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A snapshot of the Queen Charlotte fault zone obtained from P-wave refraction data Horn, James R. 1982

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A Snapshot of the Queen C h a r l o t t e F a u l t Zone obtained from P-wave R e f r a c t i o n Data BY JAMES R. HORN B.A. (Honors Geology), U n i v e r s i t y of Montana, 1978 A THESIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN THE FACULTY OF GRADUATE STUDIES (DEPARTMENT OF GEOPHYSICS AND ASTRONOMY) WE ACCEPT THIS THESIS AS CONFORMING TO THE REQUIRED STANDARD THE UNIVERSITY OF March © James R. BRITISH COLUMBIA , 1982 Horn, 1982 In presenting t h i s thesis i n p a r t i a l f u l f i l m e n t of the requirements for an advanced degree at the University of B r i t i s h Columbia, I agree that the Library s h a l l make i t f r e e l y available for reference and study. I further agree that permission for extensive copying of t h i s thesis for scholarly purposes may be granted by the head of my department or by his or her representatives. I t i s understood that copying or publication of t h i s thesis for f i n a n c i a l gain s h a l l not be allowed without my written permission. Department of (Sc-opln-y s i cs /A s~fc-o»-v The University of B r i t i s h Columbia 1956 Main Mall Vancouver, Canada V6T 1Y3 Date /VI arc DE-6 (3/81) i i A B S T R A C T I n 1 9 7 9 a r e f r a c t i o n s e i s m i c s t u d y w a s c o n d u c t e d a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e , a t r a n s f o r m b o u n d a r y b e t w e e n t h e P a c i f i c a n d N o r t h A m e r i c a n p l a t e s a l o n g t h e n o r t h w e s t e r n c o a s t o f B r i t i s h C o l u m b i a . T w o e x p l o s i o n p r o f i l e s , o n e p a r a l l e l t o a n d o n e p e r p e n d i c u l a r t o t h e s t r i k e o f t h i s f a u l t z o n e w e r e r e c o r d e d o n t h r e e o c e a n b o t t o m s e i s m o g r a p h s ( O B S ' s ) a n d o n e l a n d - b a s e d s e i s m o g r a p h . T h e p a r a l l e l p r o f i l e r e c o r d e d a t o n e o f t h e O B S ' s p a s s e d e n t i r e l y o v e r o c e a n i c c r u s t . A s s u m i n g l a t e r a l h o m o g e n e i t y a l o n g t h i s p r o f i l e , o n e d i m e n s i o n a l a m p l i t u d e m o d e l l i n g o f t h e P - w a v e d a t a w i t h t h e W K B J a l o r i t h m p r o d u c e d a v e l o c i t y m o d e l w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t a n d a r d o c e a n i c c r u s t . T h e p a r t i a l l y r e v e r s e d p e r p e n d i c u l a r p r o f i l e r e c o r d e d a t 2 O B S ' s a n d t h e l a n d s t a t i o n , p a s s e d o v e r t h e f a u l t z o n e , w h i c h i n t o p o g r a p h i c c r o s s - s e c t i o n s h o w s t w o l i n e a r f a u l t e s c a r p m e n t s s e p a r a t e d b y a f l a t t e r r a c e . A n i n i t i a l v e l o c i t y s t r u c t u r e p r o v i d e d b y t i m e t e r m a n a l y s i s o f t h e c o m p l e t e d a t a - s e t w a s ' m o d i f i e d . b y ' r a y . t r a c i n g u n t i l t h e t r a v e l t i m e d a t a f o r t h e t h r e e s t a t i o n s w e r e s a t i s f i e d . T h e f i n a l v e l o c i t y m o d e l s h o w s a t e r r a c e c r u s t a l u n i t c o n s i s t i n g o f a 2 km t h i c k l a y e r w i t h a n a v e r a g e v e l o c i t y o f 3 . 9 k m / s a n d a n u n d e r l y i n g 9 km t h i c k l a y e r w i t h a n a v e r a g e v e l o c i t y o f 6 . 4 k m / s , w h i c h h a v e . l o w e r v e l o c i t i e s t h a n c o r r e s p o n d i n g l a y e r s i n t h e o c e a n i c c r u s t t o t h e w e s t ( 4 . 5 a n d 6 . 9 k m / s ) a n d i n t h e u p p e r l a y e r o f t h e c o n t i n e n t a l c r u s t t o t h e e a s t ( 4 . 4 k m / s ) . A m a n t l e w i t h a v e l o c i t y o f 7 . 9 k m / s d i p s 2 0 ° b e n e a t h t h e t e r r a c e . T h e 1 5 ° d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e f a u l t t r a c e a n d t h e r e l a t i v e p l a t e m o t i o n v e c t o r r e q u i r e s a p p r o x i m a t e l y 1 . 5 c m / y r o f c o n v e r g e n c e . U n d e r t h r u s t i n g o f o c e a n i c . c r u s t c o u l d a c c o m m o d a t e t h i s c o n v e r g e n c e a n d c o u l d l e a d t o t h e e x t e n s i v e c r u s t a l s h e a r i n g r e s p o n s i b l e f o r t h e v e l o c i t y r e d u c t i o n s i n t h e t e r r a c e c r u s t . i v T A B L E O F C O N T E N T S A B S T R A C T i i L I S T O F F I G U R E S v i A C K N O W L E D G E M E N T S v i i i C H A P T E R 1 A n I n t r o d u c t i o n 1 1.1 A t e c t o n i c h i s t o r y o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s r e g i o n . 1 1 . 2 R e c e n t t e c t o n i c s : m o t i v a t i o n s f o r a r e f r a c t i o n e x p e r i m e n t 7 C H A P T E R 2 D a t a A c q u i s i t i o n a n d P r o c e s s i n g 13 2 . 1 T h e r e f r a c t i o n e x p e r i m e n t 13 2 . 2 I n s t r u m e n t a t i o n 15 2 . 3 I n i t i a l p r o c e s s i n g 16 2 . 4 O v e r a l l t i m e a n d d i s t a n c e c o r r e c t i o n s 17 2 . 5 T o p o g r a p h y c o r r e c t i o n s 21 C H A P T E R 3 I n t e r p r e t a t i o n o f t h e M a r i n e P r o f i l e : E X 2 . . . . 24 3 . 1 C o m m e n t s o n t h e d a t a s e t a n d m o d e l l i n g m e t h o d s . . . 24 3 . 2 M o d e l l i n g o f t h e a i r g u n d a t a : p r o f i l e L A G 3 A 28 3 . 3 M o d e l l i n g o f t h e e x p l o s i o n d a t a : p r o f i l e O B S 3 - E X 2 33 3 . 4 A g e o l o g i c a l i n t e r p r e t a t i o n o f t h e E X 2 m o d e l 40 V C H A P T E R 4 I n t e r p r e t a t i o n o f t h e O n s h o r e / O f f s h o r e P r o f i l e : E X 1 45 4 . 1 C o m m e n t s o n t h e d a t a s e t , . 45 4 . 2 C o n s t r a i n t s a n d t h e i n i t i a l m o d e l 50 4 . 3 M o d e l l i n g o f p r o f i l e E X 1 52 4 . 4 A g e o l o g i c a l i n t e r p r e t a t i o n 60 C H A P T E R 5 S u m m a r y a n d D i s c u s s i o n 71 R e f e r e n c e s 74 L I S T O F F I G U R E S v i 1.1 T h e t e c t o n o s t r a t i g r a p h i c t e r r a n e s a n d f a u l t s y s t e m s o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s 2 1 . 2 A s c h e m a t i c P a l e o z o i c t o T e r t i a r y t e c t o n i c h i s t o r y o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s 4 1 . 3 P r e s e n t d a y t e c t o n i c s e t t i n g o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s 8 1 . 4 B o t t o m r e f l e c t i o n s a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e l o o k i n g s o u t h • 9 1 . 5 T h e t e c t o n i c s f r o m t h e P l i o c e n e t o P r e s e n t o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s 11 2 . 1 L o c a t i o n m a p o f t h e e x p e r i m e n t 14 2 . 2 A n e x a m p l e o f t h e d a t a f r o m O B S 3 16 2 . 3 S h o t d e p t h e s t i m a t i o n 19 3 . 1 T h e O B S 3 - E X 2 d a t a s e t 25 3 . 2 T h e a i r g u n p r o f i l e s o v e r 0 B S 3 29 3 . 3 V e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e u p p e r c r u s t b e n e a t h O B S 3 - L A G 3 A 30 3 . 4 T h e s y n t h e t i c s e c t i o n f o r O B S 3 - L A G 3 A 32 3 . 5 T h e v e l o c t i t y m o d e l s p a c e o f O B S 3 - E X 2 34 3 . 6 t h e s y n t h e t i c s e c t i o n f o r O B S 3 - E X 2 36 3 . 7 S a t i s f a c t o r y m o d e l s f o r O B S 3 - E X 2 37 v i i 3 . 8 A p p r o x i m a t e b o u n d s f o r O B S 3 - E X 2 39 3 . 9 A n i n t e r p r e t a t i o n o f t h e o c e a n i c c r u s t b e n e a t h O B S 3 - E X 2 43 4 . 1 U n f i l t e r e d r e c o r d s e c t i o n s f o r E X 1 46 4 . 2 C S P p r o f i l e s u s e d a s c o n t r a i n t s o n t h e EX1 m o d e l . . . 51 4 . 3 A r a y t r a c i n g t h r o u g h t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e f o r 0 B S 2 - E X 1 W . 54 4 . 4 A r a y t r a c i n g t h r o u g h t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e f o r 0 B S 2 - E X 1 E 56 4 . 5 A r a y t r a c i n g t h r o u g h t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o f 0 B S 1 - E X 1 57 4 . 6 A r a y t r a c i n g t h r o u g h t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e f o r I K E - E X 1 59 4 . 7 A n i n t e r p r e t a t i o n o f t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o f E X 1 . 61 4 . 8 F o l d s o f t h e t e r r a c e s e d i m e n t s 63 T a b l e 4 . 1 A n i n t e r p r e t a t i o n o f t h e v e l o c i t y s t r a t i g r a p h y o f E X 1 6 5 4 . 9 G r a v i t y m o d e l s a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e 69 v i i i A C K N O W L E D G E M E N T S I d e d i c a t e t h i s t h e s i s t o my p a r e n t s w h o s e l o v e a n d s u p p o r t t h r o u g h o u t t h e y e a r s m a d e i t a l l p o s s i b l e . M a n y t h a n k s t o D r . R . M . C l o w e s w h o s e s u p p o r t , g u i d a n c e a n d e n c o u r a g e m e n t l e d me t h r o u g h t h e b e w i l d e r i n g r e s e a r c h j u n g l e . I w o u l d - - a l s o l i k e t o t h a n k D r . R . M . E l l i s f o r h i s g u i d a n c e a n d e n c o u r a g e m e n t d u r i n g my s t u d i e s a n d f o r h i s p a t i e n t e f f o r t s r e v i e w i n g t h i s t h e s i s . I a p p r e c i a t e t h e h e l p f u l d i s c u s s i o n s w i t h D r s . R . D . H y n d m a n a n d C . J . Y o r a t h o f t h e P a c i f i c G e o s c i e n c e C e n t r e , w h o s e i d e a s g r e a t l y a i d e d my u n d e r s t a n d i n g o f t h e t e c t o n i c s o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s , a n d a l s o w i s h t o e x p r e s s my g r a t i t u d e t o C . Y . D . A u , D . N . B i r d a n d R . R . C o e n r a a d s f o r o u r m a n y d i s c u s s i o n s c o n c e r n i n g . t h i s r e s e a r c h . F i n a l l y I w i s h t o t h a n k a l l o f t h e m e m b e r s o f G e o p h y s i c s H o u s e f o r t h e i r m a n y w o n d e r f u l c o n t r i b u t i o n s t o my s a n i t y a n d e m p t y s t o m a c h . A U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a G r a d u a t e F e l l o w s h i p p r o v i d e d p e r s o n a l s u p p o r t f o r my f i r s t t w o y e a r s o f s t u d y . R e s e a r c h A g r e e m e n t s 1 7 0 - 3 - 8 0 a n d 5 9 - 3 - 8 1 f r o m t h e D e p a r t m e n t o f E n e r g y , M i n e s a n d R e s o u r c e s ( E a r t h P h y s i c s B r a n c h ) o f C a n a d a a n d O p e r a t i n g G r a n t s A 2 6 1 7 a n d A 7 7 0 7 f r o m t h e N a t u r a l S c i e n c e s a n d E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C o u n c i l o f C a n a d a p r o v i d e d t h e r e s e a r c h f u n d s f o r t h i s s t u d y . 1 C H A P T E R J_ A N I N T R O D U C T I O N 1.1 A t e c t o n i c h i s t o r y o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s r e g i o n T h e w e s t e r n c o n t i n e n t a l m a r g i n o f t h e N o r t h A m e r i c a n c o n t i n e n t h a s u n d e r g o n e a l o n g a n d c o m p l i c a t e d g e o l o g i c h i s t o r y . T w o m a j o r o r o g e n s c h a r a c t e r i z e t h e f o r m a t i o n o f t h e C a n a d i a n C o r d i l l e r a — t h e C o l u m b i a n a n d t h e P a c i f i c ( W h e e l e r e t a l . , 1 9 7 2 ) . I n b o t h c a s e s t w o o r m o r e g e o l o g i c t e r r a n e s h a d c o a l e s c e d b e f o r e a c c r e t i n g o n t o t h e N o r t h A m e r i c a n c o n t i n e n t . T h e s u b s e q u e n t c o l l i s i o n o f t h e s e t w o m a j o r l a n d m a s s e s w i t h t h e N o r t h A m e r i c a n c o n t i n e n t g a v e r i s e f i r s t t o t h e O m i n e c a c r y s t a l l i n e b e l t o f c e n t r a l B r i t i s h C o l u m b i a a n d l a t e r t o t h e C o a s t P l u t o n i c c o m p l e x . T h e e v e n t s l e a d i n g u p t o t h e P a c i f i c o r o g e n a r e i m p o r t a n t t o a n y s t u d y c o n c e r n e d w i t h t h e p r e s e n t w e s t e r n m a r g i n o f C a n a d a . -T h e w e s t e r n m a r g i n o f A l a s k a a n d B r i t i s h C o l u m b i a i s c o m p o s e d o f f o u r d i s t i n c t s t r a t i g r a p h i c t e r r a n e s : t h e A l e x a n d e r , W r a n g e l l i a , C h u g a c h a n d G r a v i n a - N u t z o t i n ( F i g u r e 1 . 1 ) . O f t h e s e t h e A l e x a n d e r a n d W r a n g e l l i a a r e t h e m o s t i m p o r t a n t t o t h e Q u e e n C h a r l o t t e r e g i o n . T h e A l e x a n d e r t e r r a n e c o n s i s t s o f a s e q u e n c e o f v o l c a n i c , p l u t o n i c a n d s e d i m e n t a r y r o c k s s p a n n i n g f r o m l a t e P r e c a m b r i a n ( ~ 6 5 0 M a ) t o . l a t e P a l e o z o i c ( ~ 2 5 0 M a ) t i m e . U p p e r T r i a s s i c CHUGACH TERRANE — Cretaceous sediments and melange TRACY ARM TERRANE — Central Gneiss complex: Late Mesozoic and Cenozoic plutons of Coast Plutonic Complex GRAVINA • NUTZOTIN BELT — Jurrasslc and Cretaceous arc volcanics and sediments TAKU TERRANE — Upper Paleozoic to Trlassic volcanics, sediments WRANGELLIA — Late Triassic to Jurassic volcanics, sediments, Paleozoic basement STIKINE TERRANE — Late Paleozoic to Jurassic volcanics, sediments ALEXANDER TERRANE — Paleozoic volcanics, sediments, plutonic rocks © Faults — 1. Chatham Strait Fault 2. Clarence Strait Fault 3. Queen Charlotte Fault 4. Beresford Bay and Langara Faults 5.Sandsplt Fault 6. Rennell Sound Fault 7. Louscoone Inlet Fault 8. Grenville Channel Fault 9. Principe Laredo Fault 10. Kltkalta Fault 11. Holberg Fault Area ot this study F i g u r e 1.1 The t e c t o n o s t r a t I g r a p h l c t e r r a n e s and f a u l t systems of the Queen C h a r l o t t e I s l a n d s Each t e r r a n e c o n s i s t s of a d i s t i n c t s t r a t ( g r a p h i c rock assemblage which has undergone the same t e c t o n i c h i s t o r y . The f a u l t systems of major importance to the Queen C h a r l o t t e I s l a n d s a r e 3.4.5,6 and 7. The t e x t b r i e f l y o u t l i n e s the h i s t o r y of these f a u l t s as d e s c r i b e d by Y o r a t h and Chase (1981). (from Y o r a t h and Chase, 1981 ) . 3 v o l c a n i c s a n d s e d i m e n t s u n c o n f o r m a b l y o v e r l i e t h e P a l e o z o i c s e c t i o n i n t h e s o u t h e r n p a r t o f t h i s t e r r a n e ( B e r g e t a l . , 1 9 7 8 ) . P a l e o m a g n e t i c s t u d i e s o f P a l e o z o i c v o l c a n i c s i n t h e A l e x a n d e r t e r r a n e ( V a n d e r V o o e t a l . , 1 9 8 0 ; V a n d e r V o o a n d C h a n n e l , 1 9 8 0 ) s u g g e s t t h a t t h i s t e r r a n e d r i f t e d a p p r o x i m a t e l y 1 8 0 0 km n o r t h r e l a t i v e t o N o r t h A m e r i c a b e t w e e n L a t e C a r b o n i f e r o u s ( ~ 2 8 0 t o 3 0 0 M a ) a n d T r i a s s i c ( ~ 1 8 0 t o 2 3 0 M a ) t i m e ( F i g u r e 1 . 2 ) . B y L a t e T r i a s s i c ( ~ 1 8 0 t o 2 0 0 M a ) i t h a d r e a c h e d i t s p r e s e n t l a t i t u d e . V a n d e r V o o e t . A l . ( 1 9 8 0 ) s u g g e s t t h a t t h e A l e x a n d e r t e r r a n e m o v e d n o r t h w a r d f r o m C a l i f o r n i a a l o n g a m a j o r t r a n s c u r r e n t f a u l t s y s t e m . O t h e r s ( Y o r a t h a n d C h a s e , 1 9 8 1 ; P r i c e a n d M o n g e r , 1 9 7 9 ) c o n t e n d t h a t t h e A l e x a n d e r t e r r a n e , i n a d d i t i o n t o t h e W r a n g e l l i a t e r r a n e , c o l l i d e d i n t o N o r t h A m e r i c a a l o n g a s u b d u c t i o n m a r g i n . T h e W r a n g e l l i a t e r r a n e c o n s i s t s o f a s e q u e n c e o f U p p e r T r i a s s i c t o M i d d l e J u r a s s i c v o l c a n i c a n d s e d i m e n t a r y r o c k s . P a l e o m a g n e t i c s t u d i e s o f T r i a s s i c a n d J u r a s s i c v o l c a n i c s w i t h i n W r a n g e l l i a ( H i l l h o u s e , 1 9 7 7 ; P a c k e r a n d S t o n e , 1 9 7 4 ; H i l d e e t a l . , 1 9 7 6 ) s u g g e s t t h a t W r a n g e l l i a h a s d r i f t e d n o r t h w a r d f r o m e i t h e r 1 5 ° N o r 1 5 ° S l a t i t u d e — t h i s a m b i g u i t y r e s u l t s f r o m u n c e r t a i n t y i n t h e p o l a r i t y r— t o i t s p r e s e n t l a t i t u d e , a j o u r n e y o f 3 0 0 0 - 6 0 0 0 k m . T h e d e s t i n i e s o f t h e s e t w o t e r r a n e s c o n v e r g e d d u r i n g t h e M i d d l e t o L a t e J u r a s s i c ( ~ 1 3 0 t o 170 M a ) . L a t e J u r a s s i c p l u t o n s i n t r u d e b o t h t h e W r a n g e l l i a t e r r a n e o n t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s ( S u t h e r l a n d B r o w n , 1 9 6 8 ; M u l l e r , 1 9 7 7 ) a n d t h e A l e x a n d e r t e r r a n e o f s o u t h e a s t e r n A l a s k a ( C o n e y e t a l . , 1 9 8 0 ) . K - A r d a t e s o f t h e s e p l u t o n s g i v e a n a v e r a g e a g e o f 144 Ma ( Y o u n g , 1 9 8 0 ) . F i g u r e 1.2 A s c h e m a t i c P a l e o z o i c to T e r t i a r y t e c t o n i c h i s t o r y of the Queen C h a r l o t t e I s l a n d s NA - the N o r t h American c o n t i n e n t b e f o r e a c c r e t i o n ; St - the St1k1ne t e r r a n e ; Ax - the A l e x a n d e r t e r r a n e ; Wr - the W r a n g e l l i a t e r r a n e ; Ch - the Chugach t e r r a n e . Arrows I n d i c a t e the approximate d i r e c t i o n s of motion. A s i n g l e l i n e w i t h o p p o s i n g arrows r e p r e s e n t s a t r a n s f o r m margin and d i r e c t i o n of s l i p ; a d o u b l e l i n e I n d i c a t e s a s p r e a d i n g margin; and a t o o t h e d l i n e I n d i c a t e s a c o n v e r g i n g margin w i t h t e e t h on the o v e r r i d i n g p l a t e (see t e x t f o r a u t h o r s r e s p o n s i b l e f o r the Ideas p r e s e n t e d 1n t h i s f i g u r e ) . 5 T h e s e s y n o r o g e n i c p l u t o n s d a t e t h e c o l l i s i o n b e t w e e n t h e W r a n g e l l i a a n d A l e x a n d e r t e r r a n e s . C l a s t s o f t h e s e p l u t o n s a n d a s s o c i a t e d v o l c a n i c s h a v e b e e n f o u n d i n t h e c o a r s e s a n d s t o n e s a n d c o n g l o m e r a t e s o f t h e L o n g a r m F o r m a t i o n ( Y o r a t h a n d C h a s e , 1 9 8 1 ) . T h e s e L o w e r C r e t a c e o u s s e d i m e n t s r e p r e s e n t a p e r i o d o f r a p i d u p l i f t a n d e r o s i o n , a s w o u l d b e e x p e c t e d n e a r a s u t u r e b e t w e e n t w o c o l l i d i n g l a n d m a s s e s . T h u s b y E a r l y C r e t a c e o u s ( ^ 1 2 0 t o 135 M a ) , W r a n g e l l i a a n d A l e x a n d e r h a d c o e l e s c e d i n t o o n e m a j o r l a n d m a s s . T h r o u g h o u t t h e M i d d l e C r e t a c e o u s t h i s c o n s o l i d a t e d t e r r a n e d r i f t e d e a s t w a r d r e l a t i v e t o N o r t h A m e r i c a a s a s e p a r a t e m i c r o c o n t i n e n t w i t h t h e L a t e C r e t a c e o u s p l u t o n i s m o f t h e C o a s t a l M o u n t a i n s , d a t e d b y R o d d i c k a n d H u t c h i s o n ( 1 9 7 4 ) a s 50 - 80 M a , s i g n a l i n g t h e e n d o f a l o n g j o u r n e y f o r t h e A l e x a n d e r a n d W r a n g e l l i a t e r r a n e s . C o l l i s i o n o f t h i s l a n d m a s s w i t h t h e N o r t h A m e r i c a n c o n t i n e n t a l o n g a s u b d u c t i o n - m a r g i n u p l i f t e d t h e C o a s t a l M o u n t a i n s ; t h e i r s u b s e q u e n t e r o s i o n s h e d c o a r s e s e d i m e n t s i n t o b a s i n s t o t h e w e s t ( C o n e y e t a l . , 1 9 8 0 ; M o n g e r a n d P r i c e , 1 9 8 1 ; Y o r a t h a n d C h a s e , 1 9 8 1 ) . S i n c e l a t e O l i g o c e n e o r e a r l y M i o c e n e ( ~ 20 - 30 M a ) , t h e now e n l a r g e d N o r t h A m e r i c a n c o n t i n e n t d r i f t e d w e s t w a r d o v e r a m a n t l e p l u m e ( Y o r a t h a n d C h a s e , 1 9 8 1 ) , w h i c h may p r e s e n t l y l i e b e n e a t h t h e e a s t e r n e n d o f t h e A n a h i m v o l c a n i c b e l t o f c e n t r a l B r i t i s h C o l u m b i a ( B e v i e r e t a l . , 1 9 7 2 ) . A s N o r t h A m e r i c a d r i f t e d o v e r t h e p l u m e , i n t r a c o n t i n e n t a l r i f t i n g g e n e r a t e d b a s i n s w i t h i n Q u e e n C h a r l o t t e S o u n d a n d H e c a t e S t r a i t ( C h a s e e t a l . , 1 9 7 5 ) . T h i s c r u s t a l a t t e n u a t i o n w a s a c c o m p a n i e d b y n o r t h w a r d m o t i o n o f t h e . Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s a l o n g t h e L o u s c o o n e I n l e t , S a n d s p i t 6 a n d Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t s y s t e m s ( Y o r a t h a n d C h a s e , 1 9 8 1 ) . T h e y s u g g e s t t h a t M o r e s b y I s l a n d t h e n m o v e d n o r t h w e s t e r l y a l o n g t h e r e a c t i v a t e d s u t u r e z o n e b e t w e e n t h e W r a n g e l l i a a n d A l e x a n d e r t e r r a n e s . T h e r e a f t e r , l e f t - l a t e r a l m o t i o n o n t h e L a n g a r a a n d B e r e s f o r d s B a y f a u l t s c a u s e d a c l o c k w i s e r o t a t i o n o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s t o t h e i r p r e s e n t l o c a t i o n . T h e d e t a i l s o f t h e p l a t e t e c t o n i c s t o t h e w e s t o f t h e n e w l y a c c r e t e d t e r r a n e s d u r i n g t h e T e r t i a r y i s l e s s c l e a r . T h e p r i m a r y e v i d e n c e f o r p l a t e m o t i o n s i n t h i s r e g i o n i s t h e c o m p l e x p a t t e r n s o f m a g n e t i c s t r i p e s o n t h e P a c i f i c , E x p l o r e r a n d J u a n d e F u c a p l a t e s . A t t e m p t i n g t o u n r a v e l t h e s e . p a ' t t e r n s , A t w a t e r ( 1 9 7 0 ) h a s r e c o n t r u c t e d p l a t e m o t i o n s a s f a r b a c k a s 80 M a . H e r m o d e l s u g g e s t s a c t i v e s u b d u c t i o n o f t h e K u l a p l a t e a t t h e A l e u t i a n t r e n c h w i t h o b l i q u e s u b d u c t i o n o r c o m p r e s s i v e s t r i k e - s l i p m o t i o n b e t w e e n t h e K u l a a n d N o r t h A m e r i c a n p l a t e s o c c u r r i n g i n t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s r e g i o n d u r i n g t h i s p e r i o d . A b o u t 20 Ma ( e a r l y M i o c e n e ) t h e N o r t h A m e r i c a n p l a t e b e g a n t o o v e r r i d e t h e t r i p l e j u n c t i o n f o r m i n g t h e j u n c t u r e o f t h e P a c i f i c , K u l a a n d F a r a l l o n p l a t e s . T h i s i n i t i a t e d d o m i n a n t r i g h t - l a t e r a l s t r i k e - s l i p m o t i o n b e t w e e n t h e P a c i f i c a n d N o r t h A m e r i c a n p l a t e s a l o n g t h e p r e s e n t Q u e e n C h a r l o t t e t r a n s f o r m f a u l t . T h i s f a u l t s y s t e m p r e s e n t l y l i e s t o t h e w e s t o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s a n d c o n t i n u e s i n t o A l a s k a a s t h e F a i r w e a t h e r f a u l t s y s t e m . T h e o v e r r u n t r i p l e j u n c t i o n may h a v e r e m a i n e d a c t i v e a s t h e m a n t l e p l u m e r e s p o n s i b l e f o r t h e l a t e O l i g o c e n e t o e a r l y M i o c e n e r i f t i n g i n Q u e e n C h a r l o t t e S o u n d a n d t h e A n a h i m v o l c a n i c b e l t . T h e e n t i r e K u l a p l a t e e v e n t u a l l y s a n k b e n e a t h N o r t h A m e r i c a . T h e r e m n a n t s :of t h e F a r a l l o n p l a t e r e m a i n a s t h e 7 J u a n d e F u c a , E x p l o r e r a n d G o r d a p l a t e s . 1 . 2 R e c e n t t e c t o n i c s : m o t i v a t i o n s f o r a r e f r a c t i o n e x p e r i m e n t A s m e n t i o n e d a b o v e t h e p r e s e n t d a y Q u e e n C h a r l o t t e t r a n s f o r m f a u l t s e p a r a t e s t h e o c e a n i c P a c i f i c p l a t e f r o m t h e c o n t i n e n t a l N o r t h A m e r i c a n p l a t e . T h e p r i n c i p a l c o m p o n e n t o f m o t i o n a l o n g t h i s f a u l t o c c u r s a s 5 . 5 c m / y r o f r i g h t - l a t e r a l s t r i k e - s l i p ( R i d d i h o u g h , 1 9 7 7 ; M i l n e e t a l . , 1 9 7 8 ) . H o w e v e r , t h e r e l a t i v e m o t i o n v e c t o r ( a z i m u t h : N 1 6 1 ° E ) b e t w e e n t h e N o r t h A m e r i c a n a n d P a c i f i c p l a t e s i n t h i s r e g i o n ( M i n s t e r e t a l . , 1 9 7 4 ; M i n s t e r a n d J o r d a n , 1 9 7 8 ) l i e s b e t w e e n 10 a n d 2 0 ° e a s t o f t h e b e a r i n g o f t h e f a u l t t r a c e ( F i g u r e 1 . 3 ) . P e r e z a n d J a c o b ( 1 9 8 0 ) s t u d i e d 19 f a u l t p l a n e s o l u t i o n s i n t h e e a s t e r n G u l f o f A l a s k a r e g i o n , o f w h i c h 15 s h o w N - S t h r u s t i n g a n d 4 S E - N W r i g h t - l a t e r a l s t r i k e - s l i p . T w o o f t h e s t r i k e - s l i p s o l u t i o n s o c c u r r i n g a l o n g t h e F a i r w e a t h e r f a u l t a l s o i n d i c a t e a p p r o x i m a t e l y 1 0 ° d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e s t r i k e o f t h e f a u l t p l a n e s a n d t h e r e l a t i v e m o t i o n v e c t o r . T h u s a c o m p o n e n t o f c o n v e r g e n c e m u s t o c c u r a l o n g t h e s o u t h e r n Q u e e n C h a r l o t t e a n d t h e F a i r w e a t h e r f a u l t s . T h i s s h o u l d r e s u l t i n e i t h e r o b l i q u e s u b d u c t i o n o f t h e P a c i f i c p l a t e , c o m p r e s s i v e d e f o r m a t i o n o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s a n d a d j a c e n t a r e a s o r a c o m b i n a t i o n t h e r e o f ( H y n d m a n a n d E l l i s , 1 9 8 1 ) . P e r e z a n d J a c o b ( 1 9 8 0 ) s u g g e s t t h a t o b l i q u e s u b d u c t i o n o f t h e P a c i f i c p l a t e b e g i n s a l o n g t h i s s e c t i o n o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t a n d t h a t M o u n t E d g e c u m b e v o l c a n o ( a p p r o x i m a t e l y 2 5 0 km NNW o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s ) i n d i c a t e s t h e p o i n t a b o v e w h i c h t h e s u b d u c t e d F i g u r e 1.3 The p r e s e n t day t e c t o n i c s e t t i n g of the Queen C h a r l o t t e I s l a n d s Pa - the P a c i f i c p l a t e ; NA - the North American p l a t e ; Ex - the Ex - the E x p l o r e r p l a t e . A s i n g l e l i n e r e p r e s e n t s a t r a n s f o r m margin. A d o u b l e l i n e r e p r e s e n t s a s p r e a d i n g margin. The r e l a t i v e motion arrow shows the motion of Pa r e l a t i v e to NA. Note the d i f f e r e n c e between t h i s v e c t o r and the Queen C h a r l o t t e f a u l t t r a c e . which r e q u i r e s a component of convergence ( a f t e r Chase et a l . , 1975; Riddihough et a l . . 1980; M i n s t e r and Jordon, 1978). 9 distance from coast (km) F i g u r e 1.4 Bottom r e f l e c t i o n s a c r o s s the Queen C h a r l o t t e f a u l t zone l o o k i n g s o u t h Two d i s t i n c t escarpments suggest the e x i s t e n c e of two major f a u l t s . No basement appears 1n the s e c t i o n . The sediments to the west of the o u t e r s c a r p l i e f l a t and c o n t i n u e u n d i s t u r b e d almost to the o u t e r f a u l t . Many l a r g e low f r e q u e n c y f o l d s d i s t u r b the sediments of the t e r r a c e and i n d i c a t e the p r e s e n c e of compression ( a f t e r Hyndman and E l l i s , 1981). p l a t e f i r s t r e a c h e s a d e p t h w h e r e m a g m a s c a n f o r m . T h e f a u l t z o n e o f f t h e w e s t c o a s t o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s c h a r a c t e r i s t i c a l l y s h o w s t w o d i s t i n c t f a u l t e s c a r p m e n t s ( F i g u r e 1 . 4 ) . W e d g e d i n b e t w e e n t h e t w o f a u l t s l i e s a s u b m a r i n e t e r r a c e , w h i c h i s e l e v a t e d n e a r l y 1 km a b o v e t h e b a s i n t o t h e w e s t . M i c r o e a r t h q u a k e a c t i v i t y d u r i n g a 10 d a y p e r i o d i n 1 9 7 9 ( H y n d m a n a n d E l l i s , 1 9 8 1 ) s u g g e s t s m o t i o n a l o n g a n e a r - v e r t i c a l f a u l t , a s s o c i a t e d w i t h t h e l a n d w a r d o r i n n e r f a u l t s c a r p ; t h e o u t e r s c a r p s h o w e d n o a c t i v i t y . T h e t e r r a c e e x h i b i t s s e v e r a l u n u s u a l c h a r a c t e r i s t i c s . 10 F i r s t l y , t h e d i s t i n c t m a g n e t i c s t r i p e s w i t h i n t h e o c e a n i c c r u s t o f t h e P a c i f i c p l a t e ( V i n e , 1 9 6 8 ) c o n t i n u e u n d i s t u r b e d u p t o t h e b a s e o f t h e o u t e r f a u l t s c a r p , b u t d o n o t c o n t i n u e o n t o t h e t e r r a c e ( C u r r i e e t a l . , 1 9 8 0 ) . S e c o n d l y , H y n d m a n e t a l . ( 1 9 8 1 ) h a v e o b s e r v e d a s i g n i f i c a n t l y l o w e r h e a t . f l o w t h r o u g h t h e t e r r a c e w h e n c o m p a r e d t o t h e o c e a n b a s i n t o t h e w e s t . T h i r d l y , C u r r i e e t a l . ( 1 9 8 0 ) n o t e d a p r o n o u n c e d f r e e a i r g r a v i t y l o w o v e r t h e t e r r a c e . A l l o f t h e s e s u g g e s t e i t h e r a t h i c k o v e r b u r d e n o f s e d i m e n t s o v e r l y i n g s h e a r e d o c e a n c r u s t o r a t h i c k e n e d c r u s t o f n o n - o c e a n i c a f f i n i t y . L a s t l y , t h e t e r r a c e e n d s r a t h e r a b r u p t l y n e a r t h e s o u t h e r n e n d o f M o r e s b y I s l a n d ( F i g u r e 1 . 3 ) a n d r o u g h l y 50 km n o r t h o f t h e T u z o W i l s o n K n o l l s . H y n d m a n a n d E l l i s ( 1 9 8 1 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t p r i o r t o 1 Ma t h e o u t e r f a u l t s c a r p a c c o m o d a t e d t h e t r a n s c u r r e n t m o t i o n b e t w e e n t h e P a c i f i c a n d N o r t h A m e r i c a n p l a t e s ( s e e F i g u r e 1 . 5 ) . A r o u n d 1 M a , t h e t r i p l e j u n c t i o n , t h e n l o c a t e d a t t h e e n d o f t h e E x p l o r e r R i d g e , j u m p e d n o r t h w e s t e r l y t o t h e D e l w o o d K n o l l s a n d p o s s i b l y t o t h e T u z o W i l s o n K n o l l s i n r e s p o n s e t o c h a n g i n g s p r e a d i n g c o n d i t i o n s o f t h e E x p l o r e r R i d g e ( R i d d i h o u g h e t a l . , 1 9 8 0 ) . T h i s l e d t o r i f t i n g o f o l d e r o c e a n c r u s t ( 4 . 5 M a ) a n d t h e b e g i n n i n g o f s p r e a d i n g a t t h e n e w l y c r e a t e d k n o l l s . C r u s t a l w e a k n e s s r e m a i n i n g f r o m t h e i n c u r s i o n o f t h e m a n t l e p l u m e d i s c u s s e d p r e v i o u s l y m o s t . l i k e l y g o v e r n e d w h e r e t h i s new s p r e a d i n g s t a r t e d . T h e c h a n g e i n t h e p o s i t i o n o f t h e t r i p l e j u n c t i o n r e q u i r e d a l a n d w a r d j u m p o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t , w h i c h i s now s e e n a s t h e i n n e r f a u l t s c a r p . I n t h e o n e m i l l i o n y e a r s s i n c e t h i s c h a n g e i n s p r e a d i n g o c c u r r e d , t h e o l d e r c r u s t c o m p r i s i n g t h e p r e s e n t .day Q u e e n . C h a r l o t t e t e r r a c e , h a s F i g u r e 1.5 The t e c t o n i c s from the P l i o c e n e to P r e s e n t of the Queen C h a r l o t t e I s l a n d s NA - the N o r t h American p l a t e ; EX - the E x p l o r e r p l a t e ; Pa - the P a c i f i c p l a t e . S i n g l e l i n e s w i t h o p p o s i n g arrows r e p r e s e n t t r a n s f o r m margins and the d i r e c t i o n of s l i p ; double l i n e s r e p r e s e n t s p r e a d i n g margins; and t o o t h e d l i n e s r e p r e s e n t c o n v e r g i n g margins w i t h t e e t h on the o v e r r i d i n g p l a t e . At 1 Ma note the d i f f e r e n c e between the r e l a t i v e motion v e c t o r and the t r a c e of the t r a n s f o r m f a u l t between E x p l o r e r Ridge and Delwood K n o l l s . T h i s g i v e s r i s e t o I n s t a b i l i t y of the t r i p l e j u n c t i o n and the t r a n s f o r m f a u l t and l e a d s to asymmetric s p r e a d i n g . At 0.5 - 1 Ma s p r e a d i n g a t Tuzo W i l s o n K n o l l s b e g i n s . T h i s r e q u i r e s the t r a n s f o r m motion between Pa and NA to Jump landward Into o l d e r c r u s t , which i s then pushed northward w i t h Pa. The i n s t a b i l i t y a t Delwood K n o l l s c a u s e s read j u s t m e n t o f E x p l o r e r Ridge and the t r a n s f o r m f a u l t j o i n i n g the two. ( a f t e r R i d d i h o u g h et a l . , 1980; Hyndman and E l l i s , 1981) . 12 b e e n p u s h e d n o r t h w a r d b y n e w l y f o r m e d o c e a n i c c r u s t b e t w e e n t h e t e r r a c e a n d t h e k n o l l s ( H y n d m a n a n d E l l i s , 1 9 8 1 ; H y n d m a n p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n , 1 9 8 1 ) . A l l o f t h i s s u g g e s t s a c o m p l i c a t e d h i s t o r y i n t h e r e g i o n o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e t r a n s f o r m f a u l t . A n d l e a d s t o a s e r i e s o f f u n d a m e n t a l q u e s t i o n s : W h a t i s t h e n a t u r e o f t h e m a t e r i a l w i t h i n t h e t e r r a c e ? W h a t d o e s t h i s i m p l y a b o u t t h e o r i g i n a n d c o m p o s i t i o n o f t h e t e r r a c e ? W h a t i s t h e n a t u r e o f t h e M o h o b e n e a t h t h e t e r r a c e ? D o e s i t s u g g e s t t h e e x i s t e n c e o f o b l i q u e s u b d u c t i o n o r c r u s t a l t h i c k e n i n g d u e t o c o m p r e s s i v e d e f o r m a t i o n ? W h a t a r e t h e o r i e n t a t i o n s o f t h e i n n e r a n d o u t e r f a u l t s ? D o t h e y r e m a i n n e a r l y v e r t i c a l t h r o u g h o u t t h e c r u s t ? A n s w e r s t o t h e s e q u e s t i o n s w o u l d o f f e r a d d i t i o n a l i n s i g h t i n t o t h e r e g i o n a l t e c t o n i c s . R e f r a c t i o n s e i s m o l o g y c a n p r o v i d e a p i c t u r e o f t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e c r u s t a n d u p p e r m a n t l e . A l t h o u g h s u c h a m o d e l n e c e s s a r i l y c o n t a i n s a m b i g u i t i e s , i t c a n y i e l d i n s i g h t i n t o t h e a n s w e r s o f t h e s e q u e s t i o n s a n d p r o v i d e d t h e m o t i v a t i o n f o r t h e l a r g e s c a l e o n s h o r e / o f f s h o r e s e i s m i c r e f r a c t i o n s t u d y a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s r e p o r t e d i n t h i s t h e s i s . C H A P T E R 2 D A T A A C Q U I S I T I O N A N D P R O C E S S I N G 2 . 1 T h e r e f r a c t i o n e x p e r i m e n t I n J u n e 1 9 7 9 t h e P a c i f i c G e o s c i e n c e C e n t r e ( P G C ) a n d t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a c o n d u c t e d a j o i n t o n s h o r e / o f f s h o r e s e i s m i c r e f r a c t i o n s t u d y n e a r t h e s o u t h e r n e n d o f M o r e s b y I s l a n d . F i v e l a n d - b a s e d s e i s m o g r a p h s ( L B S ' s ) w e r e d e p l o y e d o n M o r e s b y I s l a n d o f w h i c h o n l y I K E w a s u s e d f o r t h i s s t u d y . F o u r o c e a n b o t t o m s e i s m o g r a p h s ( O B S ' s ) w e r e d e p l o y e d o n t h e o c e a n f l o o r a t l o c a t i o n s o n a n d s e a w a r d o f t h e t e r r a c e t o t h e w e s t o f t h e i s l a n d s . O n e o f t h e O B S ' S r e l e a s e d p r e m a t u r e l y a n d t h e r e f o r e , d i d n o t r e c o r d a n y i n f o r m a t i o n . T w o m a r i n e e x p l o s i o n l i n e s , o n e t r a n s v e r s e t o t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t t r a c e ( E X 1 ) a n d t h e o t h e r r o u g h l y p a r a l l e l t o t h e f a u l t t r a c e ( E X 2 ) , w e r e r e c o r d e d o n t h e f o u r s e i s m o g r a p h s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 . I n a d d i t i o n a 16 1 ( 1 0 0 0 i n 3 ) a i r g u n w a s t o w e d a c r o s s e a c h O B S s i t e a l o n g o r t h o g o n a l p r o f i l e s . T h e s e d a t a w h e n i n t e r p r e t e d p r o v i d e d i n f o r m a t i o n , r e g a r d i n g s e d i m e n t t h i c k n e s s a n d t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e u p p e r c r u s t a t e a c h O B S s i t e . 1 4 1 3 2 ° 13T F i g u r e 2.1 L o c a t i o n map of the experiment Moresby I s l a n d 1s the southernmost of the l a r g e Queen C h a r l o t t e I s l a n d s . The topography a l o n g EX 1 ( see lower I n s e t ) shows two d i s t l c t f a u l t s c a r p s and an I n t e r l y i n g t e r r a c e . E x p l o s i o n s of EX1 r e c o r d e d a t IKE.0BS1 and 0BS2 were used to a n a l y s e the t e r r a c e and c o n t i n e n t a l c r u s t of Moresby I s l a n d . The e x p l o s i o n s of EX2 south of 0BS3 were used t o a n a l y s e the o c e a n i c c r u s t o f the P a c i f i c p l a t e . The magnetic s t r i p e s on the ocean f l o o r n e a r l y b i s e c t the a n g l e between EX1 and EX2 . 15 2 . 2 I n s t r u m e n t a t i o n T h e O B S ' s u s e d i n t h i s s t u d y f r e e f a l l t o t h e o c e a n b o t t o m a n d r e l e a s e v i a p r o g r a m m e d o r a c o u s t i c c o m m a n d ( L i s t e r a n d L e w i s , 1 9 7 6 ) . T h e O B S ' S h a v e 2 h o r i z o n t a l a n d 1. v e r t i c a l 4 . 5 H z g e o p h o n e s , w h i c h i n a d d i t i o n t o a n i n t e r n a l c l o c k , o u t p u t o n t o 4 c h a n n e l s r e c o r d e d i n d i r e c t m o d e . T h e o v e r a l l f r e q u e n c y r e s p o n s e o f t h e s y s t e m i s b a n d l i m i t e d b e t w e e n 2 a n d 100 H z . S q u a r e r o o t s i g n a l c o m p r e s s i o n i n c r e a s e s t h e d y n a m i c r a n g e , b u t g i v e s p o o r s i g n a l r e p r o d u c t i o n f i d e l i t y a n d o n l y a p p r o x i m a t e a m p l i t u d e s . O B S 3 e x p e r i e n c e d a l a r g e a m o u n t o f c r o s s t a l k b e t w e e n t h e 20 H z t i m e c o d e c h a n n e l a n d t h e t h r e e d a t a c h a n n e l s ( F i g u r e 2 . 2 ) , w h i c h l e d t o d i f f i c u l t i e s i n d a t a p r o c e s s i n g . S i n c e s p i k e s c o n t a i n e n e r g y a t n e a r l y a l l f r e q u e n c i e s , f i l t e r i n g c o u l d n o t r e m o v e t h e s p i k i n e s s p r o d u c e d b y t h i s c r o s s t a l k a n d t h u s p o o r a m p l i t u d e r e p r o d u c t i o n o c c u r r e d o n e x c e s s i v e l y n o i s y t r a c e s . T h e n o i s e a l s o c o n t r i b u t e d t o p o o r t r a v e l t i m e p i c k s . I K E c o n s i s t e d o f 1 v e r t i c a l a n d 1 h o r i z o n t a l 1 H z s e i s m o m e t e r s p a s s e d t h r o u g h a s o l i d s t a t e a m p l i f i e r a n d a WWVB r e c e i v e r c o n n e c t e d t o a 7 c h a n n e l a n a l o g F M t a p e r e c o r d e r . T h e o u t p u t o f t h e t w o s e i s m o m e t e r s w a s r e c o r d e d a t t w o o u t p u t l e v e l s . T h e s e i s m o m e t e r r e s p o n s e a n d a l o w p a s s f i l t e r i n t h e a m p l i f i e r u n i t p r o v i d e d a p a s s b a n d b e t w e e n 1 a n d 12 H z ( B e n n e t t , 1 9 7 3 ) . 16 OBS 3 EX 2 S09 Frequency (hz) F i g u r e 2.2 An example of the d a t a from 0BS3 a) Shot 9 of EX2 as r e c o r d e d on the f o u r c h a n n e l s of 0BS3 : TC - 20 Hz time code; H1 and H2 - output from the two h o r i z o n t a l seismometers; V1 - o u t p u t from the v e r t i c a l seismometer. S q u a r e - r o o t i n g the input compresses the v o l t a g e s on t h e s e c h a n n e l s and r e s u l t s i n g r e a t e r dynamic range and waveform d i s t o r t i o n . Note the c r o s s t a l k between TC and the t h r e e d a t a c h a n n e l s : a n o i s e problem f o r a l l d a t a r e c o r d e d on 0BS3 . b) The n o r m a l i z e d raw power spectrum f o r the 2 s I n t e r v a l shown on V1. N o t i c e the l a r g e power c e n t e r e d at 20 Hz, which shows the c r o s s t a l k from TC. The P-wave s i g n a l c o n t a i n s energy from 2 to 10 Hz. 2 . 