yaşı, kuzey ve güney segmentleri için sırasıyla 120 ve 170 Myr’dir.
Önceden var olan zayıf kırılma veya hata bölgelerinin rolünü ve bir serpentinizasyon tabakasının delaminasyon sürecindeki etkisini araştırmak için parametrik bir çalışma tasarladık. Modeller üç konfigürasyonla çalıştırıldı: dikey zayıf bölge yok, bir dikey zayıf bölge ve 200 km aralıklı iki dikey zayıf bölge (dikey zayıf bölgeler 90 km derinliğinde ve 10 km genişliğindeydi). Bu konfigürasyonların her biri için, 5 km kalınlığında serpentinize bir tabaka ve 10 km kalınlığında serpentinize bir tabaka ile, toplam dokuz model (ek tabloda D1 ila D9 modelleri bkz. 2). D9, doğal prototipimize daha sadakatle benzeyen ve bu nedenle referans modelimiz olan modeldir. Referans model için, yakınsamanın 18 MYR’den sonra durdurulduğu bir vakayı da test ettik (Model D10). Doğal örneğimizde yakınsama hiç durmamış olsa da, bu yaklaşım, bloğun batmanın yerçekimi güdümlü bir bileşen içerip içeremeyeceğini test etmemizi sağladı.
Sınır koşulları altta kayma, yanlarda serbest kayma ve üstte serbest yüzey olarak ayarlandı. Afrika plakasının kuzeye doğru hareketini simüle etmek için 8 mm yıl hız−1 Kuzey segmenti sabit tutulurken güney okyanus tabağına uygulandı. Bu hız, Senozoik Afrika -Eurazi yakınsama hızını temsil etmektedir. Bu dönemde Avrasya büyük ölçüde sabit kalırken, Afrika kuzeye doğru hareket ederek Tethys Okyanusu boyunca batma bölgeleri tarafından yönlendirildi. Bununla birlikte, bu yakınsama son milyon yılda, peri-düzenli orojenler (örneğin, Betics ve RIF) boyunca kıtasal çarpışmalar nedeniyle yavaşladı. Ayrıca, çalışma bölgesi Afrika rotasyon kutbuna yakındır ve bu nedenle 8 mm yıllık nispeten yavaş yakınsama hızı kullanmayı seçtik−1biraz daha yüksek geçmiş değerleri hesaba katmak için günümüzden biraz daha yüksek. Buna rağmen, referans modelini 2, 4, 6 ve 8 mm yılda çalıştırarak kinematik duyarlılık testleri gerçekleştirdik.−1. Sonuçlar benzerdi, sadece aynı sonuca ulaşmak için gereken toplam süre orantılı olarak değişti.
İki nedenden dolayı bir 2D yaklaşım kullanmayı seçtik: (1) Delaminasyon bloğu olarak yorumlanan özellik, yakınsama yönüne dik olan bir WSW -ENE yönü boyunca uzatılmıştır (Şekil. 2 ve genişletilmiş veri incir. 2 Ve 4) ve bu nedenle, işlem bir NW -SE düzlemi hakkında simetriktir; (2) Sayısal model, delaminasyon sürecinin fizibilitesini test etmek ve onu kontrol eden parametreleri tanımlamak için geliştirilen bir kavram kanıtı görevi görür. Bölgenin karmaşıklığı göz önüne alındığında, bir 3D model, modelin karmaşıklığını artıracak ve ondan öğrenme kapasitemizi azaltacak birçok ikinci ve üçüncü dereceden özelliği içerecek.
News
