Determination of upper mantle heterogeneity beneath Aegean-Anatolian region from travel time tomography

Abstract

Bu çalışmanın amacı, teleseismik tomografi kullanarak Ege-Anadolu bölgesi üst mantosunun heterojenliğini tespit etmektir. Ocak 2004 ile Aralık 2015 arasında M>5.5 olan 798 teleseismik depremden oluşan bir veri seti hazırlanmıştır. Hesaplamalarda, kalıcı ve geçici ağlara ait 417 istasyon ve 64.000'den fazla P fazı kullanılmıştır. ak135 hız modelini göre çapraz korelasyon tekniği kullanılarak P dalgalarının bağıl hareket süreleri hesaplanmıştır.Tomografik görüntüler ak135 hız modeline göre pertürbasyonlar olarak hesaplanmaktadır. Seyahat sürelerinin düz hesaplanmasında, Eikonal denkleminin çözümüne dayanan FMM olarak adlandırılan bir algoritma kullanılır. İnversiyon, Subspace inversiyon yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir. Tomografi için optimum parametreleri (sönüm ve yumuşatma) seçmek amacıyla trade-off eğrisi çizilerek ve çeşitli sentetik testler yapılarak çözünürlük ve model pürüzlülüğü araştırıldı. Tomografi görüntüleri 700 km derinliğe ulaştı.Hesaplanan tomografik görüntüler Ege-Anadolu bölgesinde heterojen bir üst manto yapısı göstermektedir. Sonuçlar daha önce yayınlanmış görüntülere benzer ancak çalışma alanı için daha yüksek çözünürlük sağlar. Hem Ege hem de Kıbrıs dalma-batma zonları 700 km derinliğe kadar görüntülendi. İki alt bölge arasındaki yırtılmanın (Pliny-Strabo Yırtığı) 660 km süreksizliğe ulaştığı açıkça gözlenmektedir. Paphos Transform Fayı çevresindeki Kıbrıs dalan levhası üzerinde daha küçük ölçekte bir yırtık (Antalya Körfezi Yırtığı) gözlenmektedir. Anadolu plakası, kalınlığı batıdan doğuya doğru artan düşük hızlı manto malzemesi üzerinde görülmektedir. Kuzey Anadolu Fayı'nın kuzeybatı bloğu (KAF) 100-200 km derinliğe kadar gözlemlenebilen yüksek hızlı bir cisim olarak görülmektedir. Kuzey Anadolu Fayı'nın kuzeyi ve güneyi arasında keskin bir hız kontrastına görülmektedir.

The objective of this work is to determine the heterogeneities of the upper mantle in the Aegean-Anatolian domain using teleseismic tomography. A waveform dataset was prepared from 798 teleseismic earthquakes with magnitudes greater than 5.5 between January 2004 and December 2015. 417 stations from permanent and temporary networks with more than 64,000 direct P phases are used in the computations. The relative travel times of P waves with respect to the ak135 (Kennett et al. 1995) earth model are computed using waveform cross-correlations technique.The tomographic images are computed as perturbations with respect to ak135 earth model. An algorithm named as fast marching method (FMM) (Sethian, 1996a, 1996b) based on the solution of Eikonal equation is used in the forward computation of the travel times. The inversion is performed using subspace inversion scheme. Trade-off curves are plotted and several synthetic tests are performed in order to select optimum parameters (damping and smoothing) for tomography and the resolution and model roughness were investigated. The tomographic images obtained to a depth of 700 km.The computed tomographic images show a heterogeneous upper mantle structure in the Aegean-Anatolian domain. The results are similar to the previously published images mostly but provides higher resolution for the study area. Both Hellenic and Cyprus subductions are imaged to the depth of 700 km. The tear (Pliny-Strabo Tear) between two subduction zones is clearly observed reaching to 660 km discontinuity. A smaller scale tear (Antalya Bay Tear) is also observed on the Cyprus slab around Paphos Transform Fault. The Anatolian plate is underlined by low velocity mantle material with thickness increasing from west to east. The northern block of the North Anatolian Fault (NAF) is observed as high velocity body observable to a depth of 100-200 km. NAF has a sharp velocity contrast between the north and south.