Investigation of the seismic and seismological structure of the Alboran Sea, Western Mediterranean

Leuchters, Wiebke

The understanding of the formation history of the Alboran Sea is investigated using seismic wideangle refraction data in the East Alboran Basin in transition to the Algerian Basin and as second dataset using seismological data of the Alboran region and the surrounding onshore domains. The seismic wide-angle refraction data result in a velocity profile showing a transition from thinned continental crust to oceanic crust. The profile is tending with a length of 250 km from West to East and can be devided in three segments. The westernmost segment consists of crust where the velocity structure clearly mimics continental crust. With a thickness of 6 - 7 km is this crust extremely thinned compared to typical continental crust. The second segment in the central part of the analysed profile describes the transition from the continental to oceanic crust. The crustal thickness of the segment is up to 12 km which is due to the crossing of a topographic high, the Maimonid Ridge. The main part of this segment has a crustal velocity structure of continental crust. The transition from continental crustal velocities to oceanic crustal velocities emerge in the last few kilometers of the central segment. In the East, the third segment of the profile is identified with a crustal velocity structure typical for oceanic crust. The thickness of this segment is also in the range for typical oceanic crust with 6 - 7 km. The upper mantle velocity in the two western segments is with respect to typical continental crustal velocities with ~7.0 km/s extremely low. Also beneath the oceanic crust low upper mantle velocities of ~7.6 km/s result from the seismic modeling. These low velocities are comparable to upper mantle velocities in some arc–back-arc regions (e.g. Mariana Arc and Tonga Arc). This indicates that the Alboran Basin is a back-arc basin formed while slab rollback like the Mariana Arc where the low upper mantle velocities are a result of the formation history. The transition from thinned continental crust in the East Alboran Basin to oceanic crust in the Algerian Basin and the low upper mantle velocities in the oceanic lithosphere are a support for the Alboran Basin as back-arc basin. The transition from extremely thinned continental to oceanic crust describes the Alboran Basin as back-arc basin formed while westward slab rollback. The local seismicity in the Alboran region shows a thinning of the lithosphere from West to East. In the West, lithospheric earthquakes occur down to a depth of 30 km. The East Alboran Basin has a maximum hypocenter depth of 15 km. However, much deeper earthquakes with a depth of up to 100 km are located mostly in the western part of the West Alboran Basin. Those can be associated to the remnant slab of an extinct subduction zone. Lithospheric seismicity occuring in the Alboran Basin are mainly rupturing close to topographic features in two clustering regions. Those topographic features are the Alboran Ridge in the East of the West Alboran Basin where the hypocenters are down to 30 km and the Carboneras Fault in the East Alboran Basin with hypocenter depths down to 15 km. Both datasets, the wide-angle refraction data and the seismological data, show a crustal thinning from West to East. Additionally to the seismic velocity structure and the lithospheric seismicity, the deep earthquakes in the West of the West Alboran Basin provide further information for the Alboran Basin as it was available before. The slab rollback theory as formation history of the basin is supported by the datasets.

