Deep Structure of the Baikal Rift Zone and Central Mongolia

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The upper mantle and the transition zone of the Baikal rift zone (BRZ) are studied. The observations are analyzed using P-wave receiver functions. It is found that in the BRZ central and northeastern part, the P410s converted seismic phase is preceded by a precursory wave with negative polarity which is formed in the low S-wave velocity layer at a depth of 350–410 km. A similar precursory wave with low S-wave velocity and negative polarity is formed at a depth of 600–660 km. The low-velocity layers are interpreted as resulting from the hydration of wadsleyite and ringwoodite during the subduction of the Pacific lithosphere. A similar study of the mantle in Central Mongolia found no expected signs of hydration. Modeling of the lithosphere–asthenosphere system in Central Mongolia by joint inversion of the body wave receiver functions and surface wave dispersion curves reveals a very thin lithospheric lid beneath Khangai and a thick layered asthenosphere to a depth of 200 km with a lithospheric inclusion between low-velocity layers.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. P. Vinnik

Shmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vinnik@ifz.ru
Russian Federation, Moscow

L. L. Delitsyn

Shmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: vinnik@ifz.ru
Russian Federation, Moscow

L. I. Makeeva

Shmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: mak@ifz.ru
Russian Federation, Moscow

S. I. Oreshin

Shmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: vinnik@ifz.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Винник Л.П., Орешин С.И., Макеева Л.И., Мордвинова В.В., Цыдыпова Л.Р. Структура мантии и процессы в переходной зоне Байкальской рифтовой зоны // Физика Земли. 2022. № 6. С. 3–11.
  2. Дэннис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. М.: Мир. 1988. 440 с.
  3. Мордвинова В.В., Дешам А., Дугармаа Т., Девершер Ж., Улзийбат М., Саньков В.А., Артемьев А.А., Перро Ж. Исследование скоростной структуры литосферы на Монголо-Байкальском трансекте 2003 по обменным SV-волнам // Физика Земли. 2007. № 2. С. 21–32.
  4. Bercovici D., Karato S. Whole-mantle convection and the transition-zone water filter // Nature. 2003. V. 425. P. 39–44.
  5. Berkhout A.J. Least-squares inverse filtering and wavelet deconvolution // Geophysics. 1977. V. 42(7). P. 1369–1383.
  6. Biswas N.N. Earth-flattening procedure for the propagation of Rayleigh wave // Pure Appl. Geophys. 1972. V. 96. P. 61–74.
  7. Chen M., Niu F., Liu Q., Tromp J. Mantle-driven uplift of Hangai Dome: New seismic constraints from adjoint tomography // Geoph. Res. Lett. 2015. V. 42(17). P. 6967–6974.
  8. Dueker K.G., Sheehan A.F. Mantle discontinuity structure from midpoint stacks of converted P to S waves across the Yellowstone hotspot track // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 8313–8327.
  9. Feng L. High-resolution crustal and uppermost mantle structure beneath Central Mongolia from Rayleigh waves and receiver functions // J. Geophys. Res: Solid Earth. 2021. V. 126 (4). doi: 10.1029/2020JB021161
  10. Fukao Y., Obayashi M. Subducted slabs stagnant above, penetrating through, and trapped below the 660 km discontinuity // J. Geophys.Res. 2013. V. 118. P. 5920–5938.
  11. Haskell N.A. Crustal reflection of plane P and SV waves // J. Geophys. Res. 1962. V. 67(12). P. 4751–4767.
  12. He J., Xu M., Wu Q., Zhang F. Hydrous melting Driven upwelling from the mantle transition zone in the Mongolia Plateau revealed by receiver function analysis // JGR Solid Earth. 2022. doi: 10.1029/2022JB024905
  13. Ivanov A.V., Demonterova E.I., He H., Perepelov A.B., Travin A.V., Lebedev V.A. Volcanism in the Baikal-rift: 40 years of active-versus-passive model discussion // Earth-Science Reviews. 2015. V. 148. P. 18–43.
  14. Kennett B.L.N., Engdahl E.R. Traveltimes for global earthquake location and phase identification // Geoph. J. Int. 1991. V. 105 (2). P. 129–455.
  15. Kraft H.A., Vinnik L., Thybo H. Mantle transition zone beneath central-eastern Greenland: possible evidence for a deep tectosphere from receiver functions // Tectonophysics. 2018. V. 728–729. P. 34–40.
  16. Laske G., Masters G., Ma Z., Pasyanos M. Update on CRUST1.0—A 1-degree Global Model of Earth’s crust // Geophys. Res. Abs. 2012. V.14. EGU2012-3743-1.
  17. Meltzer A., Stachnik J. C., Sodnomsambuu D., Munkhuu U., Tsagaan B., Dashdondog M., Russo R. The Central Mongolia seismic experiment: Multiple applications of temporary broadband seismic arrays // Seismological Research Letters. 2019. V. 90(3). P. 1364–1376.
