Tradução Artigo de Geodinâmica Unidade01 - FINAL - Geodinâmica 2013.2

Prévia do material em texto

Resistência ao cisalhamento dos Grandes zonas de fratura do Pacífico
Resumo
A batimetria de borda e dados de gravidade de 30 cruzamentos de seis grandes zonas de fratura do Pacífico (FZs), o Mendocino, Murray, Molokai, Clarion, Clipperton, e Udintsev, foram comparadas com as previsões de um modelo em que as FZs estão bloqueadas além do cume/crista-transformante de intersecção, de tal forma que não ocorre movimento vertical sobre a “avaria” em resposta ao afundamento diferencial térmico. Pelo menos algumas secções de todos estes FZs, exceto o Molokai, são consistentes com este modelo de sustentar as tensões de cisalhamento tão elevados como 20 MPa. No entanto, nenhum dos FZs é bloqueado ao longo de todo o seu comprimento, conforme inferido a partir de tensões de cisalhamento observada cair abaixo de 75% do valor necessário para manter uma falha bloqueada. Há alguma sugestão de que o desbloqueio pode estar relacionada com o excesso de vulcanismo.
Introdução
	A análise dos dados altimétricos de satélite demonstrou que a gravidade ou anomalias do geóide das principais zonas de fratura (FZs) do Oceano Pacífico são consistentes com um modelo segundo o qual diferencial subsidência térmica é modificado por flexão através de uma fratura fechada zona [Parmentier e Haxby, 1986 ; Sandwell e Schubert, 1982; Sandwell, 1984; Haxby e Wessel, 1990]. Em contraste, a ocorrência de grandes tremores de terra [Okal, 1983; Bergman e Solomon, 1984] e vulcânica. [Lowrie et al., 1986] ao longo de FZs sugere que pelo menos alguns podem desbloquear e manter baixo salienta o suficiente para permitir que a abertura de condutas vulcânicas.
	Mais recentemente, a análise de dados de bordo do navio relatados por Christeson e Mc Nutt [1992] mostrou que o Marquesas FZ sustenta tensões de cizalhamento de apenas 25% do que o necessário para travar o diferencial de subsidência térmica em toda a falha. Eles sugerem que esta FZ talvez esteja em grande parte desbloqueado e que o vulcanismo estrutural contribui para o alívio da batimétrica. Aqui vamos examinar se as seções de outros grandes FZS Pacífico talvez semelhante desbloqueado através da análise de toda a gravidade de bordo disponíveis e dados de batimetria de seis grandes FZS Pacífico: o Mendocino, Clarion, Murray, Clipperton, Molokaia e Undinsev.
Dados
	Enviamos somente faixas em que ambos dados gravimétricos e batimetria foram adquiridas ao longo de um curso com a 25 ° C de perpendicular ao Fzs foram considerados. Ao todo, 30 perfis coletados durante 12 expedições diferentes foram extraídos dos dados geofísicos Nacional um Center (Figura 1) e atribuiu as idades da crosta de cada lado dos FZS nas travessias marítimas, assumindo uma taxa de difusão constante entre sucessivas isócronas [americanos Associação de Geólogos de Petróleo 'Pacífico mapa, 1981; Atwater e Severinghaus, 1989; Larson et al, 1985].
Copyright 1992 pela American Geophysical Union.
Número de papel 92GL02120
0094-8534/92/92G L-02.120.503,00
Figura 1 - Mapa do Pacifico mostrando as zonas de fratura considerados neste estudo ea posição das faixas de navios em que a gravidade e batimetria há dados disponíveis. Cada círculo representa o valor da relação R entre "observado" e "modelação" tensão de corte para um dado perfil localizado na intersecção da profrie com a FZ. O diâmetro do círculo é proporcional a R.
	Todos os perfis foram projetados perpendicularmente à FZ relevante. Distância ao longo de cada perfil, em seguida, foi medido em relação à passagem FZ localizado em uma calha de vista tanto na batimetria ou dados de gravidade, ou em um passo na batimetria se observou nenhuma calha. Para remover o offset em profundidade causada por diferenças na idade da placa, em uma passo liso foi subtraída a partir de os perfis de na batimetria, com a sua magnitude redimensionada em minimizar o desajuste entre o passo calculador e observaram medido por o L1 norma [Christeson e McNutt, 1992], tal como pode ser causado por erros em atribuição idade ou partidas de o estado térmico teórico (Figura 2).
Figura 2 - Exemplo de como os dados são processados ​​bathymetdc para remover o deslocamento de idade. Curva de fundo é a batimetria observado a partir do Mendocino FZ (linha contínua) ea função de etapa idade (linha pontilhada). A topografia residual resultante de subtrair o passo a partir de dados é mostrado no topo.
	
	Os dados gravimétricos foram projetados e alinhados coincidentes com os pontos de batimetria correspondentes. No passo foi removido a partir das observações de gravidade, porque nenhum foi visto nos dados e cálculos teóricos previram que a etapa seria cama etected na gravidade do ar livre para a litosfera dessa idade.