Das Verständnis der Entstehungsgeschichte der Alboran See wurde mittels geophysikalischer Methoden untersucht. Hierzu wurden seismische Weitwinkel-Refraktionsdaten im östlichen Alboran Becken im Übergang zum Algerischen Becken und ein zweiter Datensatz bestehend aus seismologischen Daten der Alboran Region und umgebenden Landregionen verwendet. Die seismischen Weitwinkel-Refraktionsdaten ergeben ein krustales Geschwindigkeitsmodell in dem der Übergang von ausgedünnter kontinentaler Kruste zu ozeanischer Kruste dargestellt wird. Das Profil ist mit einer Länge von 250 km von West nach Ost ausgerichtet und kann in drei Segmente unterteilt werden. Der westlichste Teil des Profils besteht aus Kruste in der die Geschwindigkeitsstruktur klar kontinentale Kruste abbildet. Im Vergleich zu typischer kontinentaler Kruste ist diese Kruste mit 6 - 7 km Dicke extrem ausgedünnt. Das zweite Segment welches den zentralen Teil des seismischen Profils beinhaltet beschreibt den Übergang von kontinentaler zu ozeanischer Kruste. Dieses Segment weist eine krustale Dicke von bis zu 12 km auf, wobei die hohe Dicke seine Ursache in der auf dem Profil liegenden topographischen Erhebung, dem Maimonid Rücken, hat. Hauptsächlich beträgt die krustale Geschwindigkeit des zentralen Segments die von kontinentaler Kruste. Der Übergang von kontinentalen Geschwindigkeiten zu ozeanischen Geschwindigkeiten entwickelt sich innerhalb weniger Kilometer im östlichsten Teil des zentralen Segment. Das dritte Segment besteht aus dem östlichsten Teil des seismischen Profils. Ein krustales Geschwindigkeitsprofil, welches typische ozeanische Kruste abbildet ergibt sich hier aus der Modellierung. Die krustale Dicke von 6 - 7 km ist ebenfalls typisch für ozeanische Kruste. In den beiden westlichen Segmenten ist die seismische Geschwindigkeit im oberen Mantel mit 7 km/s extrem niedrig. Unterhalb der ozeanischen Kruste im östlichen Segment ergibt sich aus der Modellierung ebenfalls eine niedrige seismische Geschwindigkeit des oberen Mantels mit 7.6 km/s. Beide niedrigen Geschwindigkeiten lassen sich zu Geschwindigkeiten im oberen Mantel von einigen Arc–Backarc-Strukturen vergleichen (z.B. Marianen Bogen und Tonga Bogen). Dieses deutet an, daß das Alboran Becken ein Backarc-Becken ist welches wie der Marianen Bogen durch Zurückweichen der abtauchenden ozeanischen Platte (“slab rollback”) entstand. Die niedrigen seismischen Geschwindigkeiten im oberen Mantel sind ein Ergebnis aus der Formationsgeschichte des Backarc-Beckens. Der Übergang von dünner kontinentaler Kruste im östlichen Alboran Becken zu ozeanischer Kruste im Algerischen Becken und die niedrigen oberen Mantelgeschwindigkeiten unterstützen die Interpretation des Alboran Beckens als Backarc-Becken. Der Bereich entlang des seismischen Profils mit extrem ausgedünnter kontinentaler Kruste zu ozeanischer Kruste beschreibt das Alboran Becken als Backarc-Becken welches durch das westwärtige Zurückweichen der abtauchenden ozeanischen Platte gebildet wurde. Die lokale Seismizität in der Alboran Region stellt eine Ausdünnung der Lithosphäre von West nach Ost dar. Lithosphärische Beben im westlichen Alboran Becken treten in einer Tiefe von bis zu 30 km auf. Im östlichen Alboran Becken wurden Beben mit einer maximalen Tiefe von 15 km lokalisiert. Die tiefsten Beben in der Alboran Region mit einer Tiefe bis 100 km treten hauptsächlich im westlichen Teil des westlichen Alboran Beckens auf. Diese Erdbeben können auf die Reste der Lithosphärenzunge der früheren Subduktionszone zurückgeführt werden. Die lithosphärische Seismizität des Alboran Beckens tritt hauptsächlich nahe von topographischen Strukturen auf. Diese verteilen sich in zwei Bereiche. Zum einen entlang des Alboran Rückens im Osten des westlichen Alboran Beckens mit bis zu 30 km tief liegenden Hypozentren und zum anderen nahe der Carbonera Verwerfung im östlichen Alboran Becken mit Beben in bis zu 15 km Tiefe. Beide Datensätze, die seismischen Weitwinkel-Refraktionsdaten und die seismologischen Daten, zeigen eine krustale Verdünnung von West nach Ost. Zusätzlich zu der seismischen Geschwindigkeitsstruktur und der lithosphärischen Seismizität werden mit den tieferen Erdbeben im westlichen Teil des westlichen Alboran Beckens weitere Informationen für das Alboran Becken bereitgestellt als bisher vorhanden waren. Diese Daten unterstützen das westwärtige Zurückweichen der abtauchenden ozeanischen Platte als Formationsgeschichte des Alboran Beckens.

Cite

Citation style:

Leuchters, Wiebke: Investigation of the seismic and seismological structure of the Alboran Sea, Western Mediterranean. 2014.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export