3 I n i t i a l p r o c e s s i n g T h e a n a l o g s i g n a l s o f t h e O B S ' S w e r e d i g i t i z e d a t a s a m p l i n g r a t e o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 s a m p l e s p e r s e c o n d ( s p s ) i n r e a l t i m e . S m a l l f l u c t u a t i o n s o f t h e a v e r a g e s a m p l i n g r a t e d u e t o t a p e s p e e d v a r i a t i o n s a n d t a p e s t r e t c h i n g d i d o c c u r , b u t d i f f e r e n c e s i n t h e d i g i t i z a t i o n r a t e f o r r e c o r d s a l o n g t h e s a m e p r o f i l e a m o u n t e d t o l e s s t h a n 2 s p s i n a l l c a s e s . A c c u r a t e p l o t t i n g o f t h e d a t a s e c t i o n s r e q u i r e s i n t e r p o l a t i o n b e t w e e n t h e 17 s e c o n d m a r k s o f t h e 1 s i n t e r v a l c o n t a i n i n g t h e f i r s t d i g i t i z e d p o i n t o n e a c h t r a c e . S i n c e t h i s c a l c u l a t i o n u s e s t h e a v e r a g e s a m p l i n g r a t e , e r r o r s i n t h e s a m p l i n g r a t e l e a d t o t i m i n g e r r o r s l e s s t h a n 0 . 0 0 1 s , w h i c h a r e i n s i g n i f i c a n t w h e n c o m p a r e d t o o r i g i n t i m e a n d p i c k i n g e r r o r s . T h e r e f o r e , n o c o r r e c t i o n s h a v e b e e n m a d e t o a c c o u n t f o r t h e s e e r r o r s . T h e d a t a r e c o r d e d a t I K E w e r e s a m p l e d a t a p p r o x i m a t e l y 6 2 . 5 s p s i n r e a l t i m e . D i f f e r e n c e s i n d i g i t i z a t i o n r a t e f o r t h i s d a t a s e t a m o u n t e d t o l e s s t h a n 0 . 1 s p s o v e r t h e e n t i r e p r o f i l e . A g a i n e r r o r s ( l e s s t h a n 0 . 0 0 2 s o v e r 1 s ) a r i s i n g f r o m t h e s e d i f f e r e n c e s a r e c o n s i d e r e d i n s i g n i f i c a n t . 2 . 4 O v e r a l l t i m e a n d d i s t a n c e c o r r e c t i o n s S i n c e t h e m e t h o d s o f i n t e r p r e t a t i o n b e t w e e n p r o f i l e s E X 1 a n d E X 2 a r e q u i t e d i s t i n c t , t i m e a n d . d i s t a n c e c o r r e c t i o n s u n i q u e t o t h e i n d i v i d u a l p r o f i l e s ( e g . t o p o g r a p h y a n d w a t e r c o l u m n r e m o v a l ) a r e d i s c u s s e d i n a l a t e r s e c t i o n . A l l o f t h e c o r r e c t i o n s d i s c u s s e d i n t h i s s e c t i o n w e r e m a d e i n t h e s a m e m a n n e r o n t h e e n t i r e d a t a s e t o f t h i s s t u d y . A l l s h o t l o c a t i o n s a n d O B S p o s i t i o n s a r e d e t e r m i n e d f r o m L o r a n C n a v i g a t i o n , s u p p l e m e n t e d b y h o u r l y s a t e l l i t e f i x e s . R e l a t i v e a c c u r a c y o f t h e s e p o s i t i o n s was a b o u t 2 0 0 m w i t h a n a b s o l u t e a c c u r a c y o f 3 0 0 m ( H y n d m a n e t a l . , 1 9 7 9 ) . S h o t - t o - r e c e i v e r d i s t a n c e s d e t e r m i n e d i n t h i s f a s h i o n h a v e h i g h e r a c c u r a c y t h a n t h o s e c a l c u l a t e d u s i n g d i r e c t w a t e r w a v e t r a v e l t i m e s . T h e L B S p o s i t i o n s w e r e d i r e c t l y o b t a i n e d f r o m t o p o g r a p h i c -maps ( 1 : 5 0 0 0 0 ) w i t h a c c u r a c i e s . o f - a p p r o x i m a t e l y 18 150 m . O n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t p r o b l e m s a r i s i n g f r o m t h e u s e o f f u s e - d e t o n a t e d e x p l o s i o n s i n m a r i n e r e f r a c t i o n s t u d i e s i s a c c u r a t e e s t i m a t i o n o f t h e d e t o n a t i o n t i m e . O n e a p p r o a c h t h a t c a n b e u s e d o v e r f l a t o c e a n b o t t o m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 3 . B y m e a s u r i n g t h e t i m e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e d r o p t i m e a n d d i r e c t w a t e r w a v e a r r i v a l , i . e . t h e d i t c h t i m e t s , a n d b y m e a s u r i n g t h e a v e r a g e s h i p s p e e d v s o v e r t h i s t i m e i n t e r v a l , a n e s t i m a t e o f t h e d i s t a n c e x c a n b e m a d e . U s i n g a , v e l o c i t y p r o f i l e f o r t h e w a t e r c o l u m n , w h i c h f o r s i m p l i c i t y i s t a k e n a s a c o n s t a n t v w , t h e o c e a n b o t t o m r e f l e c t i o n t i m e s o b t a i n e d f r o m o n b o a r d e c h o - s o u n d i n g e q u i p m e n t c a n b e u s e d t o c a l c u l a t e t h e o c e a n d e p t h D . F i n a l l y , f r o m t h e o u t p u t o f a h y d r o p h o n e t o w e d i m m e d i a t e l y b e h i n d t h e s h i p , t h e t i m e o f a r r i v a l o f t h e d i r e c t w a t e r w a v e t d a n d t h e f i r s t b o t t o m r e f l e c t i o n t r c a n b e o b t a i n e d . T o s e c o n d o r d e r t h e s h o t d e p t h d r i s e x p r e s s e d a s - b ± M b 2 - 4 a c - ( 2 . 3 . 1 ) 2 a w h e r e a = 4 D 2 , b = 8 x D 2 - x 3 , c = 8 x 2 D 2 - 1 6 D 3 x + 8 x D 2 v w d t - 2 x 3 D , d t = t r - t d a n d v w = 1 . 5 k m / s ( a s s u m e d w a t e r v e l o c i t y ) . T h u s t h e o r i g i n t i m e t 0 c a n b e d e t e r m i n e d b y >Jdr 2 + x 2 t d ~ ~ ( 2 . 3 . 2 ) H o w e v e r , l o o k i n g a t t h e b o t t o m t o p o g r a p h y b e n e a t h p r o f i l e E X 1 ( F i g u r e 1 . 4 ) , t h e a s s u m p t i o n o f a f l a t o c e a n b o t t o m o b v i o u s l y i s n o t v a l i d a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e t e r r a c e . 19 °50 100 150 200 250 300 350 d b (m) F i g u r e 2.3 Shot d e p t h e s t i m a t i o n a) the a r r i v a l times of the d i r e c t water wave Td and the f i r s t bottom r e f l e c t i o n Tr from a f l a t sea f l o o r can be used to c a l c u l a t e the shot d e p t h d r • V s - s h i p speed; t s - d i t c h time; 0 - ocean depth o b t a i n e d form v e r t i c a l l y I n c i d e n t sonar. b) the g a s s e s from an e x p l o s i o n cause p r e s s u r e Pjj In e x c e s s of h y d r o s t a t i c p r e s s u r e Ph and thus the gas bubble expands u n t i l P h exceeds P b , which t h e n l e a d s t o b u b b l e c o l l a p s e . The b u b b l e then o c c i H a t e s around an e q u i l i b r i u m (dashed l i n e ) w i t h a p e r i o d p r o p o r t i o n a l t o P5 and thus djj . The bouyant r i s e of the bubble 1s n e g l e c t e d In t h i s study. c ) the I r r e g u l a r topography of EX1 and EX2 p r e v e n t s the use of the more a c c u r a t e r e f l e c t i o n method f o r most s h o t s . R i s e of the bubble and I r r e g u l a r i t y In b u b b l e shape l e a d to e r r o r s In the bubble p u l s e method. A l i n e a r r e g r e s s i o n through p a i r s of d b and d r f o r s e v e r a l s h o t s above f l a t ocean bottom i n a l e a s t squares sense c a l i b r a t e s the b u b b l e p u l s e method f o r use over rough topography. 20 T h e r e f o r e , t h e a b o v e f o r m u l a t i o n c a n b e u s e d o n l y f o r s h o t s w e s t o f t h e o u t e r f a u l t s c a r p a n d s o u t h o f O B S 3 o n E X 2 . A n o t h e r a p p r o a c h t o f i n d i n g t h e s h o t d e p t h i s t o o b s e r v e t h e p e r i o d TB o f t h e f i r s t o s c i l l a t i o n o f t h e g a s b u b b l e g e n e r a t e d b y t h e e x p l o s i o n . r b i s a f u n c t i o n o f t h e s h o t d e p t h d b , s i n c e t h e h y d r o s t a t i c p r e s s u r e o p p o s i n g t h e o u t w a r d l y e x p a n d i n g g a s b u b b l e d e p e n d s o n d e p t h . T h e w o r k o f S t r u t t ( 1 9 1 7 ) — L o r d R a y l e i g h — a n d W i l l i s ( 1 9 4 1 ) l e d t o t h e R a y l e i g h - W i l l i s b u b b l e f o r m u l a : 2 . 1 3 W '/a T. = r r ( 2 . 3 . 3 ) " ( d b + 1 0 ) % w h e r e W = e n e r g y o f t h e e x p l o s i o n e x p r e s s e d a s e x p l o s i v e w e i g h t i n T N T e q u i v a l e n t s . T h i s a s s u m e s a s p h e r i c a l l y e x p a n d i n g g a s b u b b l e a t a g i v e n d e p t h d b . E r r o r s a r i s e f r o m t h e e x p l o s i v e b e i n g o f n o n - s p h e r i c a l s y m m e t r y , t h e a c t u a l c a s e i n t h i s s t u d y , a n d d u e t o t h e r i s e o f t h e g a s b u b b l e t o w a r d s t h e s u r f a c e . T h i s m e t h o d , t h o u g h n o t n e a r l y a s a c c u r a t e a s e q u a t i o n 2 . 3 . 1 , d o e s n o t d e p e n d o n o c e a n b o t t o m t o p o g r a p h y . F o r s e v e r a l s h o t s d e t o n a t e d o v e r f l a t o c e a n b o t t o m w e s t o f t h e t e r r a c e , t h e s h o t d e p t h w a s e s t i m a t e d u s i n g b o t h e x p r e s s i o n s . A l i n e a r r e g r e s s i o n t h r o u g h t h e s e d e p t h p o i n t s g a v e t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n d r = 0 . 7 5 4 9 d b - 5 . 2 4 3 8 ( 2 . 3 . 4 ) T h e m a x i m u m p r o b a b l e e r r o r f o r a n y d e p t h d r p r e d i c t e d b y t h i s e x p r e s s i o n i s ± 30 m . T h i s e r r o r v a l u e , i n a d d i t i o n t o e r r o r s f o r t d , v w , v s a n d t s , g i v e s a m a x i m u m e s t i m a t e d e r r o r i n t h e o r i g i n t i m e t 0 o n t h e o r d e r o f ± 0 . 0 3 s . T h i s e r r o r , p l u s t h e p i c k i n g e r r o r s f o r t h e d a t a , g a v e t o t a l t r a v e l t i m e e r r o r s 21 o f 0 . 0 5 s ( O B S 2 ) t o 0 . 1 0 s ( O B S 3 ) . A n o t h e r t i m e c o r r e c t i o n m a d e t o t h e d a t a , a c c o u n t e d f o r c l o c k - d r i f t o f t h e i n t e r n a l O B S c l o c k s . I m m e d i a t e l y p r i o r t o d e p l o y m e n t a n d a f t e r r e c o v e r y o f e a c h O B S , a s e r i e s o f c o m p a r i s o n s b e t w e e n t h e O B S c l o c k t i m e s a n d WWVB t i m e w e r e m a d e . A l i n e a r r e g r e s s i o n t h r o u g h t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e s e t w o t i m e s p r o v i d e a d r i f t c u r v e f o r e a c h O B S c l o c k , w h i c h w a s t h e n u s e d t o c a l c u l a t e d r i f t c o r r e c t i o n s f o r e a c h s h o t . O v e r t h e t i m e i n t e r v a l o f EX1- ( - 5 . 5 h r s ) c l o c k s f o r O B S 1 a n d O B S 2 d r i f t e d a p p r o x i m a t e l y 0 . 0 3 s ; o v e r t h e t i m e i n t e r v a l o f E X 2 ( ~ 7 . 5 h r s ) t h e c l o c k o f O B S 3 d r i f t e d a p p r o x i m a t e l y 0 . 0 7 s e e s . 2 . 5 T o p o g r a p h y c o r r e c t i o n s T w o m e t h o d s o f m o d e l l i n g a n d i n t e r p r e t a t i o n w e r e u s e d f o r E X l a n d E X 2 , w h i c h l e a d t o t w o d i s t i n c t w a y s o f h a n d l i n g c o r r e c t i o n s f o r t h e o c e a n b o t t o m t o p o g r a p h y . F o r E X 1 t h e e x p e c t e d l a t e r a l i n h o m o g e n e i t y o f t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t r e q u i r e s t w o d i m e n s i o n a l m o d e l l i n g a n d i n t e r p r e t a t i o n . T w o d i m e n s i o n a l r a y t r a c i n g ( W h i t t a l l a n d C l o w e s , 1 9 7 9 ) h a s b e e n u s e d f o r t h i s p r o f i l e . S i n c e t h e w a t e r v e l o c i t y p r o f i l e f o r t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s r e g i o n i s w e l l k n o w n f r o m n a v a l a c o u s t i c s o u n d i n g s t u d i e s ( L e v i n , 1 9 6 8 ) , t h e o c e a n w a t e r c o l u m n a n d t h e k n o w n b o t t o m t o p o g r a p h y w a s i n c l u d e d d i r e c t l y i n t o t h e m o d e l l i n g t e c h n i q u e . E X 2 , o n t h e o t h e r h a n d , l i e s e n t i r e l y o n t h e P a c i f i c p l a t e a n d r o u g h l y p a r a l l e l t o t e c t o n i c s t r i k e a n d t h u s , t h e v e l o c i t y 22 s t r u c t u r e a l o n g t h e p r o f i l e i s e x p e c t e d t o b e l a t e r a l l y h o m o g e n e o u s . S i n c e m o s t l i n e a r i n v e r s i o n s c h e m e s ( K e n n e t t , 1 9 7 6 ; G a r m a n y e t a l . , 1 9 7 9 ) a n d m o s t p r e c i s i o n a m p l i t u d e m o d e l l i n g s c h e m e s ( F u c h s a n d M u l l e r , 1 9 7 8 ; C h a p m a n , 1 9 7 8 ) a s s u m e a o n e d i m e n s i o n a l v e l o c i t y s t r u c t u r e , t h i s a s s u m p t i o n h a s b e e n m a d e f o r t h e o c e a n i c c r u s t b e n e a t h E X 2 . T h u s a l l s h o t s a n d r e c e i v e r s m u s t b e m o v e d t o a c o m m o n s u r f a c e . A d d i t i o n a l l y , a n y k n o w n v a r i a t i o n s i n b a s e m e n t t o p o g r a p h y b e n e a t h t h e s e d i m e n t s m u s t b e r e m o v e d t o a s u r f a c e p a r a l l e l t o t h e c h o s e n s h o t / r e c e i v e r s u r f a c e . T w o d i f f e r e n t a p p r o a c h e s a r e c o m m o n l y c h o s e n t o a c c o m p l i s h t h e s e c o r r e c t i o n s ( s e e d i s c u s s i o n i n A u , 1 9 8 1 ) . O n e a p p r o a c h p l a c e s a l l s h o t s a n d r e c e i v e r s o n t h e s a m e g e o i d : l o c a l l y a h o r i z o n t a l p l a n e . A n y s e d i m e n t s o r b a s e m e n t e l e v a t e d a b o v e t h i s s u r f a c e , a r e ' e f f e c t i v e l y ' r e m o v e d b y r a y t r a c i n g . A n y b a s i n s b e l o w t h e d a t u m s u r f a c e a r e ' e f f e c t i v e l y ' f i l l e d i n w i t h s e d i m e n t s o r b a s e m e n t o f a n a s s u m e d n a t u r e . T h i s t e c h n i q u e a s s u m e s t h a t a l l v e l o c i t y i n t e r f a c e s i n t h e m o d e l p a r a l l e l t h e d a t u m g e o i d ( W h i t m a r s h , 1 9 7 5 ) . T h e m a g n i t u d e o f t h i s t i m e a n d d i s t a n c e c o r r e c t i o n r e m a i n s r e l a t i v e l y i n s e n s i t i v e t o t h e c h o s e n r a y p a r a m e t e r s ( p v a l u e s ) , b u t e x t r e m e l y s e n s i t i v e t o t h e c h o s e n s e d i m e n t o r b a s e m e n t v e l o c i t i e s ( D e t r i c k a n d P u r d y , 1 9 8 0 ) . T h e s e c o n d a p p r o a c h p l a c e s a l l s h o t s a n d r e c e i v e r s o n t h e o c e a n b o t t o m . T h i s i s a c c o m p l i s h e d b y r a y t r a c i n g f r o m t h e s h o t l o c a t i o n t o t h e o c e a n b o t t o m a l o n g p v a l u e s o b t a i n e d f r o m t h e u n c o r r e c t e d d a t a s e c t i o n s . T h e t i m e a n d d i s t a n c e c o r r e c t i o n s o b t a i n e d i n t h i s m a n n e r a r e v e r y s e n s i t i v e t o t h e c h o s e n p v a l u e s , -an i m p o r t a n t d r a w b a c k , b u t ^ a s s u m e n o t h i n g . a b o u t t h e 23 s e d i m e n t a n d b a s e m e n t v e l o c i t i e s . T h i s t e c h n i q u e a s s u m e s t h a t a l l v e l o c i t y i n t e r f a c e s i n t h e m o d e l l i e p a r a l l e l t o t h e o c e a n b o t t o m . S e v e r a l c o n t i n u o u s s e i s m i c r e f l e c t i o n p r o f i l e s ( C S P ' s ) c o n d u c t e d w e s t o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s i n r e c e n t y e a r s ( C h a s e a n d T i f f i n , 1 9 7 2 ; C h a s e e t a l . , 1 9 7 5 ; u n p u b l i s h e d d a t a o f t h e G e o l o g i c a l S u r v e y o f C a n a d a ) i n t e r s e c t E X 2 . A l t h o u g h t h e o v e r a l l d a t a q u a l i t y o f t h e s e r e f l e c t i o n p r o f i l e s i s p o o r a n d r e s u l t s i n l a r g e e r r o r b o u n d s ( F i g u r e 3 . 1 . c ) , t h e b a s e m e n t t o p o g r a p h y a p p a r e n t l y p a r a l l e l s t h e o c e a n b o t t o m . S i n c e t r a v e l t i m e e r r o r s c o m m o n l y l e a d t o e x t r e m a l b o u n d s g r e a t e r t h a n 1 km a t M o h o d e p t h s ( A u , 1 9 8 1 ; S p u d i c h a n d O r c u t t , 1 9 8 0 a ) , v a r i a t i o n s i n t h e d e p t h t o t h i s b o u n d a r y o f 1 km a n d l e s s w i l l n o t s h o w u p . T h u s , e i t h e r o f t h e t e c h n i q u e s d i s c u s s e d a b o v e c a n b e u s e d f o r t h e t o p o g r a p h y o f E X 2 w i t h o u t g r e a t l y e f f e c t i n g t h e o u t c o m e o f t h e v e l o c i t y m o d e l l i n g . I n a d d i t i o n , t h e u p p e r o c e a n i c c r u s t i n t h i s r e g i o n c o m m o n l y e x h i b i t s a h i g h v e l o c i t y g r a d i e n t ( A u a n d C l o w e s , 1 9 8 2 ; C h e u n g a n d C l o w e s , 1 9 8 1 ) . T h u s a n y a t t e m p t t o r e m o v e b a s e m e n t t o p o g r a p h y ( i n t h i s c a s e a b o u t 1 km) v i a r a y t r a c i n g w i l l u l t i m a t e l y l e a d t o s i g n i f i c a n t l a t e r a l v e l o c i t y v a r i a t i o n s a l o n g t h e c h o s e n d a t u m g e o i d , w h i c h c o m p r o m i s e s t h e a s s u m p t i o n o f l a t e r a l v e l o c i t y h o m o g e n e i t y . T h i s e n t i r e d i s c u s s i o n l e a d s t o t h e c o n c l u s i o n t h a t t h e s e c o n d t e c h n i q u e f o r t o p o g r a p h i c c o r r e c t i o n s s h o u l d b e u s e d o n t h e E X 2 d a t a s e t . 24 C H A P T E R 3 I N T E R P R E T A T I O N O F T H E M A R I N E P R O F I L E : E X 2 3 . 1 C o m m e n t s o n t h e d a t a s e t a n d m o d e l l i n g m e t h o d s T h e s e c t i o n o f E X 2 u s e d i n t h i s s t u d y c o n s i s t e d o f a l i n e w i t h 33 s h o t s d e p l o y e d a b o u t 3 km a p a r t t o t h e s o u t h o f 0 B S 3 . T h e s i z e o f t h e s h o t s a l t e r n a t e d b e t w e e n 5 a n d 25 k g t o 40 k m , b e t w e e n 50 a n d 75 k g f o r s h o t s f r o m 40 t o 55 km a n d b e t w e e n 175 a n d 2 5 0 k g f o r s h o t s b e y o n d 60 k m . T h e d a t a r e c o r d e d o n O B S 3 ( E X 2 a n d t w o a i r g u n p r o f i l e s ) s u f f e r e d f r o m c r o s s t a l k b e t w e e n t h e 20 H z t i m e c o d e c h a n n e l a s d i s c u s s e d p r e v i o u s l y . T h e d a t a w a s f i l t e r e d u s i n g a 20 H z n o t c h f i l t e r a n d a 2 - 25 H z b a n d p a s s f i l t e r . T h e s e i s m i c e n e r g y s h o w e d u p m o r e c l e a r l y o n t h e f i l t e r e d s e c t i o n , b u t t h e s m o o t h i n g c a u s e d b y t h e f i l t e r s p r e v e n t e d a c c u r a t e p i c k i n g o f t h e f i l t e r e d s e c t i o n s . D i r e c t c o m p a r i s o n w i t h t h e f i l t e r e d s e c t i o n h e l p e d i n p i c k i n g t h e f i r s t a r r i v a l s o n t h e u n f i l t e r e d s e c t i o n . T h e n o i s e p r o b l e m r e s u l t e d i n p o o r l y c o n s t r a i n e d t r a v e l t i m e s a t t h e l o n g e r d i s t a n c e s . F i g u r e 3 . 1 . a s h o w s t h e u n f i l t e r e d s e c t i o n o f E X 2 , a s r e c o r d e d a t O B S 3 w i t h t h e a r r o w s i n d i c a t i n g t h e p i c k e d f i r s t a r r i v a l t i m e s . T h e s e c t i o n h a s b e e n c o r r e c t e d f o r s p h e r i c a l s p r e a d i n g a s w e l l a s s h o t s i z e v a r i a t i o n s . T h e t r a v e l t i m e s a n d . d i s t a n c e s t h r o u g h t h e o c e a n c o l u m n h a v e b e e n r e m o v e d f o r e a c h 25 <_> LU cnroi P R O F I L E E X 2 CD I— o r o CM o - l DISTANCE (KM) 10 50 60 u 0) CO w * X * X * * x „ x o o o o o o 0 o 0 0 c ) 0 o 0 8 x * O 0 Topography Correction! x - u n c o r r e c t e d O ~ o c t o n r t n o v i d O O "'O 0 10 10 L_ 20 30 40 Distance (km ) 30 40 20 L 5cT 50 60 60 xi •*-> (X . cu i n Q — ocean bottom — — ocean basement F i g u r e 3.1 The OBS3-EX2 d a t a s e t a) The u n f l l t e r e d s e c t i o n has been c o r r e c t e d f o r s i g n a l c o m p r e s s i o n , s p h e r i c a l s p r e a d i n g ( r ' ) , d i f f e r e n c e s i n shot s i z e and topography. N o t i c e the time channel c r o s s t a l k on the t r a c e s . b) Topography c o r r e c t i o n s amount to s u b t r a c t i n g the t r a v e l time and d i s t a n c e t r a v e l e d by each ray through the ocean to the sea f l o o r , which e f f e c t i v e l y p l a c e s each shot at the ocean bottom. T h i s f i g u r e shows the e x t e n t of t h e s e c o r r e c t i o n s f o r the 0BS3 EX2 data, s e t c ) The ocean bottom topography o b t a i n e d from v e r t i c a l i n c i d e n c e sonar and the basement topography o b t a i n e d from CSP p r o f i l e s (Chase and T i f f i n , 1972, Chase et a l . , 1975; u n p u b l i s h e d d a t a of the G e o l o g i c a l Survey of Canada) which i n t e r s e c t EX2, suggest t h a t these b o u n d a r i e s l i e p a r a l l e l t o each o t h e r . The h o r i z o n t a l dashes show e s t i m a t e d e r r o r bounds on the basement topography p o i n t s . V e r t i c a l e x a g g e r a t i o n - 1.5 : 1. 