Crustal structure of the rifted volcanic margins and uplifted plateau of Western Yemen from receiver function analysis

International audienceWe analyse P-wave receiver functions across the western Gulf of Aden and southern Red Sea continental margins in Western Yemen to constrain crustal thickness, internal crustal structure and the bulk seismic velocity characteristics in order to address the role of magmatism, faulting and mechanical crustal thinning during continental breakup. We analyse teleseismic data from 21 stations forming the temporary Young Conjugate Margins Laboratory (YOCMAL) network together with GFZ and Yemeni permanent stations. Analysis of computed receiver functions shows that (1) the thickness of unextended crust on the Yemen plateau is ∼35km; (2) this thins to ∼22km in coastal areas and reaches less than 14km on the Red Sea coast, where presence of a high-velocity lower crust is evident. The average Vp/Vs ratio for the western Yemen Plateau is 1.79, increasing to ∼1.92 near the Red Sea coast and decreasing to 1.68 for those stations located on or near the granitic rocks. Thinning of the crust, and by inference extension, occurs over a ∼130-km-wide transition zone from the Red Sea and Gulf of Aden coasts to the edges of the Yemen plateau. Thinning of continental crust is particularly localized in a <30-km-wide zone near the coastline, spatially co-incident with addition of magmatic underplate to the lower crust, above which on the surface we observe the presence of seaward dipping reflectors (SDRs) and thickened Oligo-Miocene syn-rift basaltic flows. Our results strongly suggest the presence of high-velocity mafic intrusions in the lower crust, which are likely either synrift magmatic intrusion into continental lower crust or alternatively depleted upper mantle underplated to the base of the crust during the eruption of the SDRs. Our results also point towards a regional breakup history in which the onset of rifting was synchronous along the western Gulf of Aden and southern Red Sea volcanic margins followed by a second phase of extension along the Red Sea margin

抗腫瘍性トロポロン誘導体の創製と作用機序に関する研究

We image the lithospheric and upper asthenospheric structure of western continental Yemen with 24 broadband stations to evaluate the role of the Afar plume on the evolution of the continental margin and its extent eastward along the Gulf of Aden. We use teleseismic tomography to compute relative P wave velocity variations in south-western Yemen down to 300 km depth. Published receiver function analysis suggest a dramatic and localized thinning of the crust in the vicinity of the Red Sea and the Gulf of Aden, consistent with the velocity structure that we retrieve in our model. The mantle part of the model is dominated by the presence of a low-velocity anomaly in which we infer partial melting just below thick Oligocene flood basalts and recent off-axis volcanic events (from 15 Ma to present). This low-velocity anomaly could correspond to an abnormally hot mantle and could be responsible for dynamic topography and recent magmatism in western Yemen. Our new P wave velocity model beneath western Yemen suggests the young rift flank volcanoes beneath margins and on the flanks of the Red Sea rift are caused by focused small-scale diapiric upwelling from a broad region of hot mantle beneath the area. Our work shows that relatively hot mantle, along with partial melting of the mantle, can persist beneath rifted margins after breakup has occurred

Inversion conjointe Fonctions récepteur - Gravimétrie - Tomographie télésismique: Développement et Applications

