地震データと断層反転
2014年3月に、南西ジョージア断層のSUGAR Line1が収集され、約250m離れた1193個の地球電話によって記録された11個の爆発源が含まれていた。 2015年8月に南東ジョージア断層のSUGAR Line2が収集され、1981年のgeophones〜200m離れたところで記録された14の爆発源が含まれていました(図2)。 図1;補足図。 1;補足データ1）。
二つのプロファイル間の比較を可能にするために、一貫した地震データ処理、位相同定および速度モデリングを砂糖線1および2に適用した。 ライン2ショットの詳細な説明、および糖ライン2のデータおよび分析は、Marzen et al.39. 補足表1に、ライン1のショットの位置、タイミング、および充電サイズに関する情報を示します。 処理手順は、ショットを3-14Hzでバンドパスフィルタリングし、オフセット依存のゲインと振幅正規化をトレースに適用し、地震到着の識別を容易にするために8km s−1の減速速度を適用した64であった。 処理されたショットギャザーでは、最大320km（シュガーラインの全長1）までのオフセットで明確な到着を観察する。 解釈された相には、堆積物の盛り土、地殻、および上部マントルを通る屈折、および堆積盆地（ライン1のみ）およびモホの底部からの反射が含まれていた。 ピックエラーは、到着解釈の信頼性に基づいて割り当てられ、一般的に0.04と0.15秒の間で変化したが、より大きな不確実性は、ピックの小さなサブセット（例えば、非常に遠いソース-レシーバオフセットまたは複雑な浅い構造の領域）に割り当てられた。 補足データ1には、到着、ショット、計器データの解釈が記載されています。
サウスジョージア盆地内に位置するショットからの記録では（ショット4-14、補足図。 図1,2)に示すように、二つの明確な堆積屈折が明確な見かけの速度で観察されている。 約5km未満のオフセットでは、堆積物の屈折率は約2−2.5km s-1の見かけの速度を持っています。 約5–20kmのオフセットでは、堆積屈折は約4.5−5km s-1の見かけの速度を有する。 これらの堆積層の間および堆積物の底部からの反射が同定された（例えば、補足図。 2). サウスジョージア盆地の北のショット（ショット1と3、補足図。 1）、堆積屈折は存在しない。 地殻屈折率（Pg）は、250kmまでのオフセットに出て最初と二次到着として識別されます; 見かけの速度は深さが−6から>7km s-1に増加します。 我々は、>8km s−1の高い見かけ速度を示す複数のショットでマントル屈折（Pn）を観察する（例えば、補足図。 2). PgとPnの交差距離は〜180〜200kmです。 PmPの到着は、典型的には80と180キロの間のオフセットで識別された。 これらのフェーズごとにP波到着を選択し、目視検査によって移動時間の不確実性を割り当てました（補足表2）。 補足図。 図3は、1行目の解釈された位相の追加の画像を示し、2行目の同様の画像は図に示されている。 Marzen et al.の支援情報からのs1–S14。39. 二つのプロファイルからのショットギャザーの比較は、速度構造の違いを示しています（補足図。 2). シュガーライン1からのショットでは、サウスジョージア盆地のこの部分の厚いsynrift堆積物を反映して、より大きなソース-レシーバーオフセットに堆積屈折が観察されている。 さらに、砂糖ライン1上の地殻屈折（Pg）の見かけの速度は、特に下部地殻をサンプリングする大きなソース受信機オフセットでの到着のために、砂糖ライン2のものよりも高くなっています。
p波速度構造を制約するために、堆積物、地殻および上部マントルからの反射および屈折の移動時間ピックをモデル化しました。 シュガーライン1のショットは、30.509°N、82.833°Wおよび32.711°N、85.0104°Wの端点を持つ二次元ラインに投影され、ライン2のショットは、30.743°N、81.706°Wおよび34の端点を持つラインに投影された。101°N、83.760°W.両方のラインのソース-レシーバオフセットは、実際のジオメトリから取得され、これらの2Dラインに沿って落ちると仮定されました。 堆積物盆地の構造は、堆積反射と屈折、線256付近の井戸ログ、浅い構造65によって引き起こされるPgとPn上の地形を用いてRAYINVRにおける反復前方モデリングと反転によって決定された。 このコードは，ユーザ定義ノードを用いた粗い速度モデルパラメータ化を用いて，堆積屈折からの盆地構造に対する直接制約，Ｐｇ到着上の地形からの間接制約，および他のデータセット（例えば，ＣＯＣＯＲＰ反射データ）からの制約を組み込むことを可能にした。 