An improved velocity model for the crust and upper mantle along the central mobile belt of the Newfoundland Appalachian orogen and its offshore extension

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Abstract

New modelling of wide-angle reflection-refraction data of the Canadian Lithoprobe East profile 91–1 along the central mobile belt of the Newfoundland Appalachian orogen reveals new features of the upper mantle, and establishes links in the crust and upper mantle between existing land and marine wide-angle data sets by combining onshore-offshore recordings. The revised model provides detailed velocity structure in the 30–34 km thick crust and the top 30 km of upper mantle. The lower crust is characterized by a velocity of 6.6–6.8 km/s onshore, increasing by 0.2 km/s to the northeast offshore beneath the sedimentary basins. This seaward increase in velocity may be caused by intrusion of about 4 km of basic rocks into the lower crust during the extension that formed the overlying Carboniferous basins. The Moho is found at 34 km depth onshore, rising to 30 km offshore to the northeast with a local minimum of 27 km. The data confirm the absence of deep crustal roots under the central mobile belt of Newfoundland. Our long-range (up to 450 km offset) wide-angle data define a bulk velocity of 8.1–8.3 km/s within the upper 20 km of mantle. The data also contain strong reflective phases that can be correlated with two prominent mantle reflectors. The upper reflector is found at 50 km depth under central Newfoundland, rising abruptly towards the northeast where it reaches a minimum depth of 36 km. This reflector is associated with a thin layer (1–2 km) unlikely to coincide with a discontinuity with a large cross-boundary change in velocity. The lower reflector at 55–65 km depths is much stronger, and may have similar origins to reflections observed below the Appalachians in the Canadian Maritimes which are associated with a velocity increase to 8.5 km/s. Our data are insufficient for discriminating among various interpretations for the origins of these mantle reflectors.

L'élaboration d'un nouveau modèle portant sur les données de sismique réflexion-réfraction grand-angle du profil 91–1, du transect Lithoprobe de l'Est du Canada, le long de la ceinture mobile centrale de l'orogène des Appalaches de Terre-Neuve, met en évidence de nouvelles particularités du manteau supérieur, et établit des liens à l'intérieur de la croûte et du manteau supérieur entre les ensembles de données de sismique grand-angle mesurées sur le continent et en mer, par une combinaison des enregistrements dans les domaines intracôtier et extracôtier. Le modèle révisé fournit une structure de vitesse détaillée pour la croûte dont l'épaisseur varie de 30 à 34 km, et pour les premiers 30 km du manteau supérieur. La croûte inférieure est caractérisée par une vitesse de 6,6 à 6,8 km/s dans le domaine intracôtier, augmentant de 0,2 km/s sous les bassins sédimentaires dans la partie nord-est du domaine extracôtier. La raison de cette augmentation en direction de l'océan est peut-être due à l'intrusion d'environ 4 km de roches basiques dans la croûte inférieure durant le stade de distension responsable de la formation des bassins carbonifères sus-jacents. En milieu intracôtier, le Moho se situe à une profondeur de 34 km, et en milieu extracôtier au nord-est elle n'est que de 30 km et localement de 27 km. Les données attestent l'absence de racines crustales profondes sous la ceinture mobile centrale de Terre-Neuve. Les mesures de sismique grand-angle avec grand écartement (décalage jusqu'à 450 km) procurent une vitesse globale de 8,1–8,3 km/s pour les quelque 20 km de la partie supérieure du manteau. Les données montrent en plus des images de réflexions intenses corrélables avec les réflecteurs proéminents du manteau. Le réflecteur supérieur apparaît à une profondeur d'environ 50 km sous la partie centrale de Terre-Neuve, et il s'élève très rapidement vers le nord-est où il atteint un sommet de 36 km. Ce réflecteur est associé à une couche mince (1–2 km), qui ne semble pas coïncider avec une discontinuité pouvant être due à un changement brusque de vitesse d'un côté à l'autre d'une frontière. Quant au réflecteur inférieur, il est plus intense et apparaît à la profondeur de 55–65 km, son origine est probablement identique à celle des réflexions observées sous le Domaine appalachien dans les provinces des Maritimes au Canada, associées à l'augmentation de la vitesse à 8,5 km/s. Nos données sont insuffisantes pour permettre de trancher parmi les diverses interprétations sur l'origine de ces réflecteurs dans le manteau.

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