O Modelo de Alta-Tensão
	A batimetria residual e gravidade ar-livre foram então comparados com as previsões dos modelos de alta-tensão após a formulação de Wessel e Haxby [1990], que inclui tanto o estresse térmico e de flexão em uma falha bloqueado. Estresse térmico produz flexão na borda livre ao longo de uma falha transformante /pula página/ em resposta ao momento de flexão térmica causada pela justaposição das placas de arrefecimento a diferentes taxas [Parmentier e Haxby, 1986]. Este momento de dobra produz uma calha no fundo da batimetria na culpa e um cume arredondado na parte mais antiga da transformação.O comprimento de onda e da localização do cume depende da idade off set e do valor da isotérmica escolhido para marcar a base da camada elástica. Se as placas de bloqueio no cume-transformar em intersecção (RTI), nenhum alívio adicional em resposta ao momento de flexão térmica acumula, mas que existia na RTI é preservada. Além da RTI, elástico de flexão modifica o passo wich batimetria existia no RTI para um cume no lado mais jovem e uma calha no lado mais em conta subsidência térmica diferencial de duas placas separadas por uma bloqueado FZ [Sandwell e Schubert, 1982; Sandwell, 1984].A amplitude e comprimento de onda de alívio de flexão dependem principalmente dos tempos absolutos das placas e da idade off set entre eles.
	Antes de comparar o modelo batimetria à batimetria resíduos derivados a partir dos dados de bordo, uma função etapa de melhor ajuste foi também removido a partir do modelo batimetria (Figura 2a). Calculamos a gravidade ar-livre teórica a nomaly do modelo de batimetria e da Moho, assumiu a flexionar paralela à batimetria, usando Parker [1973] método.
	Ao calcular os perfis teóricos, assumiu-se que a densidade da crosta é de 2800 kg/m3, é-lhes densidade Antle 3300 kg/m3, a temperatura na base da camada elástica é de 600 ° C, e é a espessura da crosta de 6 km. Alterar esses valores dentro dos limites realistas não afeta nossa interpretação final.
Tensão de cisalhamento líquido
	Após Christeson e McNutt [1992], temos computado uma estimativa da tensão de cisalhamento líquida necessária para sustentar o alívio com a FZ. Esta estimativa fornecer o critério para a determinação do estado mecânico absoluto de uma zona de fractura, em comparação com o previsto pelo modelo teórico bloqueada falha, bem como as alterações relativas em estado de tensão ao longo do mesmo e entre as diferentes zonas de fractura.
	A força de cisalhamento V na falha é dada por
onde é a espessura elástica e o cisalhamento rede vertical estresse sobre a falha. A equação (1) também pode ser expressa como
em que é a força vertical líquido por unidade de comprimento, e α é a distância horizontal para além da qual a tensão de corte vertical, não é mais afetada pelo FZ (escolhido para ser aqui 200 km). Esta definição de difere por um fator de 2, em que a partir de Christeson e McNutt [1992] e é correta.
A força vertical líquido por unidade de comprimento, , pode ser estimada a partir do ar livre gravidade anomalia :
onde g é a aceleração da gravidade e G é a constante de Newton. Usando (2) e (3), podemos estimar a vingar a tensão de cisalhamento sobre a falha:
O uso de gravidade ar-livre como um proxy para o stress é válido porque anomalias da gravidade ar-livredo contraste de temperatura em toda a culpa e do estresse térmico, nenhuma das quais produz tensão de cisalhamento na falha, fazer pequenas contribuições para a integral em (2), inferior a 2,5 e 1 MPa, respectivamente. Além disso, a tensão de corte na falha estimados directamente resolvendo a equação de flexão elástica de flexão através de uma falha bloqueado está em excelente concordância com os valores obtidos a partir da integração da anomalia gravidade teórico.
Usando (2-4), podemos comparar para cada perfil a tensão de cisalhamento liquido observado, 0, calculada a partir da gravidade ar-livre observada ao modelado tensão de cisalhamento liquido, m, calculado a partir do teórico free-perfil de gravidade de ar para obter uma estimativa rápida do estado mecânico do FZ. Se a relação R de 0 e m é igual ou superior a 0,75, então, considerar o FZ como bloqueada, se R é menor que 0,75, a tensão de cisalhamento sobre a falha não é capaz de manter todo o alívio que deveria ter acumulado a partir de subsidência tectônica, e consideramos a falha de ser desbloqueado.
Resultados
Das 6 zonas de fratura que consideramos, todos, exceto o Molokai exibe uma resposta razoável de acordo com as previsões do modelo de alta-tensão na maioria dos cruzamentos. Somente os resultados para as zonas de fratura de Clarion e Molokai são mostrados em detalhes por conta de limitações de espaço, mas em todos os dados o modelo se encaixa, e as estimativas de estresse tabulados estão disponíveis com os autores, a pedido.
