Structure of young East Pacific Rise lithosphere from ambient noise correlation analysis of fundamental- and higher-mode Scholte-Rayleigh waves

摘要

Les fonctions de Green estimées à partir de l'analyse du bruit ambiant ont beaucoup été utilisées pour étudier la structure de la croûte terrestre. La plupart de ces travaux sont toutefois limités aux zones continentales, et ne considèrent que le mode fondamental des ondes de surface. Dans cette étude, les fonctions de Green empiriques (EGFs) du mode fondamental et du premier mode supérieur des ondes de surface (Scholte-Rayleigh) sont reconstruites à partir d'une année d'enregistrements continus de la composante verticale du bruit sismique sur 28 ocean bottom seismometers (OBSs) déployés dans la région des failles transformantes Quebrada/Discovery/Gofar, le long de la dorsale océanique du Pacifique Est. La dispersion moyenne des vitesses de phase du mode fondamental (dans la bande de période 2-30 s) et du premier mode supérieur (dans la bande 3-7 s), issus des EGFs, est utilisée pour déterminer un modèle moyen 1D de la vitesse des ondes de cisaillement dans la croûte et le manteau supérieur à partir d'un algorithme de recherche dans l'espace modèle. Le modèle de vitesse des ondes de cisaillement résultant présente une couche de faible vitesse (4,29 km/s) entre le Mono et 25 km sous le niveau de la mer, ce qui suggère l'absence de couche superficielle rapide dans le manteau supérieur de cette jeune région océanique (0-2 millions d'années). Une zone de faible vitesse encore plus prononcée, avec une vitesse de cisaillement de ~3,85 km/s, apparaît entre 25 et 40 km sous le niveau de la mer. Combinée avec des résultats antérieurs, notre étude montre que la vitesse de cisaillement dans le manteau océanique supérieur augmente avec l'âge du fond océanique, ce qui est en accord avec le refroidissement dans le temps de la lithosphère.%Inter-station Green's functions estimated from ambient noise studies have been widely used to investigate crustal structure. However, most studies are restricted to continental areas and use fundamental-mode surface waves only. In this study, we recover inter-station surface (Scholte-Rayleigh) wave empirical Green's function (EGFs) of both the fundamental- and the first-higher mode using one year of continuous seismic noise records on the vertical component from 28 ocean bottom seismographs deployed in the Quebrada/Discovery/Gofar transform faults region on the East Pacific Rise. The average phase-velocity dispersion of the fundamental mode (period band 2-30 s) and the first-higher mode (period band 3-7 s) from all EGFs are used to invert for the 1-D average, shear-velocity structure in the crust and uppermost mantle using a model-space search algorithm. The preferred shear-velocity models reveal low velocities (4.29 km/s) between Moho and 25 km depth below sea-surface, suggesting the absence of a fast uppermost mantle lid in this young (0-2 Myr) oceanic region. An even more pronounced low-velocity zone, with shear velocities ～3.85 km/s, appears at a depth between 25-40 km below sea-surface. Along with previous results, our study indicates that the shear velocity in the uppermost oceanic mantle increases with increasing seafloor age, consistent with age-related lithospheric cooling.