26 s h o t , t h u s e f f e c t i v e l y p l a c i n g e a c h s h o t a t t h e o c e a n b o t t o m . F i g u r e 3 . 2 . b s h o w s t h e e x t e n t o f t h e s e t i m e a n d d i s t a n c e c o r r e c t i o n s . T h e r e f r a c t e d P - w a v e a r r i v a l s a r e c l e a r t o 30 k m . T h e r e a f t e r , t h e s e a r r i v a l s b e c o m e i n c r e a s i n g l y d i f f i c u l t t o s e e , p a r t i c u l a r l y f o r t h e P n b r a n c h w h i c h c o n s t i t u t e s t h e a r r i v a l s b e y o n d 38 k m . E s t i m a t e d t r a v e l t i m e e r r o r s f o r t h i s b r a n c h e x c e e d 0 . 1 s e c . N o d i s t i n c t i n d i c a t i o n s o f l o w v e l o c i t y z o n e s , a s e v i d e n c e d b y s i g n i f i c a n t o f f s e t s i n t h e t r a v e l t i m e s o f t h e f i r s t a r r i v a l s , a p p e a r i n t h e s e c t i o n , a n d t h e r e f o r e n o n e h a v e b e e n i n c l u d e d i n t h e v e l o c i t y m o d e l s . A l l m o d e l s f o r t h e d a t a f r o m t h e e x p l o s i o n p r o f i l e E X 2 a n d t h e . a i r g u n p r o f i l e L A G 3 A w e s t o f O B S 3 h a v e a s s u m e d o n e d i m e n s i o n a l v e l o c i t y s t r u c t u r e . T h e l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m d e s c r i b e d b y G a r m a n y e t a l . ( 1 9 7 9 ) a n d A u ( 1 9 8 1 ) , w h i c h l e a d s t o t h e ' s h a l l o w e s t ' v e l o c i t y m o d e l , w a s u s e d t o i n v e r t t h e t r a v e l t i m e d a t a . - ' S h a l l o w e s t ' h e r e m e a n s a s m o o t h m o d e l h a v i n g t h e h i g h e s t v e l o c i t y a t t h e s h a l l o w e s t d e p t h . T h e h i g h a m p l i t u d e s o c c u r r i n g n e a r 10 km a n d b e t w e e n 28 a n d 38 km o n t h e r e c o r d s e c t i o n ( F i g u r e 3 . 1 . a ) i m p l y h i g h e n e r g y d e n s i t y , a n d t h u s h i g h r a y d e n s i t y a t t h e s u r f a c e . T h e v e l o c i t y s t r u c t u r e w a s t h e n m o d i f i e d b y d e t a i l e d r a y t r a c i n g t o i n c l u d e t h i s q u a l i t a t i v e a m p l i t u d e i n f o r m a t i o n . T h e h i g h a m p l i t u d e s a t 44 a n d 50 km m o s t l i k e l y a r i s e f r o m l o c a l i z e d e n e r g y f o c u s i n g n e a r t h e s o u r c e . S u c h l a t e r a l i n h o m o g e n e i t i e s c a n n o t b e a c c o u n t e d f o r b y o n e d i m e n s i o n a l a m p l i t u d e m o d e l l i n g a n d h a v e n o t b e e n c o n s i d e r e d i n t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e . S t r o n g r e f l e c t o r s o b s e r v e d i n t h e C S P p r o f i l e s i n t h e r e g i o n m e n t i o n e d b e f o r e h a v e a l s o b e e n i n c l u d e d i n t h e i n i t i a l v e l o c i t y s t r u c t u r e . 27 T r a c i n g r a y s t h r o u g h t h i s ' i n i t i a l ' m o d e l a t s p e c i f i e d a n g l e s p r o v i d e s v a l u e s f o r . t h e r a y p a r a m e t e r p a n d s u r f a c i n g d i s t a n c e x f o r e a c h r a y . D i r e c t i n p u t o f t h e s e v a l u e s ' i n t o a n a l g o r i t h m b a s e d o n t h e d i s c r a y t h e o r y o f W i g g i n s ( 1 9 7 6 ) g e n e r a t e d s y n t h e t i c s e i s m o g r a m s f o r t h e ' i n i t i a l ' m o d e l . T h e a d v a n t a g e o f u s i n g t h i s a l g o r i t h m l i e s i n i t s e f f i c i e n c y a n d i n p u t i n p - x s p a c e . T h e a m p l i t u d e a t a g i v e n d i s t a n c e ( x 0 ) i s p r o p o r t i o n a l t o d p / d x . C h a n g e s i n a m p l i t u d e c a n b e m a d e d i r e c t l y b y c h a n g i n g t h e s l o p e o f p ( x ) a t x 0 f w h i c h m a k e s a m p l i t u d e m o d e l l i n g s t r a i g h t f o r w a r d . I n a d d i t i o n t h e t r a v e l t i m e f o r a n y p a r t i c u l a r r a y p 0 a t x 0 i s e x p r e s s e d b y to - Po x o P m a x x ( p ) d p ( 3 . 1 . 1 ) Po C l e a r l y b y p r e s e r v i n g t h e a r e a b e n e a t h x ( p ) t h e t r a v e l t i m e s r e m a i n c o n s t a n t . T h u s a n y c h a n g e s n e e d e d t o m o d i f y t h e a m p l i t u d e s a t x 0 w i l l p r e s e r v e t h e t r a v e l t i m e s a s l o n g a s t h e a r e a r e m a i n s t h e s a m e . T h i s . c a n ' b e d o n e g r a p h i c a l l y u s i n g a p l a n i m e t e r t o m e a s u r e t h e a r e a . T h e s e f e a t u r e s m a k e m o d e l l i n g i n p - x s p a c e v e r y i n t u i t i v e . T h e ' i n i t i a l ' m o d e l w a s t h e n c h a n g e d u n t i l t h e s y n t h e t i c s e c t i o n r e s e m b l e d t h e a c t u a l d a t a s e c t i o n . H o w e v e r , s y n t h e t i c a m p l i t u d e s o b t a i n e d f r o m t h e W K B J a p p r o x i m a t i o n d e v e l o p e d b y C h a p m a n ( 1 9 7 8 ) a r e b e t t e r e s t i m a t e s o f t h e o b s e r v e d s e i s m o g r a m s . T h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o b t a i n e d f r o m t h e b e s t d i s c r a y m o d e l w a s i n p u t t o W K B J a n d m o d i f i e d u n t i l t h e new s y n t h e t i c t r a c e s c l o s e l y f i t t h e a c t u a l d a t a s e c t i o n . T h i s t r i a l a n d e r r o r a p p r o a c h t o a m p l i t u d e m o d e l l i n g h a s o n e m a j o r d r a w b a c k : e s t i m a t e s o f t h e u n i q u e n e s s a n d v e l o c i t y r e s o l u t i o n o f t h e m o d e l c a n n o t b e d i r e c t l y o b t a i n e d . 28 3 - 2 M o d e l l i n g o f t h e a i r g u n d a t a : p r o f i l e L A G 3 A T w o a i r g u n p r o f i l e s , L A G 3 A p e r p e n d i c u l a r t o a n d L A G 3 B p a r a l l e l t o E X 2 , w e r e r e c o r d e d a t 0 B S 3 . D i f f i c u l t i e s i n s h i p n a v i g a t i o n p r e v e n t e d b o t h o f t h e s e p r o f i l e s f r o m . p a s s i n g d i r e c t l y o v e r 0 B S 3 ( s e e F i g u r e 3 . 2 ) . S i n c e 0 B S 3 l i e s n e a r t h e o u t e r f a u l t s c a r p o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t , L A G 3 B p a s s e d d i r e c t l y o v e r t h e s t e e p s l o p e o f t h e s c a r p . T h i s l e a d s t o i n t e r p r e t a t i o n a l c o m p l i c a t i o n s , w h i c h d o n o t s a t i s f y t h e a s s u m p t i o n o f o n e d i m e n s i o n a l v e l o c i t y s t r u c t u r e . T h u s d a t a f r o m t h i s p r o f i l e w e r e i g n o r e d . L A G 3 A w e s t o f 0 B S 3 w a s m o d e l l e d i n t h e m a n n e r d i s c u s s e d i n s e c t i o n 3 . 1 . S i n c e a 16 1 a i r g u n p r o v i d e s s e i s m i c e n e r g y e q u i v a l e n t t o o n l y 0 . 5 k g o f e x p l o s i v e ( K r a m e r e t a l . , 1 9 6 8 ) , t r a v e l t i m e a n d a m p l i t u d e d a t a c o u l d b e o b s e r v e d o n l y t o a d i s t a n c e o f 11 k m . I n a d d i t i o n t o t h e l i m i t e d s o u r c e e n e r g y , t h e c r o s s t a l k m e n t i o n e d p r e v i o u s l y d e g r a d e d t h e s i g n a l . F o r d i s t a n t t r a c e s t h e c r o s s t a l k n o i s e h a d a m p l i t u d e s b e t w e e n 40 a n d 80% o f t h e m a x i m u m s e i s m i c s i g n a l , w h i c h l e d t o p o o r a m p l i t u d e r e p r o d u c t i o n a f t e r f i l t e r i n g a n d t o g r e a t e r e r r o r s i n p i c k i n g t h e f i r s t a r r i v a l t i m e s o f e a c h t r a c e . E s t i m a t e s o f t h i s t r a v e l t i m e e r r o r r a n g e f r o m 0 . 0 2 s f o r t h e n e a r e r t r a c e s t o 0 . 1 0 s f o r t h e f a r t h e r t r a c e s , w h i c h l e a d t o c o n s i d e r a b l e a m b i g u i t y i n t h e f i n a l s o l u t i o n . T o m o d e l t h e a m p l i t u d e d a t a , t h e e n t i r e d a t a s e c t i o n w a s b a n d p a s s e d b e t w e e n 1 a n d 10 H z u s i n g a n 8 , p o l e , z e r o - p h a s e 29 F i g u r e 3.2 The a i r g u n p r o f i l e s over 0BS3 LAG3B p a s s e s 5 km t o the NE of 0BS3 and l i e s e n t i r e l y above the s t e e p o u t e r f a u l t s c a r p of the t e r r a c e . LAG3A p a s s e s a c r o s s the f a u l t s c a r p onto the ocean b a s i n . The a i r g u n d a t a was a n a l y s e d under the assumption of 1-d1 mens 1ona1 s t r u c t u r e . Only LAG3A west of 0BS3 comes c l o s e t o s a t i s f y i n g t h i s assumption. B u t t e r w o r t h f i l t e r . P o w e r s p e c t r a o f t h e a i r g u n d a t a s h o w e d m o s t o f t h e s e i s m i c e n e r g y w i t h i n t h i s w i n d o w . T h e v e l o c i t y o f t h e u p p e r s e d i m e n t s i n t h e n o r t h e a s t P a c i f i c r e g i o n c o m m o n l y h a s l o w v a l u e s : u s u a l l y 1 . 8 t o 2 . 0 k m / s ( H y n d m a n e t a l . , 1 9 7 8 ; C h e u n g a n d C l o w e s , 1 9 8 1 ; A u a n d C l o w e s , 1 9 8 2 ) . P r e s u m a b l y t h i s a r i s e s f r o m t h e r a p i d d e p o s i t i o n o f s e d i m e n t s e r o d e d f r o m a d j a c e n t l a n d m a s s e s , w h i c h u n d e r g o v e r y l i t t l e l i t h i f i c a t i o n u n t i l t h e y a r e d e e p l y b u r i e d . A v e l o c i t y o f 1 . 8 k m / s w a s a s s u m e d f o r t h e u p p e r m o s t s e d i m e n t s . O n l y t w o t r a v e l t i m e p o i n t s d e f i n e a n y s t r u c t u r e w i t h v e l o c i t i e s b e l o w 30 0 Veloc i ty (km/s) 1 2 3 4 5 6 7 J _ l I l_ • • V 2 «oi Pi Q ^ Extremal Bounds — — LAG IA velocity model O J F i g u r e 3.3 V e l o c i t y s t r u c t u r e of the upper c r u s t beneath 0BS3-LAG3A the extremal bounds were o b t a i n e d from the e s t i m a t e d e r r o r s i n t r a v e l time u s i n g extremal I n v e r s i o n . A l l v e l o c i t y models s a t i s f y i n g the t r a v e l times w i t h i n t h e i r e r r o r s must l i e between these bounds. The ' f i n a l ' model o b t a i n e d by ray t r a c i n g and forward a m p l i t u d e m o d e l l i n g u s i n g WKBJ i n c l u d e s an assumed 2 - l a y e r model f o r the sediments. 3.7 km/s. T h e s e two p o i n t s do i n d i c a t e t h a t v e l o c i t i e s a r o u n d 2.5 km/s o c c u r i n t h e s e d i m e n t s , but p r o v i d e no d e t a i l s o f t h e t h i c k n e s s . L i n e a r programming f o r LAG3A y i e l d e d a smooth g r a d i e n t model f o r t h e upper c r u s t . However, s e v e r a l of t h e CSP p r o f i l e m e n t i o n e d above show s t r o n g r e f l e c t i o n s a t t h e s e d i m e n t / b a s e m e n t i n t e r f a c e , w h i c h r e q u i r e a v e l o c i t y d i s c o n t i n u i t y n e a r n e a r 4.0 km/s. S i n c e t h e d a t a p r o v i d e v e r y l i t t l e i n f o r m a t i o n on t h e s e d i m e n t s , a l a y e r o f 1.8 km/s u n d e r l a i n by a l a y e r o f 2.5 km/s was c h o s e n t o model them, even t h o u g h a r e a l i s t i c g e o l o g i c a l p i c t u r e w o u l d c o n t a i n some 31 g r a d i e n t s . A v e l o c i t y m o d e l c o n s i s t e n t w i t h t h e t r a v e l t i m e a n d a m p l i t u d e d a t a o f p r o f i l e O B S 3 - L A G 3 A a p p e a r s i n F i g u r e 3 . 3 . T h e e x t r e m a l b o u n d s c a l c u l a t e d a f t e r B e s s o n o v a e t a l . ( 1 9 7 4 ) a n d K e n n e t t ( 1 9 7 6 ) s h o w t h e l i m i t s e x p e c t e d f o r t h i s m o d e l . F i g u r e 3 . 4 c o m p a r e s t h e W K B J s y n t h e t i c s e i s m o g r a m s c o m p u t e d f o r t h i s v e l o c i t y m o d e l , w i t h t h e a c t u a l s e i s m i c s e c t o n f o r O B S 3 - L A G 3 A . A s y n t h e t i c w a v e l e t ( s e e f i g u r e i n s e r t ) h a v i n g a f r e q u e n c y c o n t e n t s i m i l a r t o t h e s e i s m i c w a v e l e t h a s b e e n u s e d t o g e n e r a t e t h e s y n t h e t i c s e i s m o g r a m s . T h e g e n e r a l c h a r a c t e r o f t h e s y n t h e t i c a m p l i t u d e s i g n a t u r e a g r e e s r e a s o n a b l y w e l l w i t h t h e a m p l i t u d e s i g n a t u r e o f t h e e x p l o s i o n s e c t i o n . A n a m p l i t u d e b u i l d u p b e t w e e n 3 . 5 a n d 5 . 0 km i n d i c a t e s t h e p r e s e n c e o f a v e l o c i t y i n c r e a s e a t a r o u n d 4 k m / s . T h e a m p l i t u d e s d e c r e a s e b e t w e e n 5 a n d 7 k m , t h e n b u i l d u p a g a i n b e t w e e n 7 a n d 10 k m . T h i s i n c r e a s e s u g g e s t s a f a i r l y h i g h v e l o c i t y g r a d i e n t f r o m 4 t o 6 k m / s . T h e a m p l i t u d e s d e c a y a f t e r 10 k m , s u g g e s t i n g a d e c r e a s e i n v e l o c i t y g r a d i e n t a f t e r r e a c h i n g 6 k m / s . 32 PROFILE LGlfl DISTANCE IKMI F i g u r e 3.4 S y n t h e t i c and r e a l d a t a f o r 0BS3-LAG3A T h i s f i g u r e p r e s e n t s a f i l t e r e d (1 - 10 Hz) data s e c t i o n c o r r e c t e d f o r s p h e r i c a l s p r e a d i n g , s i g n a l compression and topography w i t h a r r i v a l times i n d i c a t e d by arrows. The s y n t h e t i c s e c t i o n was c a l c u l a t e d by WKBJ and the p r e d i c t e d a r r i v a l times a r e i n d i c a t e d on both s e c t i o n s by s o l i d l i n e s . The s y n t h e t i c wavelet (see I n s e t ) has a power spectrum s i m i l a r to those of the o b s e r v e d s e i s m i c s i g n a l . 33 3 . 3 M o d e l l i n g o f t h e e x p l o s i o n d a t a : p r o f i l e O B S 3 - E X 2 T h e g r e a t e r e n e r g y r e l e a s e d i n t h e e x p l o s i o n s o f E X 2 c o u l d b e o b s e r v e d q u i t e c l e a r l y t o 60 k m . H o w e v e r , t h e s i g n a l t o n o i s e r a t i o d e c r e a s e d f r o m 4 w i t h i n 10 km o f O B S 3 t o l e s s t h a n 1 n e a r t h e e n d o f t h e p r o f i l e . T h e e s t i m a t e d p i c k i n g e r r o r s v a r i e d f r o m 0 . 0 2 s f o r t h e c l o s e s h o t s t o 0 . 1 0 s f o r t h e f a r s h o t s . T h e s e e r r o r s i n a d d i t i o n t o e s t i m a t e d e r r o r s i n o r i g i n t i m e a n d t o p o g r a p h i c c o r r e c t i o n s y i e l d o v e r a l l t r a v e l t i m e e r r o r s o n t h e o r d e r o f 0 . 1 s , w h i c h l e a d s t o s i g n i f i c a n t a m b i g u i t y i n t h e f i n a l s o l u t i o n . T h i s a m b i g u i t y s h o w s u p c l e a r l y i n t h e e x t r e m a l b o u n d s i n F i g u r e 3 . 5 , w h i c h o u t l i n e t h e e n t i r e m o d e l s p a c e a v a i l a b l e f o r t h i s d a t a s e t ; h e r e ' m o d e l s p a c e ' m e a n s t h e e n t i r e r a n g e o f v e l o c i t y / d e p t h f u n c t i o n s w h i c h s a t i s f y t h e t r a v e l t i m e d a t a ' w i t h i n t h e i r e r r o r s . T h i s f i g u r e a l s o s h o w s t h e a m o u n t o f m o d e l s p a c e e n c o u n t e r e d d u r i n g d a t a m o d e l l i n g . U s i n g t a u - p v a l u e s o b t a i n e d f r o m t h e t r a v e l t i m e c u r v e o f t h e d a t a s e c t i o n a n d t h e e s t i m a t e d e r r o r s i n t a u , a l i n e a r p r o g r a m m i n g a l g o r i t h m ( A u , 1 9 8 1 ) s o l v e d f o r t h e ' s h a l l o w e s t ' v e l o c i t y m o d e l . T h i s p a r t i c u l a r m o d e l d o e s n o t s h o w a v e l o c i t y d i s c o n t i n u i t y a t t h e s e d i m e n t - b a s e m e n t i n t e r f a c e , a n d t h u s t h e u p p e r s t r u c t u r e w a s m o d i f i e d t o i n c l u d e t h e p r e v i o u s l y d e v e l o p e d a i r g u n m o d e l . H o w e v e r p r e d i c t e d t r a v e l t i m e s t h r o u g h t h e a i r g u n m o d e l d i d n o t a g r e e w i t h t h e f e w d a t a p o i n t s o f E X 2 w i t h i n 1 0 - k m , s i n c e L A G 3 A s a m p l e d t h e o c e a n i c c r u s t . p e r p e n d i c u l a r t o E X 2 . M o d i f i c a t i o n o f t h i s v e l o c i t y 0 Velocity (km/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 CM 5 « H a , Q o J CM J x % _ r - - * x \ \ X • . \ x x ' • • > 6 ^ w LEGEND ' f i n a l ' mode l — — in i t ia l m o d e l . . . . . . l inear p r o g r a m m i n g m o d e l J( ex t remal bounds 4\* X F i g u r e 3.5 The v e l o c t i t y model space of 0BS3-EX2 E r r o r s 1n t r a v e l time d a t a l e a d t o e s t i m a t e s of the extremal bounds on a l l v e l o c i t y models s a t i s f y i n g the t r a v e l times. L i n e a r programming p r o v i d e d a smooth model, which was m o d i f i e d by r a y t r a c i n g to i n c l u d e d i s t i n c t s e i s m i c p r o f i l i n g r e f l e c t o r s and the f i n a l a i r g u n model. T h i s became the ' i n i t i a l ' model f o r am p l i t u d e m o d e l l i n g . Forward am p l i t u d e m o d e l l i n g u s i n g d i s c r a y t h e o r y and WKBJ r e s u l t e d 1n the ' f i n a l ' v e l o c i t y model. As i n the a i r g u n m o d e l l i n g , a 2 - l a y e r model f o r the sediments was assumed I n s t e a d of a g r a d i e n t model. Note : the v e l o c i t y s t r u c t u r e above 6.0 km/s In the l i n e a r programming model 1s d e f i n e d by o n l y two p o i n t s . Large t r a v e l time e r r o r s 1n the d a t a l e a d to poor e s t i m a t i o n of the r - P v a l u e s used t o compute the deep v e l o c i t y s t r u c t u r e s . 35 s t r u c t u r e b y r a y t r a c i n g e v e n t u a l l y l e d t o t h e v e l o c i t y m o d e l s h o w n b y t h e d a s h e d l i n e , w h i c h b e c a m e t h e ' i n i t i a l ' m o d e l f o r a m p l i t u d e m o d e l l i n g . T h e ' f i n a l ' m o d e l ( t h e s o l i d l i n e i n F i g u r e 3 . 5 ) s a t i s f i e s b o t h t r a v e l t i m e a n d a m p l i t u d e c o n s t r a i n t s f r o m t h e E X 2 d a t a s e t . T o a l l o w e a s y c o m p a r i s o n w i t h t h e s y n t h e t i c s e c t i o n , t h e d a t a f r o m E X 2 h a s b e e n f i l t e r e d b e t w e e n 1 a n d 10 H z . A s y n t h e t i c w a v e l e t ( s e e i n s e t t o F i g u r e 3 . 6 ) , h a v i n g a f r e q u e n c y c o n t e n t s i m i l a r t o t h e s e i s m i c w a v e l e t , h a s b e e n u s e d f o r g e n e r a t i n g t h e s y n t h e t i c s e i s m o g r a m s . F i g u r e 3 . 6 c o m p a r e s t h e s y n t h e t i c W K B J s e c t i o n w i t h t h e d a t a s e c t i o n . T h e o v e r a l l a m p l i t u d e s i g n a t u r e s a g r e e r e a s o n a b l y w e l l : h i g h a m p l i t u d e s n e a r 8 a n d 35 k m ; l o w a m p l i t u d e s b e t w e e n 10 a n d 30 km a n d a g a i n a f t e r 40 k m . L o o k i n g m o r e c l o s e l y , o n e c a n s e e t h a t t h e a m p l i t u d e s o f t h e s y n t h e t i c t r a c e s b e t w e e n 10 a n d 30 km a r e s o m e w h a t s m a l l e r t h a n t h e a c t u a l t r a c e s . T o i n c r e a s e t h e a m p l i t u d e s i n t h i s i n t e r v a l r e q u i r e s a n i n c r e a s e i n t h e v e l o c i t y g r a d i e n t a t d e p t h s b e t w e e n 4 a n d 8 k m . T h i s l e d t o c h a n g e s i n t h e t r a v e l t i m e s f o r t h e s e d i s t a n c e s . A t r a d e - o f f b e t w e e n a m p l i t u d e a n d t r a v e l t i m e f i t o c c u r s . S i n c e t h e p r e c i s i o n o f t h e t r a v e l t i m e s c a n b e r e l i a b l y e s t i m a t e d , t h e ' b e s t ' f i t w a s b i a s e d t o w a r d s t h e t r a v e l t i m e d a t a . S o m e o t h e r f e a t u r e s f o r c o m p a r i s o n a r i s e i n F i g u r e 3 . 6 . T h e s l i g h t d e c r e a s e i n a m p l i t u d e s b e t w e e n 30 a n d 32 k m , p r o b a b l y a n e f f e c t o f d e s t r u c t i v e i n t e r f e r e n c e , h a s n o t b e e n m o d e l l e d v e r y w e l l . T h e l a r g e a m p l i t u d e s a t 44 a n d 50 km h a v e n o t b e e n m o d e l l e d , s i n c e t h e y m o s t l i k e l y a r i s e f r o m l o c a l i z e d e f f e c t s . D u r i n g t h e c o u r s e o f m o d e l l i n g s e v e r a l v e l o c i t y s t r u c t u r e s w e r e t e s t e d . F i g u r e 3 . 7 . a s h o w s t h r e e ' b e s t f i t ' m o d e l s — m o d e l 36 F i g u r e 3.G S y n t h e t i c and r e a l d a t a f o r 0BS3-EX2 T h i s p r e s e n t s a f i l t e r e d (1 to 10 Hz) data s e c t i o n c o r r e c t e d f o r s p h e r i c a l s p r e a d i n g ( r » ) . shot s i z e d i f f e r e n c e s , topography and s i g n a l c o m p r e s s i o n . The arrows I n d i c a t e f i r s t a r r i v a l times. The s y n t h e t i c s e c t i o n g e n e r a t e d by the WKBJ a l g o r i t h m used a s y n t h e t i c wavelet (see i n s e t ) h a v i n g a power spectrum s i m i l a r t o th a t of the s e i s m i c s i g n a l . A r r i v a l times p r e d i c t e d by WKBJ a r e shown on both s e c t i o n s by s o l i d 11nes. 37 Velocity (km/s) c H 1 1 1 1 1 1 0 10 20 30 40 50 60 d 0 10 20 30 40 50 60 Distance (km) F i g u r e 3.7 S a t i s f a c t o r y v e l o c i t y models f o r 0BS3-EX2 a) These t h r e e v e l o c i t y models s a t i s f y the o b s e r v e d t r a v e l times w i t h i n t h e i r e r r o r s and the o b s e r v e d a m p l i t u d e s . b) The WKBJ p r e d i c t e d t r a v e l times f o r these models a l l l i e w i t h i n the e s t i m a t e d e r r o r bounds (dashes) of the o b s e r v e d t r a v e l times ( c r o s s e s j o i n e d by the s o l i d l i n e ) . c ) The r a t i o of the maximum am p l i t u d e f o r each t r a c e to the l a r g e s t a m p l i t u d e of the e n t i r e s e c t i o n as a f u n c t i o n of d i s t a n c e shows the c l o s e f i t of the t h r e e s y n t h e t i c s e c t i o n s w i t h the o b s e r v e d d a t a ( c r o s s e s J o i n e d by the s o l i d l i n e ) . 38 WKBJ1 was c h o s e n as t h e ' f i n a l ' model i n F i g u r e 3.6.. F i g u r e 3.7.b compares th e p r e d i c t e d t r a v e l t i m e s f o r t h e s e t h r e e models w i t h t h e a c t u a l t r a v e l t i m e d a t a . T h i s shows t h a t a l l . t h r e e of t h e s e m o d els f i t t h e t r a v e l t i m e s w i t h i n t h e e r r o r s o f t h e r e a l d a t a . F i g u r e 3.7.c compares t h e a m p l i t u d e - d i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i c s of t h e s e m o d e l s . A l l show t h e same o v e r a l l a m p l i t u d e s i g n a t u r e and v a r y o n l y s l i g h t l y i n s p e c i f i c d e t a i l . M odel WKBJ1 s a t i s f i e s t h e t r a v e l t i m e s b e s t o f t h e t h r e e . However, i t s a m p l i t u d e s b e f o r e 25 km and a f t e r 40 km a p p e a r t o o s m a l l . WKBJ2 shows a s l i g h t i n c r e a s e i n a m p l i t u d e n e a r 44 km, w h i c h c o r r e s p o n d s w i t h t h e l a r g e a m p l i t u d e i n t h e r e a l d a t a and shows t h a t e n e r g y f o c u s i n g n e a r t h e s o u r c e may not be e n t i r e l y r e s p o n s i b l e . Yet a r e f r a c t i o n b r a n c h from t h e 'knee' i n t h e v e l o c i t y model g i v i n g r i s e t o t h e s e h i g h a m p l i t u d e s , i s not c l e a r i n t h e d a t a s e c t i o n . As f o r WKBJ1, t h e a m p l i t u d e s b e f o r e 25 km r e m a i n t o o s m a l l . WKBJ3 does not f i t t h e t r a v e l t i m e s between 10 and 30 km as w e l l as t h e o t h e r two m o d e l s , but does f i t t h e a m p l i t u d e s f o r t h i s b r a n c h more c l o s e l y . L i k e WKBJ1, a m p l i t u d e s beyond 40 km appear, t o o s m a l l . C h o i c e of t h e ' b e s t ' of t h e s e t h r e e models i s v e r y s u b j e c t i v e . However, from t h e i n t e r p r e t a t i o n a l s t a n d p o i n t t h e r e i s l i t t l e d i f f e r e n c e between any o f t h e m o d e l s . M a n t l e d e p t h o c c u r s i n a l l models between 9.0 and 9.5 km. S p u d i c h and O r c u t t (1980a) have n o t e d t h a t . e x p l o s i v e s o u r c e s e f f e c t i v e l y g e n e r a t e P-waves w i t h w a v e l e n g t h s between 0.5 and 2 km, and t h u s l i m i t i n g r e s o l u t i o n t o a b o u t 0.5 km. To promote a d d i t i o n a l , c o n f i d e n c e i n t h e ' f i n a l ' v e l o c i t y s t r u c t u r e , p e r t u b a t i o n s of t h e major i n t e r f a c e s and g r a d i e n t s were made. F i g u r e .3.8.a shows two s u c h p e r t u r b e d m o d e l s . The 0 t—i T —i Veloc i ty (km/s) 3 -4r-# E x i n m o l b e u n d i W K B J . I W K B J U B W K B J LB 4 5 8 A a) o Distance (km) F i g u r e 3.8 Approximate bounds f o r 0BS3-EX2 a) Two p e r t u r b e d v e l o c i t y models m o d i f i e d from WKBJ1 s a t i s f y the o b s e r v e d t r a v e l times w i t h i n t h e i r e r r o r s . R e l a t i v e a m p l i t u d e b) R e l a t i v e a m p l i t u d e comparisons between the s y n t h e t i c and o b s e r v e d s e c t i o n s show a poor a m p l i t u d e f i t f o r the p e r t u r b e d models and suggest r e s o l u t i o n of v e l o c i t y b o g n d a r i e s w i t h i n 0.5 km 1n the upper c r u s t and w i t h i n 1 km i n the lower c r u s t . 40 t r a v e l t i m e s p r e d i c t e d b y t h e s e t w o m o d e l s f i t w i t h i n t h e t r a v e l t i m e e r r o r s o f t h e d a t a , b u t t h e a m p l i t u d e s i g n a t u r e c h a n g e d d r a m a t i c a l l y i n b o t h i n s t a n c e s ( s e e F i g u r e 3 . 8 . b ) . T h i s p r o v i d e s s o m e i n s i g h t t o t h e r e s o l u t i o n o f t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e a n d s u p p o r t s my c h o i c e o f t h e f i n a l v e l o c i t y m o d e l f o r E X 2 . - _ _ 3 . 4 A g e o l o g i c a l i n t e r p r e t a t i o n o f t h e E X 2 m o d e l W h e n i n t e r p r e t i n g t h e p e t r o l o g i c s i g n i f i c a n c e o f P - w a v e v e l o c i t y s t r u c t u r e s , o n e m u s t b e a r i n m i n d t h e i n h e r e n t a m b i g u i t y i n c o r r e l a t i n g r o c k t y p e s w i t h v e l o c i t i e s . M a n y r o c k t y p e s p r e s e n t i n o p h i o l i t e s e q u e n c e s , r o c k a s s e m b l a g e s b e l i e v e d t o b e a c t u a l c r o s s s e c t i o n s o f o c e a n i c c r u s t , e x h i b i t a c o n s i d e r a b l e r a n g e o f c o m p r e s s i o n a l v e l o c i t i e s . T h e r e f o r e , t h e s e m a y o v e r l a p w i t h o t h e r r o c k t y p e s . T h e a d d i t i o n o f a s h e a r w a v e m o d e l w o u l d f i x P o i s s o n ' s r a t i o w h i c h c a n o f t e n d i s t i n g u i s h b e t w e e n v a r i o u s r o c k t y p e s , a n d c a n t h u s l e a d t o a m o r e c o n c l u s i v e p e t r o l o g i c i n t e r p r e t a t i o n . S p u d i c h a n d O r c u t t ( 1 9 8 0 a ) h a v e s t r o n g l y s u g g e s t e d S - w a v e a n a l y s i s w h e n e v e r f e a s i b l e , a n d h a v e c o n d u c t e d a n a n a l y s i s o f t h i s t y p e . B y c o m p a r i n g t h e i r r e s u l t s t o l a b o r a t o r y d a t a c o l l e c t e d f r o m s e v e r a l o p h i o l i t e a s s e m b l a g e s t h r o u g h o u t t h e w o r l d , t h e y a r r i v e d a t a d e t a i l e d p e t r o l o g i c i n t e r p r e t a t i o n o f t h e o c e a n c r u s t n e a r G u a d a l u p e . T h e i r w o r k c l e a r l y s h o w s t h e i m p o r t a n c e o f S - w a v e i n t e r p r e t a t i o n s . U n f o r t u n a t e l y t i m e c o n s t r a i n t s h a v e r e s t r i c t e d t h i s s t u d y t o P - w a v e d a t a o n l y . S - w a v e d a t a d o e s e x i s t f o r t h i s p r o f i l e a n d i t s q u a l i t y i s s i m i l a r t o t h e P - w a v e d a t a , s u g g e s t i n g t h e p o s s i b i l i t y f o r f u r t h e r - a n a l y s i s . i 41 T h e o v e r a l l c h a r a c t e r o f t h e v e l o c i t y p r o f i l e s p r e s e n t e d i n F i g u r e 3 . 7 . a , c l o s e l y r e s e m b l e s t h e s e i s m i c s i g n a t u r e o f y o u n g ( <20 M a ) o c e a n c r u s t ( s e e S p u d i c h a n d O r c u t t , 1 9 8 0 a , b ) a n d o p h i o l i t e s e q u e n c e s ( s e e C h r i s t e n s e n , 1 9 7 8 ) e l s e w h e r e i n t h e w o r l d . F o u r c o m m o n l y o b s e r v e d l a y e r s a r e n o t e d : t h e s e d i m e n t a r y l a y e r ; a n u p p e r c r u s t a l l a y e r — l a y e r 2 ; a l o w e r c r u s t a l l a y e r — l a y e r 3 ; a n d t h e u p p e r m a n t l e . L a y e r 2 c o m m o n l y e x h i b i t s a h i g h v e l o c i t y g r a d i e n t . P r e s u m a b l y t h e u p p e r p a r t o f l a y e r 2 c o n s i s t s o f p i l l o w b a s a l t s a n d s p i l l i t e s ( C h r i s t e n s e n , l 9 7 8 ; S p u d i c h a n d O r c u t t , 1 9 8 0 ) . H y n d m a n a n d D r u r y ( 1 9 7 6 ) o b s e r v e d l a r g e s c a l e s e d i m e n t - a n d w a t e r - f i l l e d f r a c t u r e s a n d v o i d s i n d r i l l c o r e s o f o c e a n b o t t o m b a s a l t s n e a r t h e m i d - A t l a n t i c r i d g e . T h e s e f r a c t u r e s o c c u r r e d o n a s c a l e m u c h l a r g e r t h a n t h a t o b s e r v e d i n l a b o r a t o r y s p e c i m e n s . T h e e f f e c t s o f t h e s e f r a c t u r e s d o n o t s h o w u p i n l a b o r a t o r y m e a s u r e m e n t s o f s e i s m i c v e l o c i t i e s o n t h e s e r o c k t y p e s . H o w e v e r , t h e y d o i n c r e a s e t h e o v e r a l l p o r o s i t y o f t h e u p p e r o c e a n i c c r u s t a n d s i g n i f i c a n t l y l o w e r t h e s e i s m i c v e l o c i t i e s t h r o u g h s u c h m a t e r i a l s . T h i s f r a c t u r i n g i s e x p e c t e d t o o c c u r i n t h e o c e a n c r u s t b e l o w O B S 3 , s i n c e t h i s c r u s t l i e s s o c l o s e t o t h e Q u e e n C h a r l o t t e t r a n s f o r m f a u l t . T h e h e i g h t e n e d s t r e s s i n t h i s a c t i v e r e g i o n c o u l d l e a d t o a s i g n i f i c a n t d e g r e e o f c r u s t a l s h a t t e r i n g a n d f r a c t u r i n g a n d w o u l d h e l p a c c o u n t f o r t h e l o w o b s e r v e d c o m p r e s s i o n a l v e l o c i t y ( 3 . 8 k m / s ) o f t h e o c e a n i c b a s e m e n t i n t h i s a r e a c o m p a r e d t o 4 . 1 k m / s o b s e r v e d i n o t h e r a r e a s o f t h e n o r t h e a s t P a c i f i c ( M a l e c e k a n d C l o w e s , 1 9 7 9 ; C h e u n g a n d C l o w e s , 1 9 8 1 ; A u a n d C l o w e s , 1 9 8 2 ) . I n a d d i t i o n t o t h e l a r g e f r a c t u r e s , C h r i s t e n s e n a n d S m e w i n g 42 (1981) h a v e o b s e r v e d t h a t t h e p r e s e n c e o r a b s e n c e o f g r a i n t o g r a i n m i c r o f r a c t u r e s e f f e c t s o v e r a l l p o r o s i t y a n d s e i s m i c v e l o c i t i e s i n o p h i o l i t e s . T h e y b e l i e v e t h a t t h e i n c r e a s i n g m e t a m o r p h i s m a r i s i n g f r o m i n c r e a s i n g p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e w i t h d e p t h e v e n t u a l l y a n n e a l s t h e s e m i c r o f r a c t u r e s b y m i n e r a l r e c r y s t a l l i z a t i o n a n d r e s u l t s i n l a r g e v e l o c i t y g r a d i e n t s w i t h i n l a y e r 2 ( s e e a l s o C h r i s t e n s e n , . 1 9 7 8 ; S p u d i c h a n d O r c u t t , 1 9 8 0 b ) . T h u s l a y e r 2 i n t h e Q u e e n C h a r l o t t e r e g i o n l i k e l y c o n s i s t s o f a 2 km s e q u e n c e o f h i g h l y f r a c t u r e d a n d w e a t h e r e d p i l l o w b a s a l t s a n d s p i l l i t e s ( a p p a r e n t v e l o c i t y : 3 . 8 t o 4 . 0 k m / s ) g r a d i n g d o w n w a r d i n t o m o r e m a s s i v e b a s a l t i c a n d m e t a - b a s a l t i c s h e e t e d d i k e s ( a p p a r e n t v e l o c i t y : 5 . 0 t o 6 . 0 k m / s ) . I n a m a n n e r s i m i l a r t o o p h i o l i t e s e q u e n c e s ( C h r i s t e n s e n , 1 9 7 8 ; C h r i s t e n s e n a n d S m e w i n g , 1 9 8 1 ) , t h e m e t a m o r p h i c g r a d e o f t h i s l a y e r p r o b a b l y c h a n g e s f r o m z e o l i t e f a c i e s ( v e r y l o w t e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e w i t h h y d r o t h e r m a l a l t e r a t i o n ) i n t h e u p p e r r e a c h e s t o g r e e n s c h i s t f a c i e s ( l o w - m o d e r a t e g r a d e ) n e a r t h e b o t t o m , a s a r e s p o n s e t o i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e s a n d p r e s s u r e s w i t h d e p t h . T h e d r a m a t i c d e c r e a s e i n t h e v e l o c i t y g r a d i e n t a t 3 . 2 km s u g g e s t s a s i g n i f i c a n t c h a n g e i n t h e n a t u r e o f t h e o c e a n i c c r u s t : l i k e l y t h e t r a n s i t i o n f r o m g r e e n s c h i s t t o a m p h i b o l i t e f a c i e s ( m o d e r a t e g r a d e ) m e t a m o r p h i s m ( C h r i s t e n s e n , 1 9 7 8 ; S p u d i c h a n d O r c u t t , 1 9 8 0 b ) . T h e a p p a r e n t v e l o c i t i e s ( 6 . 0 t o 7 . 5 k m / s ) i n t h i s l a y e r g e n e r a l l y f a l l w i t h i n t h e r a n g e o b s e r v e d i n t h e l a b o r a t o r y f o r g a b b r o s a n d m e t a - g a b b r o s o b t a i n e d f o r o p h i o l i t e a s s e m b l a g e s ( C h r i s t e n s e n , 1 9 7 8 ) . A d e c r e a s e i n t h e p e r m e a b i l i t y a c r o s s t h e b o u n d a r y b e t w e e n l a y e r 2 a n d l a y e r 3 ( G r e g o r y a n d T a y l o r , 1 9 8 1 ) s u g g e s t t h a t a t t h e s e d e p t h s t e m p e r a t u r e a n d Veloci ty (km/s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Layer 1 Layer 2 Layer 3 MANTLE KEY clastic sediments J + + + + + + basalt, spillire and mm me,Q-bQsQit gabbro and metargabbro peridotite and/or W/. dunite F i g u r e 3.9 A g e o l o g i c a l I n t e r p r e t a t i o n of the o c e a n i c c r u s t beneath 0BS3-EX2 C o r r e l a t i o n of the ' f i n a l ' v e l o c i t y model w i t h v e l o c i t y p r o f i l e s o b t a i n e d from o p h i o l i t e s throughout the w o r l d p r o v i d e a common b a s i s f o r p e t r o l o g i c a l i n t e r p r e t a t i o n s of o c e a n i c c r u s t . The t h r e e l a y e r s of s t a n d a r d ocean c r u s t c l e a r l y o c c u r b e n e a t h OBS3. Layer 1 c o n t a i n s sediments eroded from the a d j a c e n t I s l a n d s . Layer 2 c o n t a i n s p i l l o w e d b a s a l t s to sh e e t e d b a s a l t i c d i k e s of low metamorphic grade ( g r e e n s c h i s t ) . Layer 3 c o n t a i n s a m p h i b o l i t e f a d e s ' m e t a b a s a l t ' and g r a n u l l t e f a c i e s gabbros. 44 p r e s s u r e h a v e a n n e a l e d m o s t o f t h e m i c r o f r a c t u r e s , s o l a b o r a t o r y m e a s u r e m e n t s s h o u l d a g r e e w i t h in_ s i t u m e a s u r e m e n t s ( S p u d i c h a n d O r c u t t , 1 9 8 0 b ) . T h e ' k n e e ' i n m o d e l W K B J 2 c o u l d b e i n t e r p r e t e d a s a n o t h e r c h a n g e i n t h e n a t u r e o f t h e d e e p o c e a n i c c r u s t . T h e e x i s t e n c e o f s u c h a l a y e r h a s b e e n c l a i m e d b y s o m e w o r k e r s ( S u t t o n e t a l . , 1 9 7 1 ; S t e i n m e t z e t a l . , 1 9 7 7 ) . S p u d i c h a n d O r c u t t ( 1 9 8 0 b ) c o n t e n d t h a t t h e e v i d e n c e d o e s n o t n e c e s s a r i l y r e q u i r e t h i s l a y e r a n d t h o u g h i t m a y o c c u r i n s o m e l o c a l i t i e s i s n o t n e c e s s a r i l y w i d e s p r e a d t h r o u g h o u t t h e o c e a n s . S u c h a f e a t u r e c o u l d p o s s i b l y b e e x p l a i n e d a s a t r a n s i t i o n f r o m o l i v i n e - d e f i c i e n t t o o l i v i n e - r i c h g a b b r o s , s i n c e t h e a p p a r e n t v e l o c i t y o f t h i s f e a t u r e ( 7 . 4 k m / s ) a g r e e s w i t h t h o s e m e a s u r e d i n o l i v i n e - r i c h g a b b r o ( C h r i s t e n s e n , 1 9 7 8 ) . W K B J 1 a n d W K B J 3 s h o w n o i n d i c a t i o n o f s u c h a l a y e r ( s e e F i g u r e 3 . 7 ) . I n s t e a d t h e y s u p p o r t a s m o o t h i n c r e a s e i n v e l o c i t y b e t w e e n 8 a n d 9 km t o m a n t l e v e l o c i t i e s ( a p p a r e n t v e l o c i t y > 7 . 9 k m / s ) b e l o w 9 k m , w h i c h c a n b e i n t e r p r e t e d a s a t r a n s i t i o n a l M o h o . P r e s u m a b l y t h e o l i v i n e c o n t e n t i n t h e s e d e e p g a b b r o s a n d m e t a - g a b b r o s w o u l d i n c r e a s e q u i t e r a p i d l y n e a r t h e b a s e o f l a y e r 3 a n d e v e n t u a l l y g r a d e i n t o t h e o l i v i n e - r i c h p e r i d o t i t e s a n d d u n i t e s o f t h e u p p e r m a n t l e . T h e O B S 3 - E X 2 d a t a s e t c a n n o t a d e q u a t e l y r e s o l v e t h e s e t w o p o s s i b l e i n t e r p r e t a t i o n s . T h e l a c k o f a n y l o w v e l o c i t y z o n e s w i t h i n l a y e r 3 i m p l i e s t h a t n o s i g n i f i c a n t d e g r e e o f s e r p e n t i n i z a t i o n o c c u r s i n t h e d e e p o c e a n c r u s t b e n e a t h E X 2 , s i n c e s e r p e n t i n e h a s a r e l a t i v e l y l o w P - w a v e v e l o c i t y w h e n c o m p a r e d t o g a b b r o a n d m e t a g a b b r o ( C h r i s t e n s e n , 1 9 7 8 ; B i r c h , 1 9 6 0 ) . F i g u r e 3 . 9 s u m m a r i z e s t h i s i n t e r p r e t a t i o n . 45 C H A P T E R 4 ' I N T E R P R E T A T I O N O F T H E O N S H O R E / O F F S H O R E P R O F I L E : E X 1 4 . 1 C o m m e n t s o n t h e d a t a s e t T h e e x p l o s i o n p r o f i l e EX1 c o n s i s t s o f 31 s h o t s d e t o n a t e d i n a l i n e p e r p e n d i c u l a r t o t h e Q u e e n C h a r l o t t e t r a n s f o r m f a u l t . T h e s h o t s o v e r t h e o c e a n b a s i n w e s t o f t h e f a u l t z o n e a r e s e p a r a t e d b y a p p r o x i m a t e l y 4 . 5 k m . T o m o r e d e n s e l y s a m p l e t h e c o m p l i c a t e d s t r u c t u r e o f t h e t e r r a c e , s h o t s p a c i n g d e c r e a s e d t o a p p r o x i m a t e l y 1 . 5 km o v e r t h e t e r r a c e . T h e d i s t a n t s h o t s c o n t a i n e d b e t w e e n 175 a n d 3 0 0 k g o f e x p l o s i v e , i n t e r m e d i a t e s h o t s b e t w e e n 50 a n d 75 k g a n d t h e s h o t s o v e r t h e t e r r a c e a l t e r n a t e d b e t w e e n 5 a n d 50 k g . T h e s e e x p l o s i o n s w e r e r e c o r d e d o n t h r e e s e i s m o g r a p h s : I K E , O B S 1 a n d O B S 2 . T h e r e c o r d s e c t i o n s f o r t h e s e s t a t i o n s , w h i c h h a v e b e e n c o r r e c t e d f o r s p h e r i c a l s p r e a d i n g a n d s h o t s i z e d i f f e r e n c e s , b u t n o t f o r t o p o g r a p h y , a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 4 . 1 . T h e p i c k e d f i r s t a r r i v a l s a r e i n d i c a t e d b y t h e a r r o w s o n e a c h s e c t i o n . T h e o v e r a l l q u a l i t y f o r t h e e n t i r e d a t a s e t i s g o o d : O B S 2 h a v i n g t h e h i g h e s t s i g n a l t o n o i s e r a t i o a n d OBS1 t h e l o w e s t . T h e p r e s e n c e o f m o r e n o i s e o n t h e OBS1 t r a c e s i s a t t r i b u t e d t o l o c a l c o n d i t i o n s : s h a l l o w w a t e r d e p t h a l l o w i n g i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e b o t t o m a n d s u r f a c e w a v e s a n d c u r r e n t s ; l e s s c o n s o l i d a t e d s e d i m e n t s l e a d i n g t o p o o r c o u p l i n g o f t h e b •—> m • C J U J LO I— to Q I 0 O 1 CM ' 10 O B S l E X l "20 30 40 5u~ DISTANCE (KM) 60 70 w 80 Figure 4.1 Unf i1tered record sect ions for EX 1 a) IKE-EX 1 ; b) OBS1-EX1; c) OBS2-EX1. These record sect ions have a l l underwent cor rect ions for spher ical spreading ( r ! ) and d i f fe rences in shot s i z e s . The OBS sect ions have a l so been cor rected for s ignal compression. No topographic cor rect ions have been made. The arrows indicate the travel time p icks . 