Velocity and attenuation tomography of the subduction zone in central Chile-western Argentina (29°S-34°S) from local seismic data: contribution to the mineralogical composition study.
Tomographie en vitesse et en atténuation de la zone de subduction au Chili central - ouest de l'Argentine (29°S-34°S) à partir de données sismologiques locales: apport à l'étude de la composition minéralogique.
Résumé
In the western part of the central Chile-western Argentina, the Nazca plate is subducting under the
continental south American plate. Toward the North of 33°S, where the slab become flat at 100km depth,
the Juan Fernandez ridge is subducting under the Nazca plate. This region is a transition zone between a
flat and a dipped slab. Though the quaternary volcanic activity stop between 5-7 My, toward the South
of 33°S where the slab dip is 30°most of the volcanic buildings are still active at that period. Using local
earthquakes recorded from seismological campaign, we realized a delay travel time and an attenuation
parameter (t*=t/Q) tomography in order to determine a 3D velocity model and a 3D model for attenuation.
These two Tomographic models have been done for both P and S waves. The subducting plate is colder
than the surrounding mantle and represent a medium where P and S waves propagate faster than those
in the surrounding mantle. For this reason both P and S waves are weakly attenuated in the slab. One of
the continental block (the Cuyania block) is characterized by high velocity of seismic waves and a very
weak attenuation. Under active volcanoes, we found a very slow velocity, probably associated to partial
melting at this depth. The combination of P and S velocities models with a thermal model calculated
in this study at 31.5°S, allow us to inferred a mineralogical model for both the continental lithosphere
and the oceanic crust of the Nazca plate. This mineralogical model show a crust composed of Blueschist
until 80km depth, it also show that the eclogite are much more deeper. We also observe Serpentine in
the mantle wedge, considered as to be cold. The continental mantle is composed by a mix of Harzburgite
and Lherzolites which are more or less hydrated. We also observed an eclogitic facies at the base of the
continental crust. The spatial resolution of our attenuation models is to weak to improve the resulting
thermal model and as a consequence our mineralogical model for the subducting zone.
continental south American plate. Toward the North of 33°S, where the slab become flat at 100km depth,
the Juan Fernandez ridge is subducting under the Nazca plate. This region is a transition zone between a
flat and a dipped slab. Though the quaternary volcanic activity stop between 5-7 My, toward the South
of 33°S where the slab dip is 30°most of the volcanic buildings are still active at that period. Using local
earthquakes recorded from seismological campaign, we realized a delay travel time and an attenuation
parameter (t*=t/Q) tomography in order to determine a 3D velocity model and a 3D model for attenuation.
These two Tomographic models have been done for both P and S waves. The subducting plate is colder
than the surrounding mantle and represent a medium where P and S waves propagate faster than those
in the surrounding mantle. For this reason both P and S waves are weakly attenuated in the slab. One of
the continental block (the Cuyania block) is characterized by high velocity of seismic waves and a very
weak attenuation. Under active volcanoes, we found a very slow velocity, probably associated to partial
melting at this depth. The combination of P and S velocities models with a thermal model calculated
in this study at 31.5°S, allow us to inferred a mineralogical model for both the continental lithosphere
and the oceanic crust of the Nazca plate. This mineralogical model show a crust composed of Blueschist
until 80km depth, it also show that the eclogite are much more deeper. We also observe Serpentine in
the mantle wedge, considered as to be cold. The continental mantle is composed by a mix of Harzburgite
and Lherzolites which are more or less hydrated. We also observed an eclogitic facies at the base of the
continental crust. The spatial resolution of our attenuation models is to weak to improve the resulting
thermal model and as a consequence our mineralogical model for the subducting zone.
