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Lithospheric low-velocity zones associated with a magmatic segment of the Tanzanian Rift, East Africa

Authors :
K. Mtelela
Sophie Peyrat
M. Plasman
B. Le Gall
Christel Tiberi
Stéphanie Gautier
G. Kianji
G. D. Mulibo
S. W. Roecker
Julie Albaric
Julie Perrot
Sophie Hautot
Michael Msabi
Remigius Gama
Jacques Déverchère
Cynthia Ebinger
F. Wambura
A. Muzuka
Pascal Tarits
Laboratoire Géosciences Océan (LGO)
Université de Brest (UBO)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Brest (IFREMER Centre de Bretagne)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)
Géosciences Montpellier
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université des Antilles (UA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of Rochester [USA]
Laboratoire Chrono-environnement - CNRS - UBFC (UMR 6249) (LCE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
Rensselaer Polytechnic Institute (RPI)
University of Dar Es Salaam
Nelson Mandela African Institute of Science and Technology [Arusha] (NM-AIST)
Uppsala University
Ellidiss Technologies [Brest]
Ellidiss Technologies
Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université des Antilles (UA)
Laboratoire Chrono-environnement - UFC (UMR 6249) (LCE)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Brest (IFREMER Centre de Bretagne)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Géosciences Océan ( LGO )
Université de Bretagne Sud ( UBS ) -Université de Brest ( UBO ) -Institut Universitaire Européen de la Mer ( IUEM )
Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Université de Brest ( UBO ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Université des Antilles et de la Guyane ( UAG ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Risques ( Géosciences Montpellier )
Université des Antilles et de la Guyane ( UAG ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université des Antilles et de la Guyane ( UAG ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Laboratoire Chrono-environnement ( LCE )
Université Bourgogne Franche-Comté ( UBFC ) -Université de Franche-Comté ( UFC ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Rensselaer Polytechnic Institute ( RPI )
Nelson Mandea Institute of Science and Technology, Arusha
University of Uppsala
Source :
Geophysical Journal International, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2017, 210 (1), pp.465-481. ⟨10.1093/gji/ggx177⟩, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2017, 210 (1), pp.465-481. 〈10.1093/gji/ggx177〉, Geophysical Journal International (0956-540X) (Oxford Univ Press), 2017-07, Vol. 210, N. 1, P. 465-481
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; Rifting in a cratonic lithosphere is strongly controlled by several interacting processes including crust/mantle rheology, magmatism, inherited structure and stress regime. In order to better understand how these physical parameters interact, a 2 yr long seismological experiment has been carried out in the North Tanzanian Divergence (NTD), at the southern tip of the eastern magmatic branch of the East African rift, where the southward-propagating continental rift is at its earliest stage. We analyse teleseismic data from 38 broad-band stations ca. 25 km spaced and present here results from their receiver function (RF) analysis. The crustal thickness and Vp/Vs ratio are retrieved over a ca. 200 × 200 km2 area encompassing the South Kenya magmatic rift, the NTD and the Ngorongoro-Kilimanjaro transverse volcanic chain. Cratonic nature of the lithosphere is clearly evinced through thick (up to ca. 40 km) homogeneous crust beneath the rift shoulders. Where rifting is present, Moho rises up to 27 km depth and the crust is strongly layered with clear velocity contrasts in the RF signal. The Vp/Vs ratio reaches its highest values (ca. 1.9) beneath volcanic edifices location and thinner crust, advocating for melting within the crust. We also clearly identify two major low-velocity zones (LVZs) within the NTD, one in the lower crust and the second in the upper part of the mantle. The first one starts at 15–18 km depth and correlates well with recent tomographic models. This LVZ does not always coexist with high Vp/Vs ratio, pleading for a supplementary source of velocity decrease, such as temperature or composition. At a greater depth of ca. 60 km, a mid-lithospheric discontinuity roughly mimics the step-like and symmetrically outward-dipping geometry of the Moho but with a more slanting direction (NE–SW) compared to the NS rift. By comparison with synthetic RF, we estimate the associated velocity reduction to be 8–9 per cent. We relate this interface to melt ponding, possibly favouring here deformation process such as grain-boundary sliding (EAGBS) due to lithospheric strain. Its geometry might have been controlled by inherited lithospheric fabrics and heterogeneous upper mantle structure. We evidence that crustal and mantle magmatic processes represent first order mechanisms to ease and locate the deformation during the first stage of a cratonic lithospheric breakup.

Details

Language :
English
ISSN :
0956540X and 1365246X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Geophysical Journal International, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2017, 210 (1), pp.465-481. ⟨10.1093/gji/ggx177⟩, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2017, 210 (1), pp.465-481. 〈10.1093/gji/ggx177〉, Geophysical Journal International (0956-540X) (Oxford Univ Press), 2017-07, Vol. 210, N. 1, P. 465-481
Accession number :
edsair.doi.dedup.....52edebaafc8054f8bbfc217ff0165211