47 s e i s m o m e t e r t o t h e b o t t o m ; a n d e n e r g y s c a t t e r i n g d u e t o c o m p l e x l o c a l s t r u c t u r e s . T h e p i c k i n g e r r o r s f o r t h e f i r s t a r r i v a l s , t h e r e f o r e , r a n g e f r o m ± 0 . 0 1 5 s f o r O B S 2 t o ± 0 . 0 2 5 s f o r O B S 1 . a n d I K E . T h e s e e r r o r s , i n a d d i t i o n t o a n e s t i m a t e d 0 . 0 3 0 s e r r o r i n o r i g i n ^ j t i m e s a n d a n a v e r a g e 0 . 0 0 5 s e r r o r i n s h o t d e p t h c o r r e c t i o n s , g i v e r i s e t o o v e r a l l t i m i n g e r r o r s o f ± 0 . 0 5 t o 0 . 0 6 s e e s . T h e c o m p l i c a t e d n a t u r e o f t h e t r a v e l t i m e c u r v e s i s t h e m o s t o b v i o u s f e a t u r e a n d i n d i c a t e s a c o m p l i c a t e d v e l o c i t y s t r u c t u r e a c r o s s t h e f a u l t z o n e . T h e l e a s t c o m p l i c a t e d t r a v e l t i m e c u r v e i s t h e w e s t e r n s e g m e n t o f E X 1 a s r e c o r d e d a t O B S 2 ( s e e F i g u r e 4 . 1 . a ) . T h e o n l y a p p a r e n t t r a v e l t i m e c o m p l i c a t i o n o f t h i s p r o f i l e , h e r e a f t e r r e f e r r e d t o a s O B S 2 - E X 1 W , o c c u r s b e t w e e n 5 a n d 15 k m , w h e r e t h e i n t e r p r e t a t i o n b e c o m e s a m b i g u o u s . I f o n e a s s u m e s t h a t t h e a n o m a l o u s r e g i o n l i e s b e t w e e n 5 a n d 6 k m , t h e t r a v e l t i m e c u r v e s u g g e s t s a d o w n w a r d t i m e o f f s e t , w h i c h r e q u i r e s a s t r u c t u r e w i t h h i g h e r v e l o c i t y m a t e r i a l n e a r e r t o t h e s u r f a c e . H o w e v e r , i f o n e a r g u e s t h a t t h e s e t w o t r a c e s a r e a c o n t i n u a t i o n o f t h e 6 . 3 k m / s r e f r a c t i o n b r a n c h b e t w e e n 12 a n d 30 k m , t h e n t h e t r a v e l t i m e c u r v e s u g g e s t s a l a r g e t r a v e l t i m e d e l a y r e q u i r i n g a d o w n - d r o p i n t h e 6 . 3 k m / s r e f r a c t o r . T h e t o p o g r a p h y o f t h e w e s t e r n t e r r a c e ( F i g u r e 1 . 4 ) s u g g e s t s b o t h o f t h e s e e f f e c t s . E x c e p t f o r t h i s c o m p l i c a t i o n , t h e p r o f i l e a p p e a r s f a i r l y s m o o t h w i t h a m p l i t u d e b u i l d - u p s a t 15 a n d 35 k m , s u g g e s t i n g s u p e r - c r i t i c a l r e f l e c t i o n s f r o m b o u n d a r i e s u n d e r l a i n b y v e l o c i t i e s o f 6 . 3 a n d 8 . 0 k m / s r e s p e c t i v e l y . T h i s s e c t i o n o f t h e p r o f i l e s h o w s d i s t i n c t s i m i l a r i t i e s t o E X 2 a s r e c o r d e d a t O B S 3 ( F i g u r e 3 . 1 ) . 48 O n t h e o t h e r h a n d , t h e e a s t e r n s e c t i o n o f EX1 r e c o r d e d a t t h e s a m e O B S , h e r e a f t e r r e f e r r e d t o a s O B S 2 - E X 1 E , s h o w s a v e r y c o m p l i c a t e d t r a v e l t i m e c u r v e . B e t w e e n 7 a n d 15 km t h e t r a v e l t i m e c u r v e b e c o m e s c o n c a v e u p w a r d w i t h a n a p p a r e n t v e l o c i t y b e g i n n i n g a t 60 k m / s a n d s w e e p i n g s m o o t h l y t o 6 k m / s , w h i c h s u g g e s t s a n u p w a r d l y c o n v e x s t r u c t u r e w i t h h i g h e r v e l o c i t y m a t e r i a l c l o s e t o t h e s u r f a c e . A l s o t h e a m p l i t u d e s i n t h i s r e g i o n a r e l a r g e , i n d i c a t i n g f o c u s i n g o f t h e e n e r g y b y t h i s s t r u c t u r e . B e y o n d 15 km t h e a p p a r e n t v e l o c i t y a g a i n i n c r e a s e s t o 50 k m / s i n d i c a t i n g a s e c o n d s t r u c t u r a l c o m p l i c a t i o n w i t h h i g h v e l o c i t y m a t e r i a l n e a r t h e s u r f a c e . T h r e e p r i m a r y f e a t u r e s c o m p l i c a t e t h e t r a v e l t i m e s e c t i o n f o r O B S 1 - E X 1 ( F i g u r e 4 . l . b ) . F i r s t l y , t h e f a i r l y u n i f o r m r e f r a c t i o n b r a n c h o f a p p a r e n t v e l o c i t y 3 . 5 k m / s b e t w e e n 2 a n d 10 km e n d s w i t h a l a r g e t r a v e l t i m e d e l a y , s u g g e s t i n g a s t r u c t u r e w i t h t h e 3 . 5 k m / s r e f r a c t o r d o w n d r o p p e d . T h i s p a r t i c u l a r s e c t i o n o f t h e t r a v e l t i m e c u r v e s a m p l e s t h e s a m e s t r u c t u r e a s t h e c o n c a v e u p w a r d s e c t i o n o f O B S 2 - E X 1 E d e s c r i b e d a b o v e . T h i s f i r s t a r r i v a l t i m e o f f s e t e n d s w i t h a r e f r a c t i o n b r a n c h o f a p p a r e n t v e l o c i t y 6 . 9 k m / s , w h i c h h i d e s t h e c r o s s - o v e r p o i n t b e t w e e n t h e 3 . 5 a n d 6 . 9 k m / s r e f r a c t o r s . T h e s e c o n d i m p o r t a n t f e a t u r e o f t h e c u r v e a l s o o c c u r s a s a l a r g e t r a v e l t i m e d e l a y b e t w e e n 24 a n d 27 km a n d s u g g e s t s a s t r u c t u r e d r o p p i n g t h e 6 . 9 k m / s r e f r a c t o r d o w n . T h e l a s t m a i n f e a t u r e o f t h i s s e c t i o n o c c u r s b e y o n d 40 k m . T h e h i g h a m p l i t u d e a r r i v a l s b e t w e e n 35 a n d 40 k m , m o s t l i k e l y t h e c r o s s - o v e r a r r i v a l s f r o m t h e M o h o , d e c r e a s e r a p i d l y b e y o n d 40 km a n d c a n n o t b e p i c k e d b e y o n d 50 k m . T h e t w o a r r i v a l s b e t w e e n -40 a n d 50 km d i d n o t d e l i n e a t e t h e m a n t l e r e f r a c t i o n 49 b r a n c h (Pn) or t h e c r o s s o v e r d i s t a n c e between t h e 6.9 km/s and th e Pn b r a n c h e s and have t h u s been i g n o r e d . The l a s t s e c t i o n , IKE-EX1 ( F i g u r e 4 . 1 . c ) , r e - e m p h a s i z e s two of t h e o b s e r v a t i o n s made from 0BS1-EX1. Here a g a i n , a low v e l o c i t y r e f r a c t o r of a p p a r e n t v e l o c i t y 4.3 km/s ends a b r u p t l y w i t h a l a r g e t r a v e l t i m e d e l a y . In t h i s c a s e t h e n a t u r e of t h e t r a v e l t i m e d e l a y and t h e r e f r a c t i o n b r a n c h a f t e r t h e d e l a y r e m a i n s u n c l e a r . The t r a v e l t i m e c u r v e between 40 and 50 km e x h i b i t s a convex upward shape, w h i c h s u g g e s t s t h a t t h e down-dropped s t r u c t u r e r e s p o n s i b l e f o r t h e t i m e d e l a y h i d e s t h e c r o s s - o v e r between the 4.3 km/s l a y e r and an u n d e r l y i n g l a y e r of a p p a r e n t v e l o c i t y > 6.0 km/s. Once a g a i n a t i m e d e l a y ends t h i s s e c o n d r e f r a c t e d b r a n c h , s u g g e s t i n g a s e c o n d down-dropped s t r u c t u r e . The t r a v e l t i m e b r a n c h beyond 55 km has an a p p a r e n t v e l o c i t y o f 8.3 km/s. Thus t h e h i g h a m p l i t u d e s a f t e r t h e t i m e d e l a y a t 50 km most l i k e l y a r i s e from s u p e r - c r i t i c a l r e f l e c t i o n s f r o m t h e Moho. These t h r e e t r a v e l t i m e s e c t i o n s s u g g e s t two major c r u s t a l d i s c o n t i n u i t i e s . Most l i k e l y b o t h a r e l a r g e f a u l t s w i t h t h e w e s t e r n f a u l t b l o c k d i s p l a c e d downwards r e l a t i v e t o t h e e a s t e r n f a u l t b l o c k , as i n d i c a t e d by t h e c r o s s - s e c t i o n a l t o p o g r a p h y ( l o w e r i n s e t of F i g u r e 2 . 1 ) . 50 4 . 2 C o n s t r a i n t s a n d t h e i n i t i a l m o d e l P r o b l e m s o f u n i q u e n e s s n a t u r a l l y a r i s e w h e n o n e m o d e l s t r a v e l t i m e d a t a c o n t a i n i n g l a r g e e r r o r s . T o a l l e v i a t e t h i s p r o b l e m , a d d i t i o n a l c o n s t r a i n t s h a v e b e e n a p p l i e d t o t h e E X 1 d a t a s e t . C o n t i n u o u s s e i s m i c r e f l e c t i o n p r o f i l i n g ( C S P ) o v e r t h e p a s t d e c a d e ( C h a s e ' a n d T i f f i n , 1 9 7 2 ; C h a s e e t a l . , 1 9 7 5 ; u n p u b l i s h e d d a t a o f t h e G e o l o g i c a l S u r v e y o f C a n a d a ) p r o v i d e d a d e t a i l e d p i c t u r e o f t h e o c e a n b o t t o m t o p o g r a p h y t h r o u g h o u t t h e r e g i o n . A l t h o u g h m o s t o f t h e C S P d a t a d i d n o t p e n e t r a t e t o t h e b a s e m e n t a n d t h u s p r o v i d e v e r y l i t t l e d i r e c t e v i d e n c e o f s t r u c t u r e s a f f e c t i n g t h e b a s e m e n t , m a j o r s t r u c t u r a l d i s c o n t i n u i t i e s , s u c h a s t h e i n n e r a n d o u t e r f a u l t s c a r p s o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t . z o n e , c a n b e i n f e r r e d f r o m b o t t o m t o p o g r a p h y a n d t h u s l o c a t e d a c c u r a t e l y i n s p a c e . T h e i n t e r p r e t a t i o n o f E X 2 a s r e c o r d e d a t O B S 3 p l a c e s v e l o c i t y c o n s t r a i n t s o n t h e o c e a n c r u s t t o t h e w e s t o f t h e o u t e r Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t s c a r p , w h i l e i n t e r p r e t a t i o n s o f a i r g u n d a t a o v e r O B S ' s 1 a n d 2 ( T j a d e n , 1 9 8 1 ; K i r s t i u k , 1 9 8 1 ) p r o v i d e c o n s t r a i n t s o n t h e t h i c k n e s s o f s e d i m e n t s a n d b a s e m e n t v e l o c i t i e s b e n e a t h t h e s e t w o r e c e i v e r s . O n e C S P s e c t i o n ( C h a s e a n d T i f f i n , 1 9 7 2 ) s h o w s a d i s t i n c t h o r s t - l i k e f e a t u r e n e a r t h e o u t e r e d g e o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e t e r r a c e ( F i g u r e 4 . 2 ) . T h i s f e a t u r e s e p a r a t e s t h e d e e p s e d i m e n t a r y b a s i n , i n w h i c h O B S 2 r e s t e d , f r o m t h e P a c i f i c b a s i n t o t h e w e s t o f t h e t e r r a c e . T h e ' i n i t i a l ' v e l o c i t y m o d e l g e n e r a t e d f o r "EX1 , h a s Figure 4.2 CSP p r o f i l e s used as contra ints on the EX1 model These two r e f l e c t i o n p r o f i l e s viewed to the north ob l ique ly intersect EX1 (see the arrows) a) on the terrace and b) on the oceanic p l a t e . They provide two well def ined oceanic basement contra ints for EX2 and EX1. b) shows a d i s t i n c t h o r s t - l i k e feature with a reasonably strong r e f l e c t o r about 0.2 s below the sea f loor r e f l e c t i o n . A deep sedimentary bas in of f l a t sediments l i e s landward of the horst . Both are Included as cont ra in ts on the.EXI model (af ter Chase and T i f f i n , 1972) . 52 i n c o r p o r a t e d a l l o f t h e a b o v e c o n s t r a i n t s . T h e v e l o c i t y b o u n d a r i e s t h r o u g h o u t t h e m o d e l w e r e a s s u m e d t o b e c o n t i n u o u s e x t e n s i o n s o f t h e b o u n d a r i e s d e t e r m i n e d f o r E X 2 a n d h a v e b e e n v a r i e d o n l y i n d e p t h . T h e o v e r a l l s t r u c t u r e o f t h e b o u n d a r i e s r e m a i n e d c o n s i s t e n t w i t h t h e v e l o c i t y m o d e l p r e s e n t e d b y B i r d ( 1 9 8 1 ) i n h i s t i m e t e r m a n a l y s i s o f t h e e n t i r e Q u e e n C h a r l o t t e d a t a s e t . 4 . 3 M o d e l l i n g o f p r o f i l e E X 1 T w o d i m e n s i o n a l m o d e l l i n g o f t r a v e l t i m e d a t a n o t o n l y i n c l u d e s v e r t i c a l c h a n g e s , b u t a l s o l a t e r a l c h a n g e s i n v e l o c i t y , v e l o c i t y g r a d i e n t a n d b o u n d a r y o r i e n t a t i o n . T h i s i n c r e a s e i n p a r a m e t e r s l e a d s t o a n i n c r e a s i n g a m b i g u i t y , w h i c h h a s t w o i m p o r t a n t c o n s e q u e n c e s : n o a u t o m a t i c i n v e r s i o n t e c h n i q u e h a s y e t b e e n d e v e l o p e d f o r t w o d i m e n s i o n a l r e f r a c t i o n d a t a a n d n o n u m e r i c a l e s t i m a t e s o f t h e ' u n i q u e n e s s ' o f t h e s o l u t i o n c a n b e m a d e . T h e f i r s t c o n s e q u e n c e i m p l i e s t h a t r e p e t i t i v e f o r w a r d m o d e l l i n g i s r e q u i r e d . T h e t e c h n i q u e b e g i n s w i t h t h e c h o i c e o f a n ' i n i t i a l ' m o d e l t h r o u g h w h i c h r a y s a r e t r a c e d . T h e p r e d i c t e d t r a v e l t i m e c u r v e g e n e r a t e d b y t h e f o r w a r d s o l u t i o n i s t h e n c o m p a r e d t o t h e o b s e r v e d d a t a a n d c h a n g e s m a d e t o t h e m o d e l u n t i l t h e p r e d i c t e d t r a v e l t i m e s a g r e e s a t i s f a c t o r i l y w i t h t h e o b s e r v e d d a t a a n d t h e i r e r r o r s . T h i s t e c h n i q u e d e p e n d s i n t i m a t e l y o n t h e e x p e r i e n c e o f t h e m o d e l l e r a n d t h u s c a n l e a d t o a b i a s e d m o d e l . A f t e r o b t a i n i n g a ' f i n a l ' ' m o d e l v i a t h e a b o v e t e c h n i q u e , 53 t h e s e c o n d c o n s e q u e n c e i m p l i e s t h a t one c a n n o t q u a n t i t a t i v e l y j u d g e t h e v a l i d i t y of t h i s m o d e l . F o r t u n a t e l y t h r e e p r o f i l e s have i n d e p e n d e n t l y sampled t h e same v e l o c i t y s t r u c t u r e . A c o mbined 93 t i m e / d i s t a n c e p o i n t s must be s a t i s f i e d w i t h i n t h e i r e r r o r s , and i n t h e r e g i o n of g r e a t e s t s t r u c t u r a l c o m p l e x i t y - - ^ p r o f i l e s 0BS2-EX1E and 0BS1-EX1 p r o v i d e d a r e v e r s e d s a m p l i n g of t h e s t r u c t u r e . T h i s m u l t i p l i c i t y of d a t a n e c e s s a r i l y s h r i n k s t h e s i z e o f a v a i l a b l e model s p a c e . A d d i t i o n a l l y t h e g e o l o g i c a l and g e o p h y s i c a l c o n s t r a i n t s d i s c u s s e d i n s e c t i o n 4.2 and t h e a v a i l a b l e g r a v i t y d a t a ( R i d d i h o u g h , 1981) must be s a t i s f i e d , and t h e s e p l a c e f u r t h e r l i m i t s on t h e s i z e o f ' e f f e c t i v e ' model s p a c e . Once a l l of t h e s e d a t a have been s a t i s f i e d , one would hope t h a t t h e g e n e r a l v e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e ' r e a l ' e a r t h c l o s e l y r e s e m b l e s t h e i n t e r p r e t e d m o d e l . The W h i t t a l l and Clowes (1979) r a y t r a c i n g a l g o r i t h m used i n t h i s s t u d y a l l o w s p l a c e m e n t o f t h e r e c e i v e r a t any d e p t h and i n c l u s i o n o f t h e w ater column and o c e a n b o t t o m t o p o g r a p h y w i t h i n t h e m o d e l , which e l i m i n a t e t h e need f o r t o p o g r a p h y c o r r e c t i o n s . Rays a t g i v e n a n g u l a r i n c r e m e n t s a r e t h e n t r a c e d from t h e r e c e i v e r t h r o u g h t h e model t o t h e s u r f a c e . However, t h e e x p l o s i o n s of EX1 were d e t o n a t e d a t d e p t h , t h u s r e q u i r i n g s m a l l t i m e and d i s t a n c e c o r r e c t i o n s t o e f f e c t i v e l y p l a c e e a c h s h o t a t t h e s u r f a c e . T hese c o r r e c t i o n s r a n g e d from 0.03 s and 0.02 km f o r t h e s h a l l o w s h o t s t o 0.16 s and 0.05 km f o r t h e deep s h o t s . F i g u r e 4.3.a shows t h e r a y - t r a c i n g t h r o u g h t h e ' f i n a l ' model f o r OBS2-EX1W. The a n g u l a r i n c r e m e n t between r a y p a t h s has been i n c r e a s e d below t h e t h i r d b o u n d a r y t o more c l e a r l y d e f i n e t h e p r e d i c t e d t r a v e l t i m e c u r v e .for r a y s s a m p l i n g t h e s e d e p t h s . 54 Distance (km) W 50 60 0 OBS2-EX1W O observed first arrivals A predicted refractions & reflections • predicted head waves 10 T T 20 30 40 50 Distance (km) 60 Figure 4.3 Ray t rac ings through the ve loc i t y s t ructure for 0BS2-EX1W 0B52 l i e s at a depth of 2.03 km on the l e f t s ide of a) . Linear v e l o c i t y gradients orthogonal to the top of each layer occur throughout the model. a) the ray t r a c i n g through the v e l o c i t y s t ructure for EX1 to the west of OBS2. b) the pred ic ted a r r i v a l times for 0BS2-EX1W shown as the center of the t r i a n g l e s agree with the observed a r r i v a l s shown as the center of the c i r c l e s . The rad11 of these c i r c l e equal the average travel time er ro rs of the observed data. 55 T w o d i s t a n c e r e g i o n s (8 t o 15 km a n d 29 t o 32 km) e x i s t w h e r e r a y s a r r i v e f r o m d i f f e r e n t d e p t h s . T h e r e f o r e o n e e x p e c t s h i g h e r t r a c e a m p l i t u d e s a t t h e s e d i s t a n c e s . T h e o b s e r v e d s e c t i o n ( F i g u r e 4 . 1 . a ) r e v e a l s h i g h t r a c e a m p l i t u d e s b e t w e e n 5 a n d 20 km a n d a g a i n b e t w e e n 30 a n d 40 k m . T h u s h i g h a m p l i t u d e s d o o c c u r c l o s e t o t h e i r p r e d i c t e d l o c a t i o n s . H o w e v e r , t h e a g r e e m e n t i s n o t p e r f e c t . T h e t r a c e a t 10 km h a s a n u n u s u a l l y l o w a m p l i t u d e ; a f e a t u r e u n p r e d i c t e d b y t h e r a y t r a c i n g . T h e r a y t r a c i n g p r e d i c t s M o h o s u p e r c r i t i c a l r e f l e c t i o n s ( P n ) b e t w e e n 28 a n d 33 k m , w h e r e a s h i g h a m p l i t u d e s c o r r e s p o n d i n g t o t h e s e r e f l e c t i o n s o n t h e d a t a s e c t i o n o c c u r b e t w e e n 30 a n d 40 k m . T h i s s u g g e s t s t h a t t h e m o d e l i n a d e q u a t e l y r e p r e s e n t s t h e e a r t h s t r u c t u r e a l o n g t h e e a s t e r n m o s t s e g m e n t o f t h e t h i r d h o r i z o n t a l b o u n d a r y . F i g u r e 4 . 3 . b p r e s e n t s t h e p r e d i c t e d t r a v e l t i m e p o i n t s w h i c h c l o s e l y f i t t h e o b s e r v e d d a t a . T h e r a d i u s o f t h e c i r c l e s m a r k i n g t h e o b s e r v e d a r r i v a l s e q u a l s t h e o v e r a l l t r a v e l t i m e e r r o r s f o r a l l o f t h e f i g u r e s i n t h i s c h a p t e r . F i g u r e 4 . 4 . a t r a c e s r a y s t h r o u g h t h e ' f i n a l ' m o d e l f o r O B S 2 - E X 1 E . F o r c l a r i t y t h e r a y s s a m p l i n g t h e s e d i m e n t l a y e r , h a v e n o t b e e n p l o t t e d . F r o m t h e f i g u r e o n e w o u l d e x p e c t t o s e e h i g h e r a m p l i t u d e s o c c u r r i n g b e t w e e n 7 a n d 10 km a n d n e a r 12 km d u e t o t h e a r r i v a l s r e f l e c t e d f r o m t h e s t e e p f a u l t s i n t h e m o d e l , a n d F i g u r e 4 . 1 . a i n d e e d s h o w s t h i s a s t h e c a s e . F i g u r e 4 . 4 . b d i s p l a y s t h e g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n o b s e r v e d a n d p r e d i c t e d t r a v e l t i m e d a t a f o r t h i s p r o f i l e . F i g u r e 4 . 5 . a p r e s e n t s r a y s t r a c e d t h r o u g h t h e ' f i n a l ' m o d e l f o r p r o f i l e O B S 1 - E X 1 . T h i s f i g u r e c l e a r l y d i s c l o s e s t h e r e a s o n f o r t h e l a c k o f c o h e r e n t e n e r g y b e y o n d 45 km i n F i g u r e 4 . 1 . b . Distance (km) o CO X H 0 OBS2-EX1E O observed first arrivals A predicted refractions & reflections T 5 T T 10 15 Distance (km) 20 Figure 4.4 Ray t rac ings through the v e l o c i t y s t ructure for 0BS2-EX1E a) 0BS2 l i e s at a depth of 2.03 km on the l e f t s ide of the model. The f a u l t s t ruc ture at 12 km a r i s e s from the small t ravel time advance at that d is tance In b) . A corresponding feature occurs 1n 0BS1-EX1 and IKE-EX 1 . b) the p red ic ted and observed travel times of 0BS2-EX1E. 57 Distance (km) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Distance (km) Figure 4.5 A ray t rac ing through the v e l o c i t y s t ructure of 0BS1-EX1 a) 0BS1 l i e s at a depth of 0.85 km on the l e f t s ide of the model. The angular increment between rays becomes smaller below the th i rd hor izonta l boundary, which improves the d e f i n i t i o n of the travel time curve for rays passing through the deeper sect ion of th i s s t ructure . b) the pred ic ted and observed travel times for 0BS1-EX1. Notice the kink in the t ravel time curve near 9 km. This corresponds to the small t rave l time advance noted 1n Figure 4 . 