Factors influencing seismic wave attenuation in the lithosphere in continental rift zones

Abstract

Attenuation of seismic waves in the crust and the upper mantle has been studied in three global rift systems: the Baikal rift system (Eurasia), the North Tanzanian divergence zone (Africa) and the Basin and Range Province (North America). Using the records of direct and coda waves of regional earthquakes, the single scattering theory [Aki, Chouet, 1975], the hybrid model from [Zeng, 1991] and the approach described in [Wennerberg, 1993], we estimated the seismic quality factor (QC), frequency parameter (n), attenuation coefficient (δ), and total attenuation (QT). In addition, we evaluated the contributions of two components into total attenuation: intrinsic attenuation (Qi), and scattering attenuation (Qsc). Values of QC are strongly dependent on the frequency within the range of 0.2-16 Hz, as well as on the length of the coda processing window. The observed increase of QC with larger lengths of the coda processing window can be interpreted as a decrease in attenuation with increasing depth. Having compared the depth variations in the attenuation coefficient (δ) and the frequency (n) with the velocity structures of the studied regions, we conclude that seismic wave attenuation changes at the velocity boundaries in the medium. Moreover, the comparison results show that the estimated variations in the attenuation parameters with increasing depth are considerably dependent on utilized velocity models of the medium. Lateral variations in attenuation of seismic waves correlate with the geological and geophysical characteristics of the regions, and attenuation is primarily dependent on the regional seismic activity and regional heat flow. The geological inhomogeneities of the medium and the age of crust consolidation are secondary factors. Our estimations of intrinsic attenuation (Qi) and scattering attenuation (Qsc) show that in all the three studied regions, intrinsic attenuation is the major contributor to total attenuation. Our study shows that the characteristics of seismic wave attenuation in the three different rift systems are consistent with each other, and this may suggest that the lithosphere in the zones of these different rift systems has been modified to similar levels.Key words: Baikal rift system; East African rift system; North American Basin and Range Province ; attenuation of seismic waves; seismic quality factor; seismicity; coda waves; intrinsic attenuation; scattering attenuation; heat flow GEODYNAMICS & TECTONOPHYSICS P U B L I S H E D B Y T H E I N S T I T U T E O F T H E E A R T H ' S C R U S T S I B E R I A N B R A N C H O F R U S S I A N A C A D E M Y O F S C I E N C E

Seismic Wave Attenuation in the Lithosphere of Priamurye

“…По всей видимости, одной из основных причин неучёта актуальных значений сейсмической до-бротности при создании карт ОСР-2016 было то, что для большей части территории России расчётов добротности литосферы не проводилось. Достаточно подробно исследованы лишь несколько регионов: прибайкальский регион [4,[15][16][17], Северный Кавказ и Предкавказье [2,7], Камчатка [1,3], Сахалин [6]. Автору известно лишь два обзорных построения [23,24], в которых добротность была рассчитана для всей территории Евразии по коде L g -волн.…”

“…Высокие значения сейсмической добротности в литосфере континентального типа характерны преимущественно для платформенных областей и свидетельствуют о низком уровне тектонической активности. Низкие значения добротности, напротив, характерны для более молодых структур и зачастую соотносятся с зонами с умеренным и высоким сейсмическим потенциалом [17].…”

Spatial Variations of Seismic Wave Attenuation in the South Baikal Basin and Adjacent Areas (Baikal Rift)

“…Воздействие аномального вещества мантии могло проявиться во флюидизации земной коры и верхней мантии под южной частью Южнобайкальской впадины, что, по-видимому, и привело к увеличению затухания сейсмических волн в этой области. Результаты более ранних исследований затухания сейсмических волн в литосфере юго-западного фланга Байкальской рифтовой системы [Dobrynina, 2011;Dobrynina et al, 2011Dobrynina et al, , 2016aDobrynina et al, , 2016bDobrynina et al, , 2017 выявили зависимость затухания от сейсмической активности и теплового потока и, в меньшей степени, от плотности разломов и возраста консолидации коры. Необходимо отметить, что в указанных работах расчеты параметров затухания сейсмических волн и их сопоставление с геолого-геофизическими характеристиками проводились для отдельных структурных единиц (рифтовых впадин, горных поднятий, межвпадинных перемычек и пр.)…”

“…Согласно полученным закономерностям, промышленные взрывы характеризуются максимумом излучения в области низких частот (<1 Гц) в отличие от слабых землетрясений, а также более быстрым спадом амплитуды коды со временем, что соответствует полученным в настоящей работе результатам. Также при сравнительном анализе затухания сейсмических волн от землетрясений, произошедших на разных глубинах (верхняя и средняя кора), показано, что наибольшее затухание наблюдается при локализации очагов землетрясений в верхней коре (глубина ~3 км) по сравнению со средней при прочих равных условиях [Dobrynina et al, 2017]. Другими словами, верхняя часть коры максимально неоднородна, и положение гипоцентра источника оказывает существенное влияние на результаты оценки затухания сейсмических волн [Spudich, Iida, 1993;Gusev, 1995].…”

“…С использованием сильного виброисточника для Забайкалья получены значения затухания для продольных волн, распространяющихся вдоль и вкрест простирания разломов [Emanov et al, 1999]. Авторами также ранее проводились работы по оценке затухания по сейсмической коде и прямым P-и S-волн для рассматриваемой территории [Dobrynina, 2011;Dobrynina et al, 2011Dobrynina et al, , 2016aDobrynina et al, , 2016bDobrynina et al, , 2017.…”