Dans la région du Chili-central-ouest de l'Argentine (29°S-34°S), la plaque océanique Nazca subducte
sous la plaque continentale sud-Américaine. Cette région est une zone de transition entre une
subduction plate et une subduction pentue. Au nord de 33°S, où le slab devient plat vers 100 km de
profondeur, la ride de Juan Fernandez subducte le long de la plaque océanique Nazca. Alors que dans
cette région, le volcanisme quaternaire s'arrête vers 5-7 Ma, au sud de 33°S, où la plaque océanique
plonge avec un angle de 30°,la majorité des édifices volcaniques sont actifs. A partir de l'enregistrement
de séismes locaux au travers de deux campagnes sismologiques, nous avons réalisé une tomographie des
écarts des temps d'arrivée et du paramètre d'atténuation t* = t/Q, afin de déterminer des modèles
tridimensionnels d'une part de vitesse et d'autre part d'atténuation des ondes P et S. La plaque subduite,
plus froide que le manteau dans lequel elle plonge, est un milieu où les ondes P et S se propagent
rapidement et sont faiblement atténuées. L'un des blocs tectoniques constituant la croûte continental
(bloc Cuyania) se caractérise par des vitesses rapides des ondes sismiques et une forte atténuation de
l'onde S. Sous les édifices volcaniques actifs, la vitesse de ses ondes est plus faible due probablement à la
présence de fusion partielle. Les modèles de vitesse des ondes P et S, combinés à un modèle thermique
bidimensionnel à 31.5°S déterminé dans cette étude, ont permis d'obtenir un modèle minéralogique de
la lithosphère continentale et de la croûte océanique de la plaque Nazca. Cette croûte est composée
de Blueschists jusqu'à 80 km de profondeur et d'Eclogite plus profond. De la serpentine est observée
dans le coin mantellique considéré comme "froid". Le manteau continental est constitué par un mélange
d'Harzburgites et de Lherzolites plus ou moins hydratées. Un faciès éclogite est observé à la base de
la croûte continentale. Les modèles d'atténuation ont une résolution spatiale trop faible pour pouvoir
améliorer les modèles thermiques et par conséquent les modèles minéralogiques de la zone de subduction
plate.
sous la plaque continentale sud-Américaine. Cette région est une zone de transition entre une
subduction plate et une subduction pentue. Au nord de 33°S, où le slab devient plat vers 100 km de
profondeur, la ride de Juan Fernandez subducte le long de la plaque océanique Nazca. Alors que dans
cette région, le volcanisme quaternaire s'arrête vers 5-7 Ma, au sud de 33°S, où la plaque océanique
plonge avec un angle de 30°,la majorité des édifices volcaniques sont actifs. A partir de l'enregistrement
de séismes locaux au travers de deux campagnes sismologiques, nous avons réalisé une tomographie des
écarts des temps d'arrivée et du paramètre d'atténuation t* = t/Q, afin de déterminer des modèles
tridimensionnels d'une part de vitesse et d'autre part d'atténuation des ondes P et S. La plaque subduite,
plus froide que le manteau dans lequel elle plonge, est un milieu où les ondes P et S se propagent
rapidement et sont faiblement atténuées. L'un des blocs tectoniques constituant la croûte continental
(bloc Cuyania) se caractérise par des vitesses rapides des ondes sismiques et une forte atténuation de
l'onde S. Sous les édifices volcaniques actifs, la vitesse de ses ondes est plus faible due probablement à la
présence de fusion partielle. Les modèles de vitesse des ondes P et S, combinés à un modèle thermique
bidimensionnel à 31.5°S déterminé dans cette étude, ont permis d'obtenir un modèle minéralogique de
la lithosphère continentale et de la croûte océanique de la plaque Nazca. Cette croûte est composée
de Blueschists jusqu'à 80 km de profondeur et d'Eclogite plus profond. De la serpentine est observée
dans le coin mantellique considéré comme "froid". Le manteau continental est constitué par un mélange
d'Harzburgites et de Lherzolites plus ou moins hydratées. Un faciès éclogite est observé à la base de
la croûte continentale. Les modèles d'atténuation ont une résolution spatiale trop faible pour pouvoir
améliorer les modèles thermiques et par conséquent les modèles minéralogiques de la zone de subduction
plate.
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