4 . b . This model 1s nearly i d e n t i c a l to those for 0BS2-EX1. Note : p a r t i a l reversal of 0BS2EX1E occurs between O and 20 km. 58 The dipping Moho redirects the energy outward in such a way that very l i t t l e reaches the surface beyond t h i s distance. Considering the extreme complexity of this model, Figure 4.5.b reveals a close agreement between the predicted and observed travel times. Figure 4.6.a depicts the ' f i n a l ' ray tracing for p r o f i l e IKE-EX1, which represents the entire earth structure from the P a c i f i c Basin to the eastern coast of Moresby Island at Ikeda Cove. The rays completely sample the structure pictured in Figures 4.3, 4.4 and 4.5. The boundary at a depth of 9.4 km in the l e f t hand side of the figure separates material with a high v e l o c i t y gradient ( 0.14 -km/s/km) from material of lower gradient ( 0.04 km/s/km) below, since u n r e a l i s t i c a l l y high v e l o c i t i e s would occur at the base of the continental crust without a gradient decrease. However, very l i t t l e constraint exists for continental structures to distances of 10 to 20 km and depths below 5 to 10 km, so this boundary was placed a r b i t r a r i l y at a depth where two blocks with s l i g h t l y d i f f e r e n t v e l o c i t y gradients reached a common v e l o c i t y . A detailed re f r a c t i o n p r o f i l e along Moresby Island and orthogonal to EX1 is needed to constrain any vel o c i t y structure within the continent. The predicted and observed travel time values for this p r o f i l e c l o s e l y agree as seen in Figure 4.6.b. Small i n f l e c t i o n s in the travel time curves of p r o f i l e s OBS2-EX1E, OBS1-EX1 and I RE-EX1 support the inclusion of the small easternmost f a u l t . Figure 4.4.b shows a small tr a v e l time advance near 12 km, which requires a fault bringing higher v e l o c i t i e s toward the surface. Figure 4.5.b and Figure 4.6.b ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Distance (km) Figure 4.6 A ray t rac ing through the ve loc i t y s t ructure for IKE-EX 1 a) an Increase in the angular increment between rays penetrat ing the 9.4 km boundary provides better d e f i n i t i o n of the travel time curve for deep rays . The 9.4 km boundary decreases the gradient 1n the lower cont inental c rus t . This v e l o c i t y s t ructure is nearly ident ica l to those presented In Figures 4.3 and 4 . 5 . b) the p red ic ted and observed travel times of IKE-EX 1 . Note the small kink In the t ravel time curve at 34 km, which corresponds to the feature mentioned for 0BS2-EX1E and 0BS1-EX1. 60 b o t h s h o w a k i n k i n t h e t r a v e l t i m e c u r v e s a t 8 km a n d 35 km r e s p e c t i v e l y . T h e s e c l o s e l y c o i n c i d e w i t h t h e t r a v e l t i m e a d v a n c e i n F i g u r e 4 . 4 . b a n d ' h a v e b e e n i n t e r p r e t e d a s s m a l l t r a v e l t i m e d e l a y s , w h i c h g i v e t h e s a m e s e n s e o f d i s p l a c e m e n t r e q u i r e d b y t h e t r a v . e . 1 t i m e a d v a n c e . 4 . 4 A g e o l o g i c a l i n t e r p r e t a t i o n F i g u r e 4 . 7 g e n e r a l i z e s t h e ' f i n a l ' m o d e l w h i c h s a t i s f i e s a l l o f t h e t r a v e l t i m e d a t a f o r E X 1 . T h e c o m p l i c a t e d s t r u c t u r a l s h a p e o f t h e m o d e l p r e v e n t s e s t i m a t i o n o f t h e v e l o c i t y r e s o l u t i o n w i t h i n a n y g i v e n c r u s t a l b l o c k a n d l i m i t s t h e c o n f i d e n c e o f c o r r e l a t i o n b e t w e e n s e i s m i c v e l o c i t i e s a n d r o c k t y p e s . H o w e v e r , s e v e r a l f e a t u r e s d o l e n d t h e m s e l v e s t o i n t e r p r e t a t i o n . T h r e e d i s t i n c t c r u s t a l b l o c k s e x i s t w i t h i n t h e m o d e l : t h e c o n t i n e n t a l b l o c k , t h e t e r r a c e b l o c k a n d t h e o c e a n i c b l o c k , s e p a r a t e d b y t w o m a j o r , c r u s t a l l y p e r v a s i v e f a u l t s , t h e o u t e r a n d i n n e r Q u e e n C h a r l o t t e ( Q C F ) . T h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e c o n s i s t s o f a t l e a s t t w o o t h e r c r u s t a l f a u l t s , a l t h o u g h t h e r a y t r a c i n g d o e s n o t r e q u i r e t h e s e t o b e c r u s t a l l y p e r v a s i v e . A s e r i e s o f s m a l l e r f a u l t s a p p e a r i n r e f l e c t i o n s e c t i o n s a c r o s s t h e t e r r a c e ( C h a s e a n d T i f f i n , 1 9 7 2 ) , b u t c a n n o t b e r e s o l v e d b y o u r d a t a s e t . A l l o f t h e f a u l t s d i p s t e e p l y ( 6 0 ° t o 9 0 ° ) , a s w o u l d b e e x p e c t e d o f m a j o r s t r i k e - s l i p f a u l t s . T h e h y p o c e n t e r s o f H y n d m a n a n d E l l i s ( 1 9 8 1 ) f o r m i c r o e a r t h q u a k e s s h o w s a c t i v i t y a l o n g t h e i n n e r Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t - a t a n a v e r a g e d e p t h o f 18 k m . A s s u m i n g t h a t t h e s e Figure 4.7 A genera l i zed Interpretat ion of the v e l o c i t y s t ruc ture of EX1 The f i r s t number In the v e l o c i t y s t rat igraphy gives the v e l o c i t y at the top of the Ve loc i t y Uni t , while the second number gives the v e l o c i t y at the bottom of the same uni t with a l inear v e r t i c a l gradient between top and bottom. RLF - Louscoone Inlet Fault SCB - San C r l s t o v a l B a t h o l i t h (the dashed v e r t i c a l l ines within Ve loc i t y Unit 4 show the extent of the surface expression of th is b a t h o l i t h . QCF - Queen Char lo t te Fau l t . 62 e a r t h q u a k e s o c c u r a l o n g a f a u l t p l a n e a n d t h u s s h o u l d f o r m a p e r f e c t l i n e i n c r o s s - s e c t i o n , t h e d i p o f t h e f a u l t d e t e r m i n e d b y j o i n i n g t h e s u r f a c e e x p r e s s i o n o f t h e f a u l t w i t h a n ' a v e r a g e ' h y p o c e n t e r l o c a t i o n r e s u l t s i n a f a u l t d i p p i n g 8 0 ° t o t h e w e s t c o m p a r e d t o t h e 6 0 ° d i p i n t h e f i n a l m o d e l . T o t e s t t h e r e s o l u t i o n o f d i p a n g l e , t h e d i p o f t h i s f a u l t w a s v a r i e d b e t w e e n 60 a n d 9 0 ° a n d r a y s t r a c e d t h r o u g h t h e m o d i f i e d m o d e l s . T h e b e s t f i t f o r O B S 2 - E X 1 E o c c u r r e d w i t h a d i p o f 60 t o 7 0 ° ; f o r O B S 1 - E X 1 w i t h a d i p o f 7 0 ° a n d f o r I K E - E X 1 w i t h a d i p o f 8 0 ° . T h u s t h e m o d e l c a n r e s o l v e f a u l t d i p s o n l y w i t h i n 10 t o 2 0 ° . S u p e r f i c i a l l y t h i s z o n e l o o k s l i k e a g r a b e n / h o r s t f a u l t z o n e a s s o c i a t e d w i t h t e n s i o n a l s t r e s s e s . H o w e v e r , t e n s i o n c o n t r a d i c t s t h e k n o w n p r e s e n c e t o d a y o f o b l i q u e c o n v e r g e n c e a n d a s s o c i a t e d c o m p r e s s i o n a l o n g t h i s p l a t e m a r g i n . C . Y o r a t h ( p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n , 1 9 8 2 ) h a s s u g g e s t e d , t h a t t h e g r a b e n / h o r s t - 1 i k e a p p e a r a n c e o f t h e t e r r a c e a r i s e s f r o m c o m p r e s s i o n a l s t r e s s . I n s t e a d o f n o r m a l f a u l t s , t h e s t r u c t u r e c o u l d a r i s e f r o m l a r g e l o w f r e q u e n c y f o l d s o f h i g h l y c o m p r e s s e d s e d i m e n t s c o m b i n e d w i t h h i g h a n g l e r e v e r s e f a u l t s . H e h a s o b s e r v e d a s e r i e s o f a r c u a t e , s e e m i n g l y r i g h t h a n d e n e c h e l o n f o l d s o c c u r r i n g a l o n g t h e e n t i r e l e n g t h o f t h e t e r r a c e . F i g u r e 4 . 8 s h o w s t h i s f o l d i n g i n a r e f l e c t i o n p r o f i l e t o t h e n o r t h o f E X 1. H e p o s t u l a t e s t h a t t h e s e a r i s e f r o m t h e o b l i q u e c o n v e r g e n c e o f t h e P a c i f i c p l a t e a g a i n s t t h e t e r r a c e . I n t h i s m o d e l t h e l a r g e ' h o r s t ' o n t h e w e s t e r n e d g e o f t h e t e r r a c e may i n s t e a d b e a h i g h a n g l e t h r u s t o r a l a r g e f o l d s t r u c t u r e . W h e t h e r i t c o n t i n u e s i n t o V e l o c i t y U n i t 7 i n t h i s c a s e r e m a i n s a q u e s t i o n . "The f a u l t t o t h e e a s t . o f t h e i n n e r . Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t 63 20 30 40 distance (Km) 50 F i g u r e 4.8 F o l d s of the t e r r a c e sediments T h i s r e f l e c t i o n s e c t i o n shows the low f r e q u e n c y f o l d i n g of the sediments 1n the t e r r a c e r e g i o n which r e s u l t s from the compression of the t e r r a c e between the N o r t h American and P a c i f i c p l a t e s . T h i s s e c t i o n l i e s 30 km to the n o r t h of EX 1 (from Chase et a l . , 1975) l o o k s l i k e a normal f a u l t , whose presence i n d i c a t e s e i t h e r past or presen t t e n s i o n w i t h i n the upper c o n t i n e n t a l b l o c k . S u t h e r l a n d Brown (1968) observed a s i g n i f i c a n t subs idence ( 1000 to 3000 m) from west to eas t a c r o s s the R e n n e l l Sound -Louscoone I n l e t f a u l t zone i n a d d i t i o n to an e s t i m a t e d 20 to 80 km of r i g h t - l a t e r a l d i s p l a c e m e n t . However, t h i s v e r t i c a l d i sp lacement r e q u i r e s a component of t e n s i o n a l s t r e s s at some time i n the r e g i o n ' s h i s t o r y . Y o r a t h and Chase (1981) reviewed the r i f t i n g h y p o t h e s i s of Queen C h a r l o t t e Sound and Hecate S t r a i t and suggested tha t r i f t i n g arose from c r u s t a l u p l i f t over a mantle plume d u r i n g l a t e O l i g i o c e n e to midd le Miocene (15 to 30 Ma) , p l a c i n g the southern Queen C h a r l o t t e I s l a n d s under t e n s i o n . T e n s i o n w i t h i n the c o n t i n e n t a l c r u s t , in t h i s r e g i o n a l s o o c c u r r e d as an i s o s t a t i c response to the t e r m i n a t i o n of K u l a p l a t e subduc t i on a d j a c e n t to the Queen C h a r l o t t e I s l a n d s 64 a n d s o u t h e a s t e r n A l a s k a ( M o n g e r a n d P r i c e , 1 9 7 9 ) . I n a d d i t i o n , u p l i f t o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s may r e m a i n a c t i v e t o d a y i n r e s p o n s e t o u n d e r t h r u s t i n g a n d c o m p r e s s i v e d e f o r m a t i o n f r o m o b l i q u e s u b d u c t i o n . C o n c e i v a b l y n o r m a l f a u l t s c o u l d f o r m i n t h e u p p e r c o n t i n e n t a l c r u s t a s a r e s p o n s e t o t h e s e u p l i f t s . T h e L o u s c o o n e I n l e t F a u l t ( R L F ) a l s o a p p e a r s i n F i g u r e 4 . 7 . T h i s f a u l t e x p l i c i t l y e x p o s e s i t s e l f i n t h e u p p e r 5 km o f t h e c o n t i n e n t a l b l o c k . R a y s f r o m E X 1 d o n o t s u f f i c i e n t l y i l l u m i n a t e t h i s f a u l t , a n d t h u s d o n o t a d e q u a t e l y c o n s t r a i n i t b e l o w t h i s d e p t h . H o w e v e r , t h e f a u l t i s e x p e c t e d t o s p l i t t h e e n t i r e c o n t i n e n t a l b l o c k ( Y o r a t h a n d C h a s e , 1 9 8 1 ; S u t h e r l a n d B r o w n , 1 9 6 8 ) . R a y s f r o m EX1 d o n o t i l l u m i n a t e m u c h o f t h e M o h o u n d e r l y i n g t h e c o n t i n e n t a l a n d t e r r a c e b l o c k s . H o w e v e r , t h e s e g m e n t t h e y d o s a m p l e s u g g e s t s a M o h o d i p p i n g a p p r o x i m a t e l y 2 0 ° e a s t w a r d b e n e a t h t h e t e r r a c e b l o c k w h i c h r e q u i r e s a 2 t o 5 km t h i c k e n i n g o f t h e t e r r a c e c r u s t r e l a t i v e t o t h e o c e a n i c c r u s t . T h e d a t a s e t d o e s n o t d i s t i n c t l y d e l i n e a t e t h e p r e s e n c e o f a s l i c e o f u n d e r t h r u s t o c e a n i c c r u s t ; s u c h a f e a t u r e c o u l d e a s i l y b e m a s k e d b y c o m p l i c a t i o n s i n t h e t r a v e l p a t h s o f r a y s p a s s i n g t h r o u g h t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e . T h e d e f i n i t i o n o f t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e i n t h e d e e p e r p a r t o f t h e c o n t i n e n t a l b l o c k i s i n s u f f i c i e n t t o a r g u e f o r o r a g a i n s t a s l i c e o f u n d e r t h r u s t o c e a n i c c r u s t a t t h e b o t t o m o f t h i s b l o c k . T h e v e l o c i t y s t r a t i g r a p h y i n F i g u r e 4 . 7 c a n w i t h c a r e b e i n t e r p r e t e d . A s u m m a r y o f t h i s i n t e r p e t a t i o n i s p r e s e n t e d i n T a b l e 4 . - 1 . V e l o c i t y U n i t s 1 a n d 2 r e s p e c t i v e l y r e p r e s e n t t h e o c e a n i c w a t e r c o l u m n a n d t h e o c e a n b o t t o m - s e d i m e n t s . U n i t 10 65 Table 4.1 An Interpretat ion of the v e l o c i t y st rat igraphy of EX 1. V e l o c i t y Unit Ve loc i t y Range Descr ip t ion VU (km/s) 1 1.475 - 1.5 ocean water 2 1 . 8 - 2 . 5 ocean bottom sediments 3 3.7 - 5 .0 sheared vo lcan ics or compressed sediments 4 6.3 - 6.5 quartz d i o r i t e b a t h o l i t h with cover of vo lcan ics near surface p i l low lavas 5.3 - 6.6 associated sediments and 5 Te r t ia ry grani te to quartz d i o r i t e p lutons. the nature 6 . 6 - 7 . 2 of the deeper crust is not adequately constra ined. h ighly compressed sediments 6 3.3 - 4.6 with poss ib le base of sheared basa1ts 7 5 . 5 - 7 . 3 sheared basal ts and gabbros 8 3.8 - 5.2 s l i g h t l y sheared p i l low basa l ts and s p l l l i t e s 9 6 . 3 - 7 . 5 metabasalts and gabbro 10 > 7.9 p e r i d o t i t e with some dunite r e p r e s e n t s t h e upper m a n t l e , composed p r i m a r i l y of p e r i d o t i t e w i t h some d u n i t e . S u t h e r l a n d Brown (1968) has e x t e n s i v e l y mapped t h e g e o l o g y of Moresby I s l a n d . From t h e s e s u r f i c i a l o b s e r v a t i o n s some o f t h e v e l o c i t y u n i t s of t h e c o n t i n e n t a l b l o c k c an be i n f e r r e d . To t h e e a s t o f t h e L o u s c o o n e I n l e t f a u l t l i e s a t h i c k s e q u e n c e ( 3.0 km) o f e a r l y t o m i d d l e T r i a s s i c v o l c a n i c s : t h e Karmutsen F o r m a t i o n . S m a l l T e r t i a r y g r a n i t e t o q u a r t z d i o r i t e p l u t o n s i n t r u d e t h e s e p i l l o w b a s a l t s . ' A t n e a r - s u r f a c e p r e s s u r e s P-wave v e l o c i t i e s f o r p i l l o w " b a s a l t s a v e r a g e a r o u n d 5.3 km/s ( C h r i s t e n s e n and S a l i s b u r y , 1973); f o r g r a n i t e and q u a r t z 66 m o n z a n i t e a v e r a g e 5 . 1 k m / s ; a n d f o r q u a r t z d i o r i t e a v e r a g e 5 . 5 k m / s ( B i r c h , 1 9 6 0 ) . T h e s e v e l o c i t i e s a g r e e w i t h t h e v e l o c i t i e s a p p e a r i n g i n t h e u p p e r p a r t s o f U n i t 5 . H o w e v e r t h e d e p t h e x t e n t c a n n o t b e d e t e r m i n e d f r o m t h e m o d e l . A s m e n t i o n e d b e f o r e , t h e d a s h e d l i n e a t a d e p t h o f 10 km i n t h i s u n i t s e p a r a t e s a h i g h e r v e l o c i t y g r a d i e n t a b o v e f r o m a l o w e r g r a d i e n t b e l o w . T o t h e w e s t o f t h e L o u s c o o n e I n l e t F a u l t S u t h e r l a n d B r o w n ( 1 9 6 8 ) h a s m a p p e d n o t o n l y K a r m u t s e n v o l c a n i c s , b u t a l s o a n e x t e n s i v e b a t h o l i t h , t h e S a n C r i s t o v a l b a t h o l i t h ( S C B ) , w h i c h c o n s i s t s p r i m a r i l y o f q u a r t z d i o r i t e . T h i s m i d d l e J u r a s s i c p l u t o n e x t e n d s f o r 80 km a l o n g t h e w e s t c o a s t o f M o r e s b y I s l a n d a n d r a n g e s i n w i d t h f r o m 4 t o 10 k m . F o r a q u a r t z d i o r i t e o f s i m i l a r c o m p o s i t i o n B i r c h ( 1 9 6 0 ) f o u n d P - w a v e v e l o c i t i e s r a n g i n g f r o m 5 . 5 k m / s a t s u r f a c e p r e s s u r e s t o 6 . 5 k m / s f o r p r e s s u r e s e q u i v a l e n t t o d e p t h s o f 3 k m . B e a r i n g i n m i n d t h a t t h e I K E - E X 1 d a t a s e t h a s n o t s a m p l e d t h e u p p e r 1 km o f V e l o c i t y U n i t 4 , B i r c h ' s v e l o c i t i e s f o r q u a r t z d i o r i t e a g r e e f a v o r a b l y t o t h o s e o b s e r v e d i n U n i t 4 . F r o m F i g u r e 4 . 8 t h e S a n C r i s t o v a l b a t h o l i t h e x t e n d s a t d e p t h f r o m t h e L o u s c o o n e I n l e t f a u l t t o a s f a r w e s t a s OBS1 a n d t o a d e p t h o f 5 t o 6 k m . A s s u m i n g t h a t t h e L o u s c o o n e I n l e t f a u l t h a s s l i c e d t h r o u g h t h i s b a t h o l i t h , r i g h t - l a t e r a l d i s p l a c e m e n t o f 20 t o 8 0 km ( S u t h e r l a n d B r o w n , 1 9 6 8 ) w o u l d p l a c e a c o m p a r a b l e v e l o c i t y u n i t t o t h e s o u t h o f E X 1 o n t h e e a s t s i d e o f t h e f a u l t . H e h a s a l s o s u g g e s t e d t h a t m a s s i v e v o l c a n i c s m i g h t b e c o m m o n l y f o u n d b e n e a t h t h e c o n t i n e n t a l s l o p e t o t h e w e s t o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s . U n i t 3 c o u l d b e t h e s e v o l c a n i c r o c k s . T h e v e l o c i t i e s w i t h i n t h i s u n i t c l o s e l y r e s e m b l e t h e ' v e l o c i t i e s f o u n d i n o c e a n i c U n i t -.8, w h i c h " s u g g e s t s a l a r g e 67 d e g r e e o f h y d r o t h e r m a l a l t e r a t i o n o r m e c h a n i c a l s h e a r i n g o f t h e s e r o c k s . T h e o c e a n i c b l o c k , U n i t s 8 a n d 9 , h a s b e e n t h o r o u g h l y d i s c u s s e d i n C h a p t e r 3 . I n s u m m a r y U n i t 8 c o n s i s t s o f s p i l l i t i z e d , a n d p o s s i b l y s h e a r e d , p i l l o w b a s a l t s g r a d i n g d o w n w a r d s t o m a s s i v e b a s a l t s a n d m e t a b a s a l t s o f t h e g r e e n s c h i s t - f a c i e s . U n i t 9 c o n s i s t s o f a m p h i b o l i t e - f a c i e s m e t a b a s a l t s g r a d i n g d o w n w a r d t o g a b b r o a n d m e t a g a b b r o . T h e t e r r a c e b l o c k r e m a i n s s o m e w h a t o f a n e n i g m a . T h e v e l o c i t i e s o f U n i t s 6 a n d 7 h a v e l o w e r v a l u e s t h a n e i t h e r t h e o c e a n i c o r t h e c o n t i n e n t a l u n i t s a d j a c e n t t o t h e m , w h i c h c o u l d i n d i c a t e a b a s i c l i t h o l o g i c a l d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e s e u n i t s , a h i g h d e g r e e o f m e c h a n i c a l s h e a r i n g o r b o t h . C . Y o r a t h ( p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n , 1 9 8 2 ) h a s s u g g e s t e d t h a t t h e t e r r a c e may c o n s i s t o f h i g h l y c o m p r e s s e d s e d i m e n t s , w h i c h p r e s e n t l y r i d e o n t h e P a c i f i c p l a t e a n d w i l l u l t i m a t e l y c o l l i d e i n t o A l a s k a i n a m a n n e r s i m i l a r t o t h e p a s t m o t i o n s o f t h e C h u g a c h t e r r a n e o f s o u t h e a s t e r n A l a s k a . H e e x p e c t s u p t o 4 km o f s e d i m e n t s o v e r l y i n g t h e b a s e m e n t , a n d i n a d d i t i o n t o H y n d m a n a n d E l l i s ( 1 9 8 1 ) , b e l i e v e s t h a t t h e P a c i f i c p l a t e u n d e r t h r u s t s b o t h t h e t e r r a c e a n d c o n t i n e n t i n r e s p o n s e t o o b l i q u e c o n v e r g e n c e . T h e s e i d e a s p r o v i d e a p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h e v e l o c i t y s t r a t a w i t h i n t h e t e r r a c e . U n i t 6 may c o n s i s t o f a s e d i m e n t a r y m e l a n g e c a u g h t i n t h e s q u e e z e b e t w e e n t h e c o n t i n e n t a l a n d o c e a n i c b l o c k s a n d t h u s d e f o r m e d b y f o l d i n g a n d h i g h a n g l e r e v e r s e f a u l t i n g . T h e s e w o u l d l i k e l y b e t r e n c h s e d i m e n t s , w h i c h b e c a m e a c c r e t e d t o t h e c o n t i n e n t a l b l o c k d u r i n g s u b d u c t i o n o f t h e K u l a p l a t e ( s e e B e r g e t a l . , 1 9 7 2 f o r a c o m p a r i s o n w i t h t h e 68 o r i g i n o f t h e C h u g a c h t e r r a n e ) . U n i t 7 a n d p o s s i b l y t h e b o t t o m o f U n i t 6 c o u l d t h e n b e o c e a n i c c r u s t s u b d u c t i n g b e n e a t h t h e c o n t i n e n t b y e i t h e r d o w n s t e p p i n g ( L i s t e r , 1 9 6 9 ) o r u n d e r t h r u s t i n g . A n u n d e r t h r u s t i n g p l a t e w o u l d r e q u i r e a s l o p i n g , n o t a s t a i r s t e p p i n g , b o u n d a r y b e t w e e n U n i t s 6 a n d 7 . E i t h e r m e c h a n i s m c o u l d c o n c e i v a b l y c a u s e e x t e n s i v e s h e a r i n g o f t h e m a t e r i a l s w i t h i n t h e t e r r a c e , t h u s a c c o u n t i n g f o r t h e d e p r e s s e d v e l o c i t i e s i n t h e s e u n i t s . H o w e v e r , t h e m i c r o s e i s m i c i t y o b s e r v e d b y H y n d m a n a n d E l l i s ( 1 9 8 1 ) o v e r a t e n d a y p e r i o d i n 1 9 7 9 i n d i c a t e d f a u l t m o t i o n a l o n g t h e d e e p e r s e c t i o n s o f t h e i n n e r Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t . T h i s s u g g e s t s a p r e d o m i n a n c e o f s t i k e - s l i p m o t i o n w i t h n o i n d i c a t i o n o f a c t i v e f a u l t i n g w i t h i n t h e t e r r a c e b l o c k . H o w e v e r , t h e i r s t u d y r e c o r d e d o n l y a s n a p s h o t i n t i m e . A s a f i n a l c o m m e n t , s y n t h e t i c g r a v i t y d a t a s h o u l d b e c a l c u l a t e d f o r t h i s m o d e l a n d c o m p a r e d w i t h t h e o b s e r v e d g r a v i t y d a t a i n t h e r e g i o n , w h i c h h a s n o t b e e n d o n e d u e t o t i m e c o n s t r a i n t s . R i d d i h o u g h ( 1 9 8 1 ) h a s m o d e l l e d a g r a v i t y p r o f i l e a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e n o r t h o f my s t u d y a r e a . F i g u r e 4 . 