Para a zona de fratura de Clarion, os três perfis ocidentais exibem uma relação quase perfeita entre modelo e observações para batimetria e a gravidade, enquanto que as 3 orientais mostram um encaixe mais pobre devido à gravidade do modelo anteriores a anomalia no lado mais velha (Figura 3). No entanto, apenas o perfil po17304 exibe ataques verdadeiramente pobres.
Figura 3 - Comparação da gravidade ou da topografia do fundo marinho residual com as previsões do modelo de culpa bloqueado para os FZS Clarion e Molokai. A linha a cheio são os dados, enquanto que a linha tracejada representa o modelo, ambos representados em função da distância de todos os perfis shipboar. as parcelas são ordenados de oeste (parte inferior da figura) para leste (em cima), cada perfil que está sendo deslocado do anterior por 2000m de batimetria ou 100 mgals de gravidade ao longo do eixo vertical. Lado mais antiga da FZ é à direita.
A Figura 4 mostra que o Clarion suporta alta 0 (até 15 MPa) no extremo oeste, onde compensar a idade é 10 milhões de anos. Mais a leste, onde o deslocamento de idade é a metade, 0 é menos do que o previsto, mas ambos 0 e m é baixo e próximo do limiar da precisão de nossa técnica.
Em contrapartida, para a zona de fratura de Molokai apenas um perfil batimétrico, c1110, se encaixou bem ao modelo. Nenhum dos perfis de gravidade é consistente com o modelo de alta-tensão, e todas as estimativas de produção baixos para 0 (figura 4). Simplesmente não existe nenhum sinal de gravidade no local presumido da falha.
Figura 4 - Comparação da corte "observado", destaca em todos os FZS calculados a partir da anomalia gravimétrica ar-livre com os valores "modelados", previu a partir do modelo de alta-tensão, no mesmo local. Cada símbolo representa uma travessia FZ.
Os dados para as zonas de falhamento de Mendocino, Murray e Clipperton atendem as previsões do modelo de alta tensão, exceto em algumas áreas (Figura 1). A zona de desbloqueio para o próximo Mendocino 222°E está na vizinhança da vulcânica Richardson cume [Lowrie er ai., 1986]. A metade ocidental mais fraco do Murray FZ coincide com vulcões ao longo da zona de fratura dentro dos Seamounts Músico (perto 200°E) [Lowtie et al., 1986]. O Clipperton é certamente bloqueado na extremidade ocidental e fraca no meio. A extremidade oriental pode ser bloqueado, mas seamounts obscurecer o sinal proveniente da zona de fractura. A ausência de alívio esperado do modelo locked-culpa entre 230°E e 225°E já foi demonstrado por Mammerickx [1989]; ela notou que essa área coincide com um episódio de vulcanismo midplate. Com base em! Y um perfil, o Udintsev FZ comportamento compatível com o modelo bloqueado culpa exposições.
Discussões
	Descobrimos que os fzs examinados, apenas a Molokai é comparável ao Marquesas ser desbloqueado ao longo da maioria do seu comprimento. Um revisor apontou que o Molokais um dos poucos FZS Pacífico Norte com o velho fundo do mar para o sul e, portanto, pode responder de forma diferente às mudanças no movimento da placa. No entanto, esta hipótese seria de prever que o Mendocino, também com o antigo fundo do mar para o sul, deve ser de baixa tensão, enquanto o Marquesas, com o fundo do mar jovem para o sul, deve ser elevado stress; ambas as previsões são contrárias às observações.
	O padrão de desbloqueio selectivo (Figura 1) para os fzs de alta tensão também não permite interpretação simples do mecanismo de desbloqueio. Por exemplo, as regiões geográficas do Pacífico Norte não parecem ser, preferencialmente, ativo ou inativo, como poderia ser produzido pelo campo de tensões intraplaca. Além disso, podemos excluir uma evolução com a idade em que zonas de fratura ativas para o oeste após um determinado estresse limite é ultrapassado. 
Wessel e Haxby [1990] sugerem que os dados de zonas de fraturas são o melhor ajuste ao chamar algum atraso no bloqueio como a litosfera passa pela RTI, mas um atraso não pode explicar por que que todas as zonas de fratura exceto o Clarion e Molokai produzem valores de R superior a 1 e, por vezes, 2 nas extremidades leste. Na maioria dos casos aqui, os pontos fracos ao longo das zonas de fratura podem ser ligadas às regiões de excesso de vulcanismo, embora sem as idades de montagem do mar que não se pode atribuir o desbloqueio, a verdadeira vulcânica fora do cume.
Agradecimentos
	Agradecemos a um revisor para anotar o fator de 2 erro na definição de V (0) em (2). Esta pesquisa foi apoiada por um sujeito navio de pesquisa para AB de CNRS e pela NSF OCE-9012949 para MKM.