  18. Molnar P., Tapponnier P. Cenozoic tectonics of Asia: effects of a continental collision: features of recent continental tectonics in Asia can be interpreted as results of the India-Eurasia collision // Science. 1975. V. 189 (4201). P. 419–426.
  19. Pasyanos M.E., Masters T.G., Laske G., Ma Zh. LITHO1.0: An updated crust and lithospheric model of the Earth // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2014. V. 119(3). P. 2153–2173.
  20. Rasskazov S.V. Magmatism related to Eastern Siberia rift system and the geodynamics // Bulletin des Centres de Recherches Exploration-Production Elf Aquitaine. 1994. V. 18 (2). P. 437–452.
  21. Revenaugh J., Sipkin S.A. Seismic evidence for silicate melt atop the 410-km discontinuity // Nature. 1994. V. 369. P. 474–476. doi: 10.1038/369474a0.
  22. Shen Y., Blum J. Seismic evidence for accumulated oceanic crust above the 660-km discontinuity beneath southern Africa // Geophys. Res.Lett. 2003. V. 30(18). doi: 10.1029/2003GL017991
  23. Shen W., Ritzwoller M.H., Kang D., Kim Y., Lin F.-C., Ning J., Wang W., Zheng Y., Zhou L. A seismic reference model for the crust and uppermost mantle beneath China from surface wave dispersion // Geophys. J. Int. 2016. V. 206(2). P. 954–979. doi: 10.1093/gji/ggw175
  24. Sun M., Gao S.S., Liu K.H., Fu X. Upper mantle and mantle transition zone thermal and water content anomalies beneath NE Asia: Constraints from receiver function imaging of the 410 and 660 km discontinuities // Earth Planet. Sci. Lett. 2020. V. 532. doi: 10.1016/j.epsl.2019.116040
  25. Tian L., Zhao J., Liu W., Liu L., Liu H., Du J. Effect of iron on high pressure elasticity of hydrous wadsleyite and ringwoodite by first-principles simulation // High Pressure Research. 2012. V. 32 (3). P. 385–395.
  26. Vinnik L., Farra V. Subcratonic low-velocity layer and flood basalts // Geoph. Res. Lett. 2002. V. 29(4). doi: 10.1029/2001GL014064
  27. Vinnik L., Farra V. Low S velocity atop the 410-km discontinuity and mantle plumes // Earth and Planetary Science Letters. 2007. V. 262 (3-4). P. 398–412.
  28. Zhao H., Wang P., Huang Z. Lithospheric structures beneath the western Mongolian Plateau: Insight from S wave receiver function // Journal of Asian Earth Sciences. 2021. V. 212. Doi: 10.1016/ j. jseaes.2021.104733
  29. Wang X., Wu H., Wang H., Wu B., Huang, Z. Rayleigh wave tomography of central and southern Mongolia // Tectonophysics. 2022. V. 836. Doi: 10.1016/ j.tecto.2022.229426
  30. Wu H., Huang Zh., Zhao D. Deep structure beneath the southwestern flank of the Baikal rift zone and adjacent areas // Phys.Earth Planet.Int. 2021. V. 310. doi: 10.1016/j.pepi.2020.106616
  31. Zorin Yu.A., Kozhevnikov V.M., Novoselova M.R., Turutanov E.Kh. Thickness of the lithosphere beneath the Baikal rift zone and adjacent regions // Tectonophysics. 1989. V. 168. P.327–347.
  32. Zorin Y., Turutanov E., Mordvinova V., Kozhevnikov V., Yanovskaya T., Treussov A. The Baikal rift zone: the effect of mantle plumes on older structure // Tectonophysics. 2003. V. 371. № 1–4. P. 153–173.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Location of seismic stations. Stationary stations are shown by black triangles; temporary stations of the Central Mongolian Seismic Experiment - empty triangles; MOBAL network - circles. Inset - scheme of the Vitimsky volcanic field location.

Download (1MB)
3. Fig. 2. Results of summarizing the receiver functions: HV, Khubsugul; AT, Gobi-Altai; HDWEST_2, northwest Khangai; HDWEST_3, southwest Khangai; HDEAST_4, northeast Khangai; HDEAST_5, southeast Khangai. The arrows show the arrivals of P410s and P660s waves.

Download (898KB)
4. Fig. 3. CCP image of the total PRF of Ps exchange waves at latitude 47° N. On the horizontal axis - longitude (deg), on the vertical axis - depth (km).

Download (867KB)
5. Fig. 4. Total receiving functions of the Ps waveform for a cell centered at 48° N, 101° E. The theoretical total PRFs are shown with a dashed line.

Download (523KB)
6. Fig. 5. Two-dimensional velocity profiles of transverse waves. From top to bottom: meridional - 100° E, diagonal - 30° NE, latitudinal - 48° N. The color scale shows the absolute values of transverse wave velocities.

Download (1016KB)
7. Fig. 6. Horizontal sections of transverse wave velocity models (70, 100, 130, 160 km). The color scale shows the absolute values of transverse wave velocities.

Download (1MB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».