Radial Anisotropy of the Upper Mantle Of Southeastern Asia

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Radial anisotropy of S-waves is observed as a difference between SV- and SH-wave velocities polarized in vertical and horizontal planes and obtained by inverting dispersion curves of Rayleigh and Love waves, respectively. Unlike isotropic models, the currently existing distributions of S-wave velocities that take radial anisotropy into account significantly contradict each other. One of the reasons for such discrepancies is that, as a rule, different data sets (paths) for Rayleigh and Love waves are used to calculate a radial anisotropy coefficient. This leads to the fact that the reconstructed velocity sections of SV- and SH-waves are smoothed over areas of different shapes and sizes. To eliminate this effect, an approach in which initial data contain only Rayleigh and Love wave dispersion curves along the same paths at the same periods is offered. Then, standard procedures of surface wave tomography and inversion of local surface wave velocities into S-wave velocity sections are implemented. Using such an approach, a distribution of radial anisotropy coefficient (α = (VSH − VSV) / Vav, where Vav = (VSH + VSV) / 2) in the upper mantle of southeastern Asia to the depth of 300 km within 70°–145° E and 20°–40° N is obtained. It has been shown that at the depths of 50–70 km, maxima of α-coefficient are confined to areas with reduced SV-wave velocities. In addition, at 50 km, the maxima of α values tend to areas with maximum rates of horizontal displacements according to GPS data (relative to stable Eurasia). It has been revealed that areas with reliably established negative anisotropy (α less than −1%), i.e. in which VSV > VSH are confined to the boundaries of lithospheric plates.