次に，ＶＭＴＯＭＯを用いて地殻および上部マントル構造について，ＲＡＹＩＮＶＲから決定した盆地構造を固定および反転したままにした。 VMTOMOのフォワードステップはグラフ法を用いたレイトレーシングを含み，逆ステップは減衰最小二乗法を用いてデータのミスフィットと平滑化／減衰項を用いたコスト関数を最小化する。 前方モデリングと反転の複数の反復が適用され、ミスフィットが徐々に減少し、平滑化/減衰制約が緩和されて構造が出現するようになった。 水平平滑化は、一般的に垂直平滑化よりも5倍大きかった。 地震速度の初期の反転には、ほぼオフセット到着のみが含まれていたため、上部地殻のみが更新されました; モデルのより深い部分は、より長いオフセットphases40、41、66を徐々に組み込むことによって徐々に含まれていました。
これらのモデルは、ライン1（補足表2）ではσ2が1.27、二乗平均平方根（RMS）の不適合が72ms、ライン239ではσ2が0.90、RMSの不適合が85msで、データによく適合します。
理想的なθ2の値は1ですが、3Dジオメトリと盆地構造の制約の少ない変動による小規模な速度アーティファクトの導入を避けるために、1行目ではより大きな値が許可されていました。 補足表2および3は、それぞれショット収集および位相によるライン1上のミスフィットを示し、すべてのピックのデータミスフィットを補足図に示 図4の1行目および補足図。 5行目の2. ライン1と2の速度モデルは、補足データ2と3で提供されています。
下部地殻を含む速度モデルのより深い部分は解決するのが最も困難であり、地殻の厚さの増加と下部地殻速度の増加との間にはトレードオフがあ 下部地殻の速度の不確実性を評価するために、下部地殻速度とMoho深さの摂動に関連するモデルのミスフィットを調べた（補足注2）。 これらのトレードオフ試験は、より低い地殻の速度が許容可能なレベルを超えてデータへのσ2適合を増加させることなく、最大0.05km s−1によってのみ摂動することができることを示している（補足図）。 図6の1行目および補足図。 7行目は2行目）。 しかし，このデータは数十kmのスケールでの局所的な下部地殻速度摂動の正確な寸法と位置を解決しない。 さらに，この速度モデルは，逆光線カバレッジが最も豊富な各地震線の中央部における下部地殻速度とＭｏｈｏ深さの摂動に最も敏感である。 要約すると、これらの速度モデルは、全体的な低い地殻速度に敏感であるが、低い地殻速度のより小さなスケールの変化を解決することはできない。 我々の結果の基礎は、よく制約されている糖線1と2の間の低い地殻速度と地殻厚さの大規模な違いです。
速度からの火成岩侵入厚さの計算
線形混合計算を適応させることにより、侵入したマグマの厚さを推定しました43（図。 2):
ここで、Zintは苦鉄質の貫入の厚さ、Ztotは深さ20km以下の地殻の厚さ、VP-origは貫入のない下部地殻の基準速度、VP-obsは観測された平均下部地殻速度（深さ20km以下）、VP-intは苦鉄質マグマ貫入の推定速度である。 平均観測された下部地殻速度（VP-obs）は、各地震線を横切ってMohoまでの20kmの深さから計算された。 この深さ範囲Ztotは、これらの深さでの地殻速度の増加は、浅い地殻で観察された亀裂や細孔空間の閉鎖ではなく、組成の変化を反映するために選択された48。 変更されていない下部地殻の基準速度は6.75km s−1,39と推定された。 下部地殻に侵入した物質の速度は7.2–7.5km s−1,24,44,45,46,47と推定された。 下部地殻の平均速度が6.75km s−1未満である場合、負の侵入厚さが生成されるため、これらのシナリオでのZintは0kmに設定されます。
減圧融解モデル
Katz parameterization57を使用して、地殻とマントルリソスフェアの異なる薄層化度の深さ（圧力）と温度条件の範囲で1Dカラムを介して溶融分 この計算では、マントルかんらん岩の組成を15%の無水クリノピロキセン重量67と仮定している。 この選択は、マントルの濃縮度はCAMPの範囲内で変化するが、より遠い北13に比べてSE米国では比較的低いという事実を反映している。 マントルが含水組成を有するか、または以前の沈み込みからの他の揮発性物質を含む場合、揮発性物質がマントルに存在する間に、より多くの量の溶融物が生成されるであろう57,58。
初期の地殻の厚さは45km55、リソスフェアの厚さは120km68と仮定します。 これらの初期厚さは，深いアパラチア根も地殻間伐の証拠もない研究領域の北西への地震観測から取られた。
