Sismicité et volcanisme dans le Sud-Ouest du bassin arrière-arc d'Okinawa (Nord-Est Taiwan)

• Autores: Jing Yi Lin, Jean-Claude Sibuet, Shu-Kun Hsu, Chao-Shing Lee, Frauke Klingelhoefer
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 180, Nº. 2, 2009, págs. 155-170
• Idioma: francés
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• Resumen
  • English

    Most of the volcanic activities observed in the Okinawa backarc basin are linked to the subduction of the Philippine Sea plate (dehydration, upwelling of asthenosphere). We have analyzed data acquired from a passive OBS experiment and available geophysical data (magnetic anomalies, seismic profiles and onland recorded earthquakes) to determine the depth of magnetic sources, earthquake locations, crustal and lithospheric 3D velocity models, spectral analyses of P-wave and seismic tomography. The calculations of the top and bottom of magnetic sources were performed in the East China Sea and in the southern Okinawa trough. This analysis shows the presence of a thin crust along 123.3°E longitude and a thick crust beneath the Cross Backarc Volcanic Trail (CBVT) volcanic area.

    A N-S trending high-magnetization feature appears along the 123.3ºE meridian, in the northern prolongation of the Gagua ridge. On each side of this boundary, the lithospheres are characterized by differents crustal thicknesses and rheologies and the two portions of slab tear along the 123.3ºE meridian.

    In Novembre 2003, 15 ocean bottom seismometers (OBS) were deployed during a period of 12 dyas in the southwestern Okinawa trough. More than 3300 earthquakes were localized and 20 of them were simultaneously recorded by land stations. According to the distribution of the 2823 relocated hypocenters, four clusters of earthquakes were recognized. The seismicity is essentially restricted to the central part of the southwestern Okinawa trough and terminates abruptly against the N-E trending prolongation of the Lishan fault. Most of the microearthquakes are aligned along E-W trending normal faults, showing where the present-day active normal faulting occurs and how it accounts for the N-S in the Okinawa though. Accordin to the P-wave velocity spectra estimated from some deep earthquakes located beneath the CBVT, the existence of a lower crustal/upper mantle magma chamber is suggested by the presence of low frequency earthquakes in the 3-10 Hz bandwidth.

    Based on numerous earthquakes recorde by land stations and the microseismicity acquired during this cruise, two tomographic invertions were performed. (1) A low Vp, Vs but high Vp/Vs sausage-like body, about 30 km in diameter, lies within the Eurasian mantle wedge, on top of the western Ryukyu slab edge, at depths ranging between 20 and 125 km. We suggest that partial melting adn/or a H2O-rich component formed by dehydration processes form subducting sediments, oceanic crust, and serpentinized mantle belonging to the Ryukyu slab and along the vertical portion of the slab and along the vertical portion of the slab edge might explain the presence of th¡s sausage-like body. A low Vp, Vs but high Vp/Vs channel rises obliquely form the sausage-like body from depth of 40 km in direction of the andesitic Kueishantao Island. We propose the melt and/or a H2O-rich component rises up from the sausage-like body and interferes with the Okinawa trough backarc basin magmas formed in the upper mantle/lower crust of the wedge. Then, magmas propagate upward within the upper brittle crust through veins and/or narrow conduits. (2) A mantle inflow characterized by low Vp, Vs and high Vp/Vs passing through the slab tear was imaged. This melt and/or fluid component is rising obliquely from the slab tear in direction of the CBVT, of the northern slope of the southern Okinawa trough and north of Iriomote Island. In addition, the asthenospheric intake is also imaged by and inclined chip-like high Vp/Vs and low Vp, Vs body dipping northerly, which might be linked to the slab retreat.

    b-values estimations give more credit to the existence of magmatic activities illustrated by tomographic results,. High b-values were observed around the low Vp, Vs but high Vp/Vs anomalies above and along the slab tear, in the CBVT area, under the sausage-like anomaly located in the western extremity of the Ryukyu slab, and along the magma supply conduit to Kueishatantao Island.

  • français

    La plupart des activités volcaniques observées dans le bassin arrière-arc d'Okinawa s'attachent à la subduction de la plaque des Philippines. Afin d'étudier les mécanismes liés à l'ouverture du bassin d'Okinawa, nous avons analysé les données provenant d'une campagne d'écoute passive de la sismicité et les données géophysiques existantes (données magnétiques et sismiques) en utilisant plusieurs méthodes.

    Les estimations des profondeurs du toit et de la base du socle magnétique en utilisant les données des anomalies magnétiques ont été effectuées dans le bassin d'Okinawa. La croûte est amincie le long du méridien 123,3oE et est épaissie sous la région volcanique du « cross backarc volcanic trail » (CBVT). La ride de Gagua située le long du méridien 123oE sépare le bassin de Huatung et le bassin ouest-Philippin. Les lithosphères de chaque côté de cette structure sont d'âges différents. L'angle de la plaque Philippine plongeante est plus fort à l'Ouest qu'à l'Est suggérant la présence d'une déchirure du slab des Ryukyus alignée le long de 123,3oE.

    De fin novembre à début décembre 2003, 15 OBSs ont été déployés dans le sud-ouest du bassin d'Okinawa. Plus de 3300 séismes ont été localisés, dont 20 enregistrés simultanément par les réseaux à terre. En analysant la répartition de 2823 séismes sélectionnés et relocalisés, quatre essaims de séismes ont été identifiés. La plupart des séismes se ré-partissent dans l'axe du bassin. La faille de Lishan, une structure géologique majeure à terre, se prolonge dans le bassin d'Okinawa jusqu'à 123,6oE. Au nord de l'extension de la faille de Lishan, peu de séismes sont enregistrés. En analysant les spectres de vitesse des ondes P, un groupe de séismes de basse fréquence a été identifié sous la chaîne de volcans CBVT, ce qui suggère une origine magmatique pour ces séismes.

    En partant des nombreux séismes enregistrés par les réseaux terrestres et pendant cette campagne, deux inversions tomographiques ont été réalisées. (1) A l'extrémité ouest du slab des Ryukyus, une zone d'anomalie de faibles vitesses Vp, Vs et de fort rapport Vp/Vs, de 30 km d'épaisseur en forme de saucisse a été localisée sur le rebord du slab, à une profondeur variant de 20 à 125 km. Elle correspond à une zone de fusion partielle ou enrichie en eau provenant de la déshydratation du slab. Un chenal remonte de cette anomalie depuis une profondeur de 40 km en direction de l'île andé-sitique de Kueishantao, matérialisant l'alimentation magmatique de cette île. (2) Dans le bassin d'Okinawa, trois trajectoires magmatiques caractérisées par de faibles vitesses Vp, Vs et un fort rapport Vp/Vs ont été localisées vers 50 km de profondeur, au niveau de la déchirure du slab: le chenal principal remonte en direction de la chaîne volcanique transver-sale (CBVT) située à l'axe du bassin ; le deuxième chenal remonte en direction de l'arc des Ryukyus et s'arrête à une profondeur de 30 km sous l'île d'Iriomote ; le troisième chenal remonte parallèlement à la déchirure du slab. En outre, une remontée asthénosphérique en forme de langue se dirige vers l'axe du bassin. Nous suggérons que la déchirure de la plaque permet la remontée de composants exotiques et/ou d'une source thermique anormale en provenance du manteau située sous la plaque subduite, ce qui se traduit par une augmentation de l'activité volcanique dans la région.