About the authors

A. I Filippova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences, Troitsk, Moscow, Russia

Email: aleirk@mail.ru

O. A Solovey

Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Irkutsk, Russia

References

  1. Левшин А.Л., Яновская Т.Б., Ландер А.В., Букчин Б.Г., Бармин М.П., Ратникова Л.И., Ите Е.Н. Поверхностные сейсмические волны в горизонтально-неоднородной Земле. М.: Наука. 1986. 278 с.
  2. Серебкина А.И. Поверхностно-волновая томография Арктики по данным дисперсии групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Физика Земли. 2019. № 3. С. 58−70. https://doi.org/10.31857/S0002-33372019358-70
  3. Серебкина А.И., Кожевников В.М., Соловей О.А. Дисперсия групповых скоростей волн Рэлея и Лява и анизотропные свойства мантии азиатского континента // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 4. С. 553−565. https://doi:10/15372/GIG20180410
  4. Серебкина А.И., Соловей О.А. Анизотропные свойства верхней мантии Центральной Азии по данным дисперсии групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 2. С. 413−426. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-2-0354
  5. Филиппова А.И., Соловей О.А. Поверхностно-волновая томография Юго-Восточной Азии // Геофизические процессы и биосфера. 2021а. Т. 20. № 1. С. 50−60. https://doi.org/10.21455/GPB2021.1-5
  6. Филиппова А.И., Соловей О.А. Глубинное строение Юго-Восточной Азии по данным групповых скоростей волн Рэлея: 3D изотропная модель распределения скоростей S-волн в верхней мантии // Геотектоника. 2021б. № 4. С. 104−116. https://doi.org/10.31857/S0016853X21040068
  7. Филиппова А.И., Соловей О.А. Поверхностно-волновая томография Кольского полуострова и сопредельных территорий по данным групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 504. № 2. С. 177−182. https://doi.org/10.31857/S2686739722060068
  8. Яновская Т.Б. Развитие способов решения задач поверхностно-волновой томографии на основе метода Бейкуса-Гильберта // Вычислительная сейсмология. 2001. Вып. 32. С. 11–26.
  9. Яновская Т.Б. Поверхностно-волновая томография в сейсмологических исследованиях. СПб.: Наука. 2015. 167 с.
  10. Яновская Т.Б., Кожевников В.М. Анизотропия верхней мантии Азиатского континента по групповым скоростям волн Ралея и Лява // Геология и геофизика. 2006. Т. 47. С. 622–629.
  11. Яновская Т.Б., Лыскова Е.Л., Королева Т.Ю. Радиальная анизотропия верхней мантии Европы по данным поверхностных волн // Физика Земли. 2019. № 2. С. 3–14. https://doi.org/10.31857/S0002-3337201923-14
  12. Anderson D.L. 1961. Elastic wave propagation in layered anisotropic media // Journal of Geophysical Research. 1961. V. 66. № 9. P. 2953–2963. https://doi.org/10.1029/JZ066i009p02953
  13. Auer L., Boschi L., Becker T., Nissen-Meyer T., Giardini D. Savani: a variable resolution whole-mantle model of anisotropic shear velocity variations based on multiple data sets // Journal of Geophysical Research. 2014. V. 119 (4). P. 3006–3034. https://doi.org/10.1002/2013JB010773
  14. Babuska V., Cara M. Seismic anisotropy in the Earth // Springer. Dordrecht. 1991. 219 p. https://doi.org/10.1007/978-94-011-3600-6
  15. Backus G., Gilbert F. Numerical application of formalism for geophysical inverse problems // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1967. V. 13. P. 247–276. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1967.tb02159.x
  16. Backus G., Gilbert F. The resolving power of gross Earth data // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1968. V. 16. P. 169–205. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1968.tb00216.x
  17. Behera L., Sain K. Crustal velocity structure of the Indian Shield from deep seismic sounding and receiver function studies // J. Geol. Soc. India. 2006. V. 68. P. 989–992.
  18. Bird P. An updated digital model of plate boundaries // Geochem. Geophys. Geosyst. 2003. V. 4. № 3. P. 1027. 10.1029/2001GC000252' target='_blank'>https://doi: 10.1029/2001GC000252
  19. Calais E., Dong L., Wang M., Shen Z., Vergnolle M. Continental deformation in Asia from a combined GPS solution // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. L24319. 10.1029/2006GL028433' target='_blank'>https://doi: 10.1029/2006GL028433
  20. Chang S.-J., van der Lee S., Matzel E., Beille H. Radial anisotropy along the Tethyan margin // Geophys. J. Int. 2010. V. 182. № 2. P. 1013–1024. 10.1111/j.1365-246X.2010.04662.x' target='_blank'>https://doi: 10.1111/j.1365-246X.2010.04662.x
  21. Chang S.-J., Ferreira A.M., Ritsema, Heijst H.J., Woodhous J.H. Globally radially anisotropic mantle structure from multiple datasets: A review, current challenges, and outlook // Teetonophysics. 2014. V. 617. P. 1–19. http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2014.01.033
  22. Chang S.-J., Ferreira A.M., Ritsema J., Heijst H.J., Woodhouse J.H. Joint inversion for global isotropic and radially anisotropic mantle structure including crustal thickness perturbations // J. geophys. Res. 2015. V. 120. № 6. P. 4278–4300. https://doi.org/10.1002/2014JB011824