Joint inversions are now commonly used in Earth Sciences. They have been developed to better understand Earth structure since they provide more constraints on the inverted parameters. We propose a new process to simultaneously invert several data sets in order to better image 3-D crustal and upper mantle structures. Our inversion uses 3 kind of data which present a good complementarity : (1) P receiver functions to provide Moho depth variations, (2) teleseismic delay times of P waves to retrieve velocity anomalies in the crust and upper mantle, (3) gravity anomalies to image density variations at lithospheric scale. In our scheme, receiver functions are first inverted. The resulting Moho depths are then interpolated and incorporated as a priori information into the joint inversion of teleseismic delay times and gravity anomalies process. In our new approach, we perform a model space search for Moho variations, P-velocity and density structure to find acceptable fit to the three data sets. In order to preferentially sample the good data fit region, we chose the Neighborhood algorithm of Sambridge to optimistically survey the model space. We model the delay times with a 3-D raytracing using velocity nodes evenly spaced and linked with density nodes via a linear relationship. This relationship can evolve through depth, simulating its pressure dependance. We test our scheme on synthetic examples, and apply the method in a continental rifting region where deformation processes are complex and badly known. This joint inversion thus provides more constraints on the inverted parameters, and allows us to better image crust - mantle interactions in the case of the Hangai dome (Central Mongolia). Indeed, in this area, we expect an asthenospheric upwelling to dynamically support the topography, but we image a density - velocity anomaly in the lower crust. The effects on topography and the origin (composition vs. thermal) of this anomaly are still under debate.Les inversions conjointes sont maintenant communément utilisées en Sciences de la Terre. Elles ont été développées afin d'améliorer notre connaissance et compréhension de la structure interne de la Terre puisqu'elles apportent de plus en plus de contraintes sur les paramètres inversés. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau processus d'inversion conjointe qui prend en compte trois paramètres différents et qui mène à l'obtention d'un modèle lithosphérique tridimensionnel. Notre méthode utilise trois types de données gravimétriques et sismologiques qui présentent une bonne complémentarité : (1) Les fonctions récepteur P afin d'obtenir les variations de profondeur du Moho, (2) les délais de temps d'arrivées P des téléséismes pour retrouver les anomalies de vitesse dans la croûte et le manteau supérieur, (3) les anomalies gravimétriques qui donnent accès aux variations de densité à l'échelle lithosphérique. Dans le schéma d'inversion proposé, nous inversons d'abord les fonctions récepteur. Les variations de profondeur du Moho qui en résultent sont alors interpolées puis incorporées comme information a priori dans le processus d'inversion conjointe gravimétrie - tomographie télésismique. Que ce soit pour les fonctions récepteur ou pour la partie conjointe, notre méthode d'inversion se base sur un algorithme de recherche afin de trouver la structure qui minimise l'écart aux trois types de données. Nous avons opté pour l'algorithme de voisinage qui présente l'avantage de concentrer sa recherche dans les régions qui minimisent l'écart aux données sans toutefois abandonner les autres régions afin de limiter les risques de convergence vers un minimum local. Nous utilisons un modèle 3-D constitué de noeuds de vitesse afin de modéliser les délais de temps. Ces noeuds de vitesse sont liés aux noeuds de densité grâce à une relation linéaire entre vitesse et densité. Cette relation peut évoluer avec la profondeur de manière à simuler les effets dus aux variations de pression. Nous avons réalisé plusieurs tests synthétiques afin d'évaluer le comportement de notre nouvelle méthode. Ils ont permis de montrer que les variations du Moho ainsi que les anomalies de vitesse et densité sont bien retrouvées. Ils ont également montré l'importance de la prise en compte de ces trois types de données dans un même schéma d'inversion, notamment en ce qui concerne la faculté de discerner les variations d'interfaces des anomalies volumiques. Nous avons ensuite appliqué la méthode dans une région continentale en phase de rifting où les processus de déformation sont complexes et mal connus. Notre nouvelle méthode a apporté davantage de contraintes sur les paramètres inversés et a permis d'obtenir un modèle correctement résolu de la croûte et du manteau supérieur sous le dôme de Hangai (Mongolie Centrale). Une anomalie asthénosphérique sous le dôme est souvent invoquée pour expliquer sa topographie élevée mais c'est une anomalie (en vitesse et densité) crustale (croûte inférieure) qui s'exprime dans nos modèles. Ses effets sur la topographie et son origine (compositionnelle et/ou thermique) sont encore débattus et nécessiteraient des études plus poussées (paramétriques, VP =VS, ...)

Inversion conjointe fonctions récepteurs - gravimétrie - tomographie télésismique (développement et applications)

Nous proposons un nouveau processus d'inversion conjointe qui prend en compte trois paramètres différents et qui mène à l'obtention d'un modèle lithosphérique tridimensionnel. Notre méthode utilise trois types de données gravimétriques et sismologiques qui présentent une bonne complémentarité : les fonctions récepteur P, les délais de temps d'arrivées P des téléséismes et les anomalies gravimétriques. Nous avons opté pour l'algorithme de voisinage qui présente l'avantage de concentrer sa recherche dans les régions qui minimisent l'écart aux données sans toutefois abandonner les autres régions afin de limiter les risques de convergence vers un minimum local. Nous avons réalisé plusieurs tests synthétiques afin d'évaluer le comportement de notre méthode. Ils ont permis de montrer que les variations du Moho ainsi que les anomalies de vitesse et densité sont bien retrouvées. Ils ont également montré l'importance de la prise en compte de ces trois types de données dans un même schéma d'inversion. Enfin, la méthode a été appliquée à une région continentale en phase de rifting où les processus de déformation sont complexes et mal connus. Notre nouvelle méthode a apporté davantage de contraintes sur les paramètres inversés et a permis d'obtenir un modèle correctement résolu de la croûte et du manteau supérieur sous le dôme de Hangai (Mongolie Centrale). Une anomalie asthénosphérique sous le dôme est souvent invoquée pour expliquer sa topographie élevée mais c'est une anomalie crustale qui s'exprime dans nos modèles. Ses effets sur la topographie et son origine sont encore débattus et nécessiteraient des études plus poussées.PARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF