A Failed Rift: A Comprehensive Seismic Investigation of the - PowerPoint PPT Presentation

A ¡Failed ¡Rift: A ¡Comprehensive ¡Seismic ¡Investigation ¡of ¡the ¡Mid-­‑Continent ¡ Rift ¡from ¡USArry and ¡SPREE Weisen Shen, ¡Douglas ¡Wiens, ¡Ghassan Aleqabi, ¡Michael ¡Wysession Suzan ¡van-­‑der ¡Lee, ¡Hao Zhang, ¡Seth ¡Stein Andrew ¡Frederiksen, ¡Fiona ¡Darbyshire Emily ¡Wolin and ¡Trevor ¡Bollmann GSA2016. ¡PRECAMBRIAN ¡EVOLUTION ¡AND ¡MINERAL ¡RESOURCES ¡OF ¡THE ¡MIDCONTINENT ¡RIFT ¡REGION: ¡ IN ¡HONOR ¡OF ¡WILLIAM ¡J. ¡HINZE

Wilson ¡Cycle

Wilson ¡Cycle

At ¡the ¡stage ¡of ¡sea ¡floor ¡ spreading ¡… Active Inactive Lau ¡back-­‑arc ¡basin Sea ¡of ¡Japan

A ¡Dynamic ¡System ¡can ¡die ¡at ¡ stage ¡of ¡continental ¡rifting Active Inactive East ¡Africa ¡Rift A ¡FAILED ¡RIFT: Midcontinent ¡ Rift ¡(MCR)

A ¡Failed ¡Rift 1. Background 2. What ¡We ¡Know ¡About ¡MCR ¡from ¡Earthscope: Signatures ¡mapped ¡by ¡USArray • Most ¡Recent ¡Effort: ¡Results ¡from ¡SPREE • GSA2016. ¡PRECAMBRIAN ¡EVOLUTION ¡AND ¡MINERAL ¡RESOURCES ¡OF ¡THE ¡MIDCONTINENT ¡RIFT ¡REGION: ¡ IN ¡HONOR ¡OF ¡WILLIAM ¡J. ¡HINZE

What ¡we ¡know ¡about ¡MCR Igneous ¡rocks ¡~ ¡ 3000 ¡km ¡long ¡ ~ ¡ 2 ¡x ¡10^6 ¡km^3 ¡magma Volume ¡of ¡igneous ¡rock ¡is ¡comparable ¡to ¡major ¡flood ¡basalt ¡province Stein ¡et ¡al., ¡2011

What ¡we ¡know ¡about ¡MCR: ¡It ¡is ¡old ¡(~1.1 ¡Ga) Whitmeyer and ¡Karlstrom, ¡2007

Early ¡seismic ¡investigation: Normal ¡fault Thrust ¡Fault Crustal ¡thickening Cannon ¡et ¡al., ¡1989

Early ¡seismic ¡investigation: Normal ¡fault Thrust ¡Fault Crustal ¡thickening 1.3-­‑1.0 ¡Ga ¡Collisional ¡Orogeny Cannon ¡et ¡al., ¡1989

MCR ¡seen ¡by ¡USArray USArray, ¡a ¡major ¡component ¡of ¡ Earthscope project. A ¡400-­‑station ¡array ¡rolling ¡from ¡ California ¡to ¡Alaska ¡that ¡occupies ¡ ~ ¡2,000 ¡sites ¡across ¡the ¡US. ¡ The ¡dense ¡network ¡enables ¡ seismologists ¡to ¡track ¡and ¡measure ¡ seismic ¡waves ¡that ¡travel ¡across ¡US.

MCR ¡seen ¡by ¡USArray Group ¡velocity ¡map ¡of ¡US, ¡28 ¡sec Gravity ¡map

MCR ¡seen ¡by ¡USArray

MCR ¡seen ¡by ¡USArray: ¡Monte ¡Carlo ¡Inversion

MCR ¡seen ¡by ¡USArray: ¡Crustal ¡thickening ¡is ¡seen!

MCR ¡seen ¡by ¡USArray: ¡Crustal ¡thickening ¡is ¡seen! Thick ¡crust ¡is ¡found ¡beneath ¡the ¡MCR ¡!

MCR ¡seen ¡by ¡USArray: ¡Crustal ¡thickening ¡is ¡seen! Thrust ¡Fault Crustal ¡thickening

A ¡Failed ¡Rift 1. Background 2. What ¡We ¡Know ¡About ¡MCR ¡from ¡Earthscope: Signatures ¡mapped ¡by ¡USArray • Most ¡Recent ¡Effort: ¡Results ¡from ¡SPREE • GSA2016. ¡PRECAMBRIAN ¡EVOLUTION ¡AND ¡MINERAL ¡RESOURCES ¡OF ¡THE ¡MIDCONTINENT ¡RIFT ¡REGION: ¡ IN ¡HONOR ¡OF ¡WILLIAM ¡J. ¡HINZE

MCR ¡seen ¡by ¡USArray: ¡Crustal ¡thickening ¡is ¡seen! Sampling ¡to ¡the ¡rift ¡is ¡sparse ¡!

SPREE: ¡Superior ¡Province ¡Rifting ¡Earthscope Experiment Principle ¡Investigators ¡and ¡Institutions: Suzan ¡Van ¡Der ¡Lee, ¡Northwestern ¡University Justin ¡Revenaugh, ¡University ¡of ¡Minnesota ¡-­‑ Twin ¡Cities Douglas ¡Wiens, ¡Washington ¡University ¡in ¡St. ¡Louis Michael ¡Wysession, ¡Washington ¡University ¡in ¡St. ¡Louis Andrew ¡Frederiksen, ¡ Fiona ¡Darbyshire Funding ¡Source: Earthscope-­‑Science ¡Utilization Field ¡Dates: 4/2011 ¡– 8/2013 Equipment ¡Used: 83 ¡broadband ¡ stations

Advantages ¡of ¡SPREE: ¡Denser ¡sampling ¡to ¡the ¡MCR Station ¡Distance ¡ ~ ¡40-­‑50 ¡miles ¡(USArray TA) ~ ¡10 ¡miles ¡(SPREE)

Advantages ¡of ¡SPREE: ¡Denser ¡sampling ¡to ¡the ¡MCR Station ¡Distance ¡ ~ ¡40-­‑50 ¡miles ¡(USArray TA) ~ ¡10 ¡miles ¡(SPREE) Dense ¡sampling ¡to ¡the ¡rift

Advantages ¡of ¡SPREE: ¡Expanded ¡Coverage

Four ¡observational ¡efforts ¡made ¡from ¡the ¡ data ¡analysis • Surface ¡wave ¡tomography ¡(ambient ¡ noise ¡and ¡earthquake ¡tomography). ¡ ¡ • Receiver ¡function ¡analysis • Rayleigh ¡H/V ¡ratio • Joint ¡interpretation ¡of ¡all ¡measurements GSA2016. ¡PRECAMBRIAN ¡EVOLUTION ¡AND ¡MINERAL ¡RESOURCES ¡OF ¡THE ¡MIDCONTINENT ¡RIFT ¡REGION: ¡ IN ¡HONOR ¡OF ¡WILLIAM ¡J. ¡HINZE

Effort ¡1: ¡Surface ¡wave ¡tomography (Ghassan Aleqabi) • Ambient ¡noise ¡tomography By ¡cross-­‑correlating ¡ambient ¡ seismic ¡noise, ¡empirical ¡Green’s ¡ functions ¡(EGF) ¡are ¡obtained. Short ¡period ¡(5-­‑50 ¡sec) ¡surface ¡ waves ¡extracted ¡from ¡EGF ¡ provide ¡information ¡about ¡the ¡ crust.

Effort ¡2: ¡Receiver ¡Functions ¡ (more ¡details ¡can ¡be ¡found ¡in ¡Se Session ¡ ¡No.7 ¡ ¡10:25 ¡AM DISTINCT ¡CRUSTAL ¡STRUCTURE ¡OF ¡THE ¡NORTH ¡AMERICAN ¡MID-­‑CONTINENT ¡RIFT ¡FROM P WAVE ¡RECEIVER ¡FUNCTIONS )

Effort ¡3: ¡Rayleigh ¡wave ¡H/V ¡ Surface ¡particle ¡motion ¡of ¡Rayleigh ¡ Sensitivity of H/V wave is ¡an ¡ellipse. ¡ It ¡is ¡quantitatively ¡descried ¡by ¡ horizontal/vertical ¡raito (H/V) Sediments thickness (km) Lin et al., 2012, GRL

Effort ¡3: ¡Rayleigh ¡wave ¡H/V ¡ Northern ¡Transect Period ¡(sec) 18 ¡sec ¡H/V Southern ¡ Transect Period ¡(sec)

Effort ¡4. ¡Joint ¡interpretation ¡of ¡surface ¡wave ¡ dispersion, ¡receiver ¡functions, ¡and ¡H/V ¡ratio H/V Receiver ¡functions Surface ¡wave dispersion Station ¡SS68

Effort ¡4. ¡Joint ¡interpretation ¡of ¡surface ¡wave ¡ dispersion, ¡receiver ¡functions, ¡and ¡H/V ¡ratio Period ¡(sec) Period ¡(sec) Phase ¡Velocity H/V Period ¡(sec) Receiver ¡Functions Group ¡Velocity

Effort ¡4. ¡Joint ¡interpretation ¡of ¡surface ¡wave ¡ dispersion, ¡receiver ¡functions, ¡and ¡H/V ¡ratio Gravity ¡(mgal) Northern ¡Transect Period ¡(sec) Depth ¡to ¡Surface ¡(km) Crust Phase ¡Velocity Period ¡(sec) Mantle Group ¡Velocity

Effort ¡4. ¡Joint ¡interpretation ¡of ¡surface ¡wave ¡ dispersion, ¡receiver ¡functions, ¡and ¡H/V ¡ratio Period ¡(sec) Period ¡(sec) Phase ¡Velocity H/V Period ¡(sec) Receiver ¡Functions Group ¡Velocity

Effort ¡4. ¡Joint ¡interpretation ¡of ¡surface ¡wave ¡ dispersion, ¡receiver ¡functions, ¡and ¡H/V ¡ratio Gravity ¡(mgal) Southern ¡ Transect Period ¡(sec) Depth ¡to ¡Surface ¡(km) Phase ¡Velocity Crust Period ¡(sec) Mantle Group ¡Velocity

An ¡extra ¡layer ¡with ¡4.2-­‑4.4 ¡km/sec ¡is ¡found ¡ beneath ¡the ¡MCR Gravity ¡(mgal) Northern ¡Transect Crust Depth ¡to ¡Surface ¡(km) An ¡extra ¡layer ¡with ¡ Vsv of ¡~ ¡4.2-­‑4.4 ¡km/sec Mantle Stein ¡et ¡al., ¡2015

A ¡Failed ¡Rift Surface ¡wave ¡dispersion Receiver ¡function ¡waveforms Rayleigh ¡wave ¡amplitude ¡ratios Monte ¡Carlo ¡Joint ¡Inversion A ¡detailed, ¡high ¡resolution ¡model ¡for ¡MCR GSA2016. ¡PRECAMBRIAN ¡EVOLUTION ¡AND ¡MINERAL ¡RESOURCES ¡OF ¡THE ¡MIDCONTINENT ¡RIFT ¡REGION: ¡ IN ¡HONOR ¡OF ¡WILLIAM ¡J. ¡HINZE

Thanks ¡! Extra ¡thanks ¡to ¡Dr. ¡Hinze for ¡his ¡pioneer ¡work ¡on ¡MCR, ¡ which ¡assists ¡us ¡along ¡the ¡whole ¡journey ¡! ¡ GSA2016. ¡PRECAMBRIAN ¡EVOLUTION ¡AND ¡MINERAL ¡RESOURCES ¡OF ¡THE ¡MIDCONTINENT ¡RIFT ¡REGION: ¡ IN ¡HONOR ¡OF ¡WILLIAM ¡J. ¡HINZE

What ¡we ¡know ¡about ¡MCR: ¡It ¡is ¡big Igneous ¡rocks ¡~ ¡ 3000 ¡km ¡long ¡ ~ ¡ 2 ¡x ¡10^6 ¡km^3 ¡magma Volume ¡of ¡igneous ¡rock ¡is ¡comparable ¡to ¡major ¡flood ¡basalt ¡province Stein ¡et ¡al., ¡2015 Stein ¡et ¡al., ¡2011