計算された溶融分率対深さは、与えられたマントルポテンシャル温度、地殻薄化、および想定されたリソスフェア薄化量について、火成岩地殻厚 異なるリソスフェア拡張シナリオのリソスフェア-アスフェノスフェア境界での圧力を計算するために、我々は2800kg m−3の大陸地殻密度と3300kg m−3のマントルリソスフェア密度を仮定した。 与えられた量の地殻およびマントルリソスフェアの薄肉化について，火成岩侵入の厚さは，得られた溶融分率を深さにわたって積分することによって決定した。
期待される裂け目のmagmatismへのもう一つの重要な貢献は深さ依存した伸張の程度である。 我々は、両方の均一な延伸の場合を考慮する（図。 図3)とリソスフェア全体が地殻よりも2倍と4倍の拡張を経験しているシナリオ(補足図. 8):
すべてのリソスフェア伸張係数αと地殻伸張係数βの場合、全リソスフェア伸張係数は地殻伸張の倍数kである。
地殻とリソスフェアの造山運動後がプレリフト厚さの不確実性に対応するために、可能性の高いエンドメンバー地殻（40km、55km）とリソスフェア（90km、150km）の厚さの減圧融解計算は、補足図に含まれている。 9. 最初のリソスフェアがより薄い場合、減圧溶融によってより多くの溶融物が生成される。 推定されたマントルポテンシャル温度は、同じ推定量の火成岩地殻厚に対して地殻伸張係数が小さいため、初期地殻だけが薄い場合に大きくなる。 我々の観測は、1500kmまでの初期リソスフェアの厚さに対して1500℃未満のマントルポテンシャル温度で一貫している。
要約すると、初期の厚さと深さに依存する伸張の不確実性にもかかわらず、モデリング結果は減圧融解と適度に上昇したマントルポテンシャル温度と一致している。
サウスジョージア地溝帯マグマ体積計算
我々は、(1)サウスジョージア盆地の堆積充填の厚さ(補足注1)49と(2)糖線1と2の下部地殻苦鉄質マグマ貫入の厚さを用いてキャンプマグマの体積の推定値を開発した。 このアプローチは、シンリフト堆積物が厚い場合、マグマ侵入の厚さが大きいという一次観測に基づいています。 平均侵入厚さを計算した（図１）。 2e–f)サウスジョージア盆地synrift堆積物の厚さの500mのビンで(例えば.,2000-2500m)糖線1および2(補足図. 10). 両方の地震線のすべての部分は、下部地殻とMohoの分解能を持たない場合、または2号線の南東端のキャンプではなくパンゲアの崩壊からマグマが供給される場合を除いて、校正を制約するために使用された（すなわち、1号線：50-250kmの距離、2号線：50-280kmの距離）。
サウスジョージア盆地synrift堆積物の厚さが1000m未満のマグマ侵入は想定されておらず、統計的平均がゼロに近い下部地殻速度からの観測と一致している（補足図）。 10). South Georgia Basin synrift sed積物が>厚さ1000mである場合、各synrift sed積物の厚さビン内のSouth Georgia Basinの面積にその堆積物の厚さの平均マグマ侵入厚さを乗じて、下部地殻のマグマの体積を推定する。 以下の式は、各ビンiを合計することにより、下部地殻マグマ侵入の体積を推定するために盆地モデルを使用する方法を表しています。
mはマグマの総体積であり、aは500-m syn内にあるサウスジョージア盆地の表面積である。-裂け目の沈殿物の厚さの大箱、およびmはその大箱のために計算される平均マグマの侵入の厚さである（または0-500および500-1000mの大箱のための0）。 これらの値は、補足表4に提供されています。 この方法から、サウスジョージア地溝帯の下部地殻における苦鉄質マグマの侵入の76,000と127,000km3の間で推定します。 ビンサイズの範囲を使用してこの計算を行い、結果として得られる体積の推定値はビンサイズの選択にあまり敏感ではないことがわかりました。
ウェルデータ25から玄武岩またはダイアベース層の厚さは、サウスジョージア盆地の範囲内の侵入厚さの範囲を反映しているという仮定に基づいて、上部地殻のマグマの体積の保守的な推定を行います—50mと500mの間。 次に、これらの二つの端部材侵入厚さによって盆地49の面積を乗算して、表面近傍のmagmatismの体積を推定しました。 この方法から、我々はサウスジョージア裂け目の8,300と42,000km3の間の表面付近の侵入厚さを推定します。 この推定値は、表面近傍のCAMP体積1,4,18の他の計算で使用されている方法と似ていますが、サウスジョージア盆地の下または外の浅い地殻に存在する可能性のある侵入を説明していません。