  23. Chen Y., Badal J., Zhang Z. Radial anisotropy in the crust and upper mantle beneath the Qinghai-Tibet Plateau and surrounding regions // J. Asian Earth Sci. 2009. V. 36. № 4–5. P. 289–302. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2009.06.011
  24. Debayle E., Ricard Y. A global shear velocity model of the upper mantle from fundamental and higher Rayleigh mode measurements // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B10308. https://doi.org/10.1029/2012JB009288
  25. Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary Reference Earth Model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V. 25. № 4. P. 297–356. https://doi.org/10.1016/0031-9201(81)90046-7
  26. Ekström G. A global model of Love and Rayleigh surface wave dispersion and anisotropy, 25–250 s // Geophys. J. Int. 2011. V. 187. P. 1668–1686. 10.1111/j.1365-246X.2011.05225.x' target='_blank'>https://doi: 10.1111/j.1365-246X.2011.05225.x
  27. ETOPO 2022: 15 Arc-Second Global Relief Model, 2024. 10.25921/fd45-gf74' target='_blank'>https://doi: 10.25921/fd45-gf74. Available from https://www.ncei.noaa.gov/products/etopo-global-relief-model. Last accessed 15 February 2024.
  28. Fouch M., Rondaney S. Seismic anisotropy beneath stable continental interiors // Phys Earth Planet Inter. 2006. V. 158 (2–4). P. 292–320. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2006.03.024
  29. French S., Romanowicz B. Whole-mantle radially anisotropic shear velocity structure from spectral-element waveform tomography // Geophys. J. Int. 2014. V. 199 (3). P. 1303–132. https://doi.org/10.1093/gji/ggu334
  30. Fu Y. V., Gao Y., Li A., Shi Y. Lithospheric shear wave velocity and radial anisotropy beneath the northern part of North China from surface wave dispersion analysis // Geochem. Geophys. Geosyst. 2015. V. 16. P. 2619–2636. 10.1002/2015GC005825' target='_blank'>https://doi: 10.1002/2015GC005825
  31. Jung H. Crystal preferred orientations of olivine, orthopyroxene, serpentine, chlorite, and amphibole, and implications for seismic anisotropy in subduction zones: A review // Geosciences Journal. 2017. V. 21. P. 985–1011. https://doi.org/10.1007/s12303-017-0045-1
  32. Karato S., Jung H., Katayama I., Skemer P. Geodynamic significance of seismic anisotropy of the upper mantle: new insights from laboratory studies // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2008. V. 36 P. 59–95. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.36.031207.124120
  33. Laske G., Masters G., Ma Z., Pasyanos M. Update on CRUST1.0 – A 1-degree global model of Earth’s crust // Geophys. Res. Abstracts. 15 Abstract EGU 2013–2658. 2013.
  34. Li S., Mooney W.D., Fan J. Crustal structure of mainland China from deep seismic sounding data // Teetonophysics. 2006. V. 420. P. 239–252. doi: 10.1016/j.tecto.2006.01.026
  35. Li L., Li A., Murphy M.A., Fu Y.V. Radial anisotropy beneath northeast Tibet, implications for lithosphere deformation at a restraining bend in the Kunlun fault and its vicinity // Geochem. Geophys. Geosyst. 2016. V. 17 P. 3674–3690. 10.1002/2016GC006366' target='_blank'>https://doi: 10.1002/2016GC006366
  36. Long M. Constraints on subduction geodynamics from seismic anisotropy // Rev. Geophys. 2013. V. 51 P. 76–112. https://doi.org/10.1002/rog.20008
  37. Long M., Silver P. Shear wave splitting and mantle anisotropy: measurements, interpretations, and new directions // Surv. Geophys. 2009. V. 30 P. 407–461. https://doi.org/10.1007/s10712-009-9075-1
  38. Ma J., Bunge H.-P., Thrastarson S., Fichtner A., van Herwaarden D.-P., Tian Y., Chang S.-G., Liu T. Seismic full-waveform inversion of the crust-mantle structure beneath China and adjacent regions // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2022. V. 127. e2022JB024957. https://doi.org/10.1029/2022JB
  39. Ma J., Bunge H.-P., Fichtner A., Chang S.-J., Tian Y. Structure and dynamics of lithosphere and asthenosphere in Asia: A seismological perspective // Geophysical Research Letters. 2023. V. 50. e2022GL101704. https://doi.org/10.1029/2022GL101704
  40. Mainprice D., Nicolas A. Development of shape and lattice preferred orientations: application to the seismic anisotropy of the lower crust // Journal of Structural Geology. 1989. V. 11. № 1–2. P. 175–189. https://doi.org/10.1016/0191-8141(89)90042-4
  41. Montagner J.-P., Anderson D.L. Constrained reference mantle model // Phys. Earth Planet. Inter. 1989. V. 58. P. 205–227. https://doi.org/10.1016/0031-9201(89)90055-1
  42. Montagner J.-P., Kennett B.L.N. How to reconcile body-wave and normal-mode reference Earth models // Geophys. J. Int. 1996. V. 125. P. 229–248. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1996.tb06548.x
  43. Panning M.P., Lekić V., Romanowicz B. Importance of crustal corrections in the development of a new global model of radial anisotropy // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. B12325. http://dx.doi.org/10.1029/2010JB007520
  44. Priestley K., McKenzie D., Ho T. A lithosphere-asthenosphere boundary – a global model derived from multimode surface-wave tomography and petrology. Lithospheric Discontinuities / Yuan H., Romanowicz B. (eds.). AGU, Geophysical Monograph Series. Chapter 6. 2019. P. 111–123. https://doi.org/10.1002/9781119249740.ch6
  45. Restelli F., Koelemeijer P., Ferreira A.M.G. Normal mode observability of radial anisotropy in the Earth’s mantle // Geophys. J. Int. 2023. V. 233. P. 663–679. https://doi.org/10.1093/gji/ggac474
  46. Ritzwoller M.H., Levshin A.L. Eurasian surface wave tomography: Group velocities // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 4839–4878. https://doi.org/10.1029/97JB02622
  47. Sannikov K.Yu., Lyskova E.L., Sannikov A.K. On peculiarities of radial anisotropy distribution in the European region from surface wave tomography. Problems of Geocosmos 2024. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2025. (in press)
  48. Schaeffer AJ, Lebedev S Global shear speed structure of the upper mantle and transitional zone // Geophys. J. Int. 2013. V. 194. P. 417–449. 10.1093/gji/ggt095' target='_blank'>https://doi: 10.1093/gji/ggt095
  49. Sengör A.M.C., Natal'in B.A., Burman V.S. Evolution of the Altaid tectonic collage and Palaeozoic crustal growth in Eurasia // Nature. 1993. V. 364. P. 299–307. https://doi.org/10.1038/364299a0
  50. Seredkina A. S-wave velocity structure of the upper mantle beneath the Arctic region from Rayleigh wave dispersion data // Phys. Earth Planet. Inter. 2019. V. 290. P. 76–86. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2019.03.007
  51. Seredkina A.I., Kozhevnikov V.M., Melnikova V.I., Solovey O.A. Seismicity and S-wave velocity structure of the crust and the upper mantle in the Baikal rift and adjacent regions // Phys. Earth Planet. Inter. 2016. V. 261. P. 152–160. 10.1016/j.pepi.2016.10.011' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.pepi.2016.10.011
  52. Shapiro N.M., Ritzwoller M.H. Monte-Carlo inversion for a global shear velocity model for the crust and upper mantle // Geophys. J. Inter. 2002. V. 151. № 1. P. 88–105. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2002.01742.x
  53. Tang Q., Sun W., Yoshizawa K., Fu L.-Y. Anomalous radial anisotropy and its implications for upper mantle dynamics beneath South China from multimode surface wave tomography // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2022. V. 127. e2021JB023485. https://doi.org/10.1029/2021JB023485
  54. Tanimoto T., Anderson D.L. Mapping convection in the mantle // Geophys. Res. Lett. 1984. V. 11. P. 287–290. https://doi.org/10.1029/GLO11004p00287
  55. Tao K., Grand S. P., Niu F. Seismic structure of the upper mantle beneath eastern Asia from full waveform seismic tomography // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2018. V. 19. P. 2732–2763. https://doi.org/10.1029/2018GC007460
  56. Tesoniero A., Auer L., Boschi L., Cammarano F. Hydration of marginal basins and compositional variations within the continental lithospheric mantle inferred from a new global model of shear and compressional velocity // J. Geophys. Res. 2015. V. 120 (11). P. 7789–7813. https://doi.org/10.1002/2015JB012026
  57. Wang W., Qiao X., Yang Y., Wang D. Present-day velocity field and block kinematics of Tibetan Plateau from GPS measurements // Geophys. J. Int. 2017. V. 208. P. 1088–1102. 10.1093/gji/ggw445' target='_blank'>https://doi: 10.1093/gji/ggw445
  58. Witek M., Chang S.-J., Lim D.Y., Ning S., Ning J. Radial anisotropy in East Asia from multimode surface wave tomography // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2021. V. 126. e2020JB021201. https://doi.org/10.1029/2020JB021201
  59. Yanovskaya T.B., Antonova L.M., Kozhevnikov V.M. Lateral variations of the upper mantle structure in Eurasia from group velocities of surface waves // Phys. Earth Planet. Int. 2000. V. 122. P. 19–32. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(00)00184-9
  60. Yanovskaya T.B., Kozhevnikov V.M. 3D S-wave velocity pattern in the upper mantle beneath the continent of Asia from Rayleigh wave data // Phys. Earth Planet. Int. 2003. V. 138. P. 263–278. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(03)00154-7
  61. Zhao D., Yu S., Liu X. Seismic anisotropy tomography: New insight into subduction dynamics // Gondwana Research. 2016. V. 33. P. 24–43. http://dx.doi.org/10.1016/j.gr.2015.05.008
  62. Zhao D., Liu X., Wang Z., Gou T. Seismic anisotropy tomography and mantle dynamics // Surv. Geophys. 2023. V. 44. P. 947–982. https://doi.org/10.1007/s10712-022-09764-7
  63. Zhou Y., Nolet G., Dahlen F.A., Laske G. Global upper-mantle structure from finite-frequency surface-wave tomography // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B04304. 10.1029/20051B003677' target='_blank'>https://doi: 10.1029/20051B003677
  64. Zhou L., Xie J., Shen W., Zheng Y., Yang Y., Shi H., Ritzvoller M.H. The structure of the crust and uppermost mantle beneath South China from ambient noise and earthquake tomography // Geophys. J. Int. 2012. V. 189. P. 1565–1583. doi: 10.1111/j.1365-246X.2012.05423.x

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».