9 s h o w s t w o o f h i s m o d e l s w h i c h s a t i s f y t h e d a t a e q u a l l y w e l l . T h e v e l o c i t y s t r u c t u r e i n F i g u r e 4 . 7 s h o w s t h e M o h o b e n e a t h t h e t e r r a c e b l o c k a t a n a v e r a g e d e p t h o f 14 k m , w h i c h r e q u i r e s c r u s t a l t h i c k e n i n g o f a p p r o x i m a t e l y 2 t o 5 km c o m p a r e d t o t h e o c e a n i c c r u s t . T h i s c o m p a r e s r e a s o n a b l y t o t h e g r a v i t y m o d e l p r e s e n t e d i n F i g u r e 4 . 9 . a . E q u a t i n g U n i t 6 t o t h e m a t e r i a l w i t h a d e n s i t y o f 2 . 4 g / c m 3 , t h e t h i c k n e s s o f t h e v e l o c i t y u n i t l i e s b e t w e e n t h e e q u i v a l e n t u n i t s i n t h e g r a v i t y m o d e l s . T h e t h i c k n e s s o f U n i t 7 . a g r e e s w i t h t h e t h i c k n e s s o f t h e 69 distance (km) 0 20 40 60 80 100 120° distance (km) co F i g u r e 4.9 G r a v i t y models a c r o s s the Queen C h a r l o t t e f a u l t zone b o t h models f i t the o b s e r v e d g r a v i t y d a t a e q u a l l y w e l l . a) the o c e a n i c s l i c e model. The t e r r a c e appears as a t h i c k e n e d wedge of 2.4 g/cm 1 m a t e r i a l u n d e r l a i n by a t h i n s l i c e of 2.85 g/cm 1, which resembles u n d e r t h r u s t o c e a n i c c r u s t . b) t h e c o n t i n e n t a l t e r r a c e model. The t e r r a c e appears as a t h i n wedge of 2.4 g/cm' m a t e r i a l u n d e r l a i n by a t h i c k u n i t of 2.85 g/cm', which has a t h i c k n e s s comparable t o t h i n c o n t i n e n t a l c r u s t . 70 2 . 8 5 g / c m 3 u n i t i n F i g u r e 4 . 9 . a . F u r t h e r m o r e , i f o n e e q u a t e s U n i t 7 w i t h U n i t s 8 a n d 9 , a d o w n d r o p o f 1 - 2 km i n t h e t e r r a c e b l o c k c o m p a r e s r e a s o n a b l y t o t h e s i m i l a r d o w n d r o p i n F i g u r e 4 . 9 . a . T h u s t h e v e l o c i t y m o d e l m o r e c l o s e l y r e s e m b l e s t h e o c e a n s l i c e g r a v i t y m o d e l . 71 C H A P T E R 5 S U M M A R Y A N D D I S C U S S I O N T h i s s t u d y a i m e d a t p r o v i d i n g a p i c t u r e o f t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e a n d h a s a c c o m p l i s h e d t h i s a i m . T h e m o d e l o f t h e . f a u l t z o n e f i t s t h e t r a v e l t i m e a n d a m p l i t u d e d a t a o f a n o c e a n i c p r o f i l e a n d t h e t r a v e l t i m e d a t a o f 3 r e c e i v e r s f o r a p r o f i l e t r a n s v e r s e t o t h e f a u l t z o n e . T h e o c e a n i c c r u s t c l o s e l y r e s e m b l e s s t a n d a r d o c e a n i c c r u s t d e t e r m i n e d b y o t h e r s t u d i e s i n t h e n o r t h e a s t P a c i f i c b a s i n a n d v e l o c i t y p r o f i l e s o f o p h i o l i t e s e q u e n c e s t h r o u g h o u t t h e w o r l d . T h i s c r u s t c o n s i s t s o f a n u p p e r l a y e r w i t h v e l o c i t i e s o f 3 . 8 t o 6 . 0 k m / s f r o m t o p t o b o t t o m , a n u n d e r l y i n g l a y e r w i t h v e l o c i t i e s o f 6 . 0 t o 7 . 6 k m / s a n d a m a n t l e o f 7 . 9 k m / s . T h e c l o s e n e s s o f t h i s p r o f i l e t o t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e s h o w s t h a t t h e o c e a n i c c r u s t c o n t i n u e s u n d i s t u r b e d u p t o t h e o u t e r f a u l t s c a r p . T h e t e r r a c e c r u s t e x h i b i t s l o w e r v e l o c i t i e s t h a n t h e o c e a n i c c r u s t a n d c o n s i s t s o f a n u p p e r l a y e r w i t h v e l o c i t i e s o f 3 . 3 t o 4 . 6 k m / s a n d a l o w e r l a y e r o f 5 . 5 t o 7 . 3 k m / s . T h e M o h o d i p s a p p r o x i m a t e l y 2 0 ° e a s t w a r d b e n e a t h t h e t e r r a c e s u g g e s t i n g u n d e r t h r u s t i n g o f t h e o c e a n i c p l a t e ; t h i s w o u l d a c c o m o d a t e t h e o b l i q u e c o n v e r g e n c e b e t w e e n t h e N o r t h A m e r i c a a n d P a c i f i c p l a t e s . T h e c o n t i n e n t a l c r u s t was n o t a d e q u a t e l y s a m p l e d b e l o w 6 km a n d t h u s p r o v i d e s v e r y l i t t l e i n f o r m a t i o n o n s t r u c t u r e s b e n e a t h t h i s d e p t h . T h e u p p e r c o n t i n e n t a l c r u s t i n d i c a t e s f a u l t c o n t r o l o f a l a r g e b a t h o l i t h w i t h a v e l o c i t y o f 6 . 4 k m / s . T h e v e l o c i t y m o d e l o b t a i n e d d u r i n g t h i s s t u d y c o m p a r e s 72 f a v o r a b l y t o a t e c t o n i c m o d e l i n w h i c h o c e a n i c c r u s t o b l i q u e l y s u b d u c t s b e n e a t h t h e c o n t i n e n t a l c r u s t a n d i n s o d o i n g c o m p r e s s e s t h e t e r r a c e s e d i m e n t s . T h e 6 0 ° t o 8 0 ° w e s t w a r d d i p o f t h e i n n e r Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t s u g g e s t s s o m e d e c o u p l i n g o f t h e s t r i k e - s l i p a n d c o n v e r g e n t s t r e s s c o m p o n e n t s . T h e c o m p r e s s e d s e d i m e n t s o f t h e t e r r a c e r i d e o n t h e P a c i f i c p l a t e a n d s l i d e n o r t h w a r d a l o n g t h e i n n e r f a u l t . T h e t r a v e l t i m e t r a d e - o f f b e t w e e n t h e v e l o c i t y b e l o w a b o u n d a r y a n d t h e d i p o f t h a t b o u n d a r y h i n t s a t t h e i n h e r e n t n o n u n i q u e n e s s e x p e c t e d f o r 2 - d i m e n s i o n a l v e l o c i t y m o d e l l i n g . F o r h i g h l y c o m p l e x v e l o c i t y s t r u c t u r e s l i k e t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e , o n e e x p e c t s a l a r g e d e g r e e o f t h i s n o n u n i q u e n e s s a n d s e v e r a l s t e p s s h o u l d b e t a k e n t o m i n i m i z e i t . D u r i n g t h i s s t u d y a d e t a i l e d r e f r a c t i o n p r o f i l e p a r a l l e l t o t h e s t r u c t u r a l t r e n d p r o v i d e d a 1 - d i m e n s i o n a l m o d e l c o n s t r a i n i n g t h e v e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e o c e a n i c c r u s t . S i m i l a r p r o f i l e s a l o n g t h e a x e s o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e t e r r a c e , t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s a n d H e c a t e S t r a i t w o u l d p r o v i d e i m p o r t a n t c o n s t r a i n t s o n t h e c r u s t a l v e l o c i t y s t r u c t u r e a c r o s s t h e f a u l t z o n e . A s o n o b o u y r e f r a c t i o n p r o f i l e w i t h t h i s g o a l i n m i n d w a s r e c e n t l y c o n d u c t e d a l o n g t h e t e r r a c e . T o t a l r e v e r s a l o f t h e p r o f i l e s r e d u c e s t h e a m b i g u i t y o f s t r u c t u r a l d i p , y e t o n l y 17 km o f E X 1 was r e v e r s e d . F o r s i m i l a r s t u d i e s o n e s h o u l d b e a r i n m i n d t h e i m p o r t a n c e o f f u l l y r e v e r s e d p r o f i l e s . C S P p r o f i l e s w e r e u s e d t o c o n s t r a i n t h e o c e a n b a s e m e n t a n d a f e w s h a l l o w s e d i m e n t s t r u c t u r e s , b u t d i d n o t p e n e t r a t e t o t h e t e r r a c e b a s e m e n t . H i g h q u a l i t y , m u l t i c h a n n e l r e f l e c t i o n p r o f i l e s a l o n g a n d a c r o s s t h e t e r r a c e a n d u p p e r c o n t i n e n t a l s l o p e w o u l d p r o v i d e m u c h c l e a r e r c o n s t r a i n t s o n t h e g e o l o g i c a l 73 s t r u c t u r e o f t h e s e d i m e n t s a n d u n d e r l y i n g b a s e m e n t a n d w o u l d p r o v i d e a c l e a r e r p i c t u r e o f t h e u p p e r p a r t s o f i m p o r t a n t f a u l t s . A n y m o d e l o b t a i n e d f r o m s e i s m i c s t u d i e s m u s t a l s o s a t i s f y t h e g r a v i t y d a t a i n t h e r e g i o n , s o e f f o r t s t o c a l c u l a t e s y n t h e t i c g r a v i t y d a t a f r o m - t h e v e l o c i t y m o d e l w o u l d p r o v i d e t h e f i n a l i n t e r p r e t a t i o n a l s t e p . 74 R E F E R E N C E S A t w a t e r , T . 1 9 7 0 . I m p l i c a t i o n s o f p l a t e t e c t o n i c s f o r t h e C e n e z o i c t e c t o n i c e v o l u t i o n o f w e s t e r n N o r t h A m e r i c a , B u l l e t i n G e o l o g i c a l S o c i e t y o f A m e r i c a , 8 1 , p p . 3 5 1 3 - 3 5 3 6 . A u , C . Y . D . 1 9 8 1 . C r u s t a l s t r u c t u r e f r o m a n o c e a n b o t t o m s e i s m o m e t e r s u r v e y o f t h e N o o t k a f a u l t z o n e , P h . D . t h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 131 p p . A u , C . Y . D . a n d C l o w e s , R . M . 1 9 8 2 . C r u s t a l s t r u c t u r e f r o m a n o c e a n b o t t o m s e i s m o m e t e r s u r v e y o f t h e N o o t k a f a u l t z o n e o f w e s t e r n C a n a d a , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 6 8 , p p . 27 - 4 7 . B e n n e t t , G . T . 1 9 7 3 . A s e i s m i c r e f r a c t i o n s u r v e y a l o n g t h e s o u t h e r n R o c k y M o u n t a i n T r e n c h , M . S c . t h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 70 p p . B e r g , H . C ; J o n e s , D . L . a n d C o n e y , P . J . 1 9 7 8 . P r e - C e n o z o i c t e c t o n o s t r a t i g r a p h i c t e r r a n e s o f s o u t h e a s t e r n A l a s k a a n d a d j a c e n t a r e a s , U S G S O p e n F i l e R e p o r t 78 - 1 0 8 5 . B e r g , H . C ; J o n e s , D . L . a n d R i c h t e r , D . H . 1 9 7 2 . G r a v i n a -N u t z o t i n b e l t — t e c t o n i c s i g n i f i c a n c e o f a n u p p e r M e s o z o i c s e d i m e n t a r y a n d v o l c a n i c s e q u e n c e i n s o u t h e r n a n d s o u t h e a s t e r n A l a s k a , i n U S G S P r o f e s i o n a l P a p e r 8 0 0 - D , p p . 1 - 2 4 . B e s s o n o v a , E . N . ; F i s h m a n , V . M . ; R y a b o y i , V . Z . a n d S i t n i k o v a , G . A . 1 9 7 4 . T h e t a u m e t h o d f o r i n v e r s i o n o f t r a v e l t i m e s : d e e p s e i s m i c s o u n d i n g d a t a , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 3 6 , p p . 377 - 3 9 8 . B e v i e r , M . L . ; A r m s t r o n g , R . L . a n d S o u t h e r , J . C . 1 9 7 2 . M i o c e n e p e r a l k a l i n e v o l c a n i s m i n w e s t c e n t r a l B r i t i s h C o l u m b i a — i t s t e m p o r a l a n d p l a t e t e c t o n i c s e t t i n g , G e o l o g y , 7 , p p . 3 8 9 - 3 9 2 . 75 B i r c h , F . 1 9 6 0 . T h e v e l o c i t y o f c o m p r e s s i o n a l w a v e s i n r o c k s t o 10 k i l o b a r s , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 6 5 , p p . 1 0 8 3 - 1 1 0 2 . B i r d , D . N . 1 9 8 1 . T i m e - t e r m a n a l y s i s u s i n g l i n e a r p r o g r a m m i n g a n d i t s a p p l i c a t i o n t o r e f r a c t i o n d a t a f r o m t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s , M . S c . t h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 79 p p . C h a p m a n , C . H . 1 9 7 8 . A new m e t h o d f o r c o m p u t i n g s y n t h e t i c s e i s m o g r a m s , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 5 4 , p p . 481 - 5 1 8 . C h a s e , R . L . a n d T i f f i n , D . L . 1 9 7 2 . Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e , B r i t i s h C o l u m b i a , i n M a r i n e G e o l o g y a n d G e o p h y s i c s , S e c t . 8 , 2 4 t h I n t e r n a t i o n a l G e o l o g i c a l C o n g r e s s P r o c e e d i n g s , p p . 17 - 2 7 . C h a s e , R . L . ; T i f f i n , D . L . a n d M u r r a y , J . W . ^ 1 9 7 5 . T h e w e s t e r n C a n a d i a n c o n t i n e n t a l m a r g i n , C a n a d i a n S o c i e t y o f P e t r o l e u m G e o l o g i s t s M e m o i r 4 , p p . 701 - 7 2 1 . C h e u n g , H . P . Y . a n d C l o w e s , R . M . 1 9 8 1 . C r u s t a l s t r u c t u r e f r o m P - a n d S - w a v e a n a l y s e s : o c e a n b o t t o m s e i s m o m e t e r r e s u l t s i n t h e n o r t h e a s t P a c i f i c , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 6_5, p p . 47 - 7 3 . C h r i s t e n s e n , N . I . 1 9 7 8 . O p h i o l i t e s , s e i s m i c v e l o c i t i e s a n d o c e a n i c c r u s t a l s t r u c t u r e , T e c t o n o p h y s i c s , 4 7 , p p . 131 - 1 5 7 . C h r i s t e n s e n , N . I . a n d S a l i s b u r y , M . H . 1 9 7 5 . S t r u c t u r e a n d c o n s t i t u t i o n o f t h e l o w e r o c e a n i c c r u s t , R e v i e w s o f G e o p h y s i c s a n d S p a c e P h y s i c s , _1_3, p p . 57 - 8 6 . C h r i s t e n s e n , N . I . a n d S m e w i n g , J . D . 1 9 8 2 . G e o l o g y a n d s e i s m i c s t r u c t u r e o f t h e n o r t h e r n s e c t i o n o f t h e Oman o p h i o l i t e , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h ( i n p r e s s ) . C o n e y , P . J . ; J o n e s , D . L . a n d M o n g e r , J . W . H . 1 9 8 0 . C o r d i l l e r a n s u s p e c t t e r r a n e s , N a t u r e , 2 8 8 , p p . 3 2 9 - 3 3 3 . C u r r i e , R . G . ; S t e v e n s , L . E . ; T i f f i n , D . L . a n d R i d d i h o u g h , R . P . 1 9 8 0 . M a r i n e g e o p h y s i c a l s u r v e y o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s , T r a n s a c t i o n s o f t h e A m e r i c a n G e o p h y s i c a l U n i o n ( E O S ) , 6_1_, p . 71 ( A b s t r a c t ) . D e t r i c k , R . S . ; a n d P u r d y , G . M . 1 9 8 0 . T h e c r u s t a l s t r u c t u r e o f t h e K a n e f r a c t u r e z o n e f r o m s e i s m i c r e f r a c t i o n s t u d i e s , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8 5 , p p . 3 7 5 9 - 3 7 7 7 . 76 G a r m a n y , J . ; O r c u t t , J . a n d P a r k e r , R . 1 9 7 9 . T r a v e l t i m e i n v e r s i o n : a g e o m e t r i c a l a p p r o a c h , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8 4 , p p . 3 6 1 5 - 3 6 2 2 . G r e g o r y , R . T . a n d T a y l o r , H . P . 1 9 8 1 . A n o x y g e n i s o t o p e p r o f i l e i n a s e c t i o n o f C r e t a c e o u s o c e a n i c c r u s t , S a m a i l O p h i o l i t e , Oman : e v i d e n c e f o r 6 1 8 0 b u f f e r i n g o f t h e o c e a n s b y d e e p ( > 5 km) s e a w a t e r - h y d r o t h e r m a l c i r c u l a t i o n a t m i d - o c e a n i c r i d g e s , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l ' R e s e a r c h , 8 6 , p p . 2 7 3 7 - 2 7 5 5 . H i l d e , T . W . C . ; U y e d a , S.- a n d K n o e n k e , K . 1 9 7 6 . E v o l u t i o n o f t h e w e s t e r n P a c i f i c a n d i t s m a r g i n s , G e o d y n a m i c s : P r o g r e s s a n d P r o s p e c t s , e d i t e d b y C L . D r a k e , A m e r i c a n G e o p h y s i c a l U n i o n , p p . 1 - 1 5 . H i l l h o u s e , J . W . 1 9 7 7 . P a l e o m a g n e t i s m o f t h e T r i a s s i c N i k o l a i G r e e n s t o n e , M c C a r t h y Q u a d r a n g l e , A l a s k a , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , j _ 4 , p p . 2 5 7 8 - 2 5 9 8 . H y n d m a n , R . D . a n d D r u r y , M . J . 1 9 7 6 . T h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f o c e a n i c b a s e m e n t r o c k s f o r m d e e p d r i l l i n g o n t h e m i d - A t l a n t i c r i d g e , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8J_, p p . 4 0 4 2 - 4 0 5 2 . H y n d m a n , R . D . a n d E l l i s , R . M . 1 9 8 1 . Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e : m i c r o e a r t h q u a k e f r o m a t e m p o r a r y a r r a y o f l a n d s t a t i o n s a n d o c e a n b o t t o m s e i s m o g r a p h s , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , _1_8' p p . 7 7 6 - 7 8 8 . H y n d m a n , R . D . ; R i d d i h o u g h , R . P . a n d H e r z e r , R . 1 9 7 9 . T h e N o o t k a f a u l t z o n e — a new p l a t e b o u n d a r y o f f w e s t e r n C a n a d a , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 5 8 , p p . 6 6 7 - 6 8 3 . H y n d m a n , R . D . ; R o d g e r s , G . C . ; B o n e , M . N . ; L i s t e r , C . R . B . ; W a d e , U . S . ; B a r r e t t , D . L . ; D a v i s , E . E . ; L e w i s , T . ; L y n c h , S . a n d S e e m a n , D . 1 9 7 8 . G e o p h y s i c a l m e a s u r e m e n t s i n t h e r e g i o n o f t h e E x p l o r e r r i d g e o f f w e s t e r n C a n a d a , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , 1 5 , p p . 1508 - 1 5 2 5 . K e e n , C E . a n d H y n d m a n , R . D . 1 9 7 9 . G e o p h y s i c a l r e v i e w o f t h e c o n t i n e n t a l m a r g i n s o f e a s t e r n a n d w e s t e r n C a n a d a , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , j _ 6 , p p . 7 1 2 - 7 4 7 . K e n n e t t , B . L . N . 1 9 7 6 . A c o m p a r i s o n o f t r a v e l t i m e i n v e r s i o n s , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 4 4 , p p . 5 1 7 - 5 3 6 . 77 K i r s t i u k , S . 1 9 8 1 . A p r e l i m i n a r y i n v e s t i g a t i o n i n t o t h e s t r u c t u r e o f t h e u p p e r c r u s t i n t h e t e r r a c e r e g i o n o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e , B . S c . t h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 77 p p . K r a m e r , F . S . ; P e t e r s o n , T . A . a n d W a l t e r , W . C . 1 9 6 8 . S e i s m i c e n e r g y s o u r c e s h a n d b o o k , U n i t e d G e o p h y s i c a l C o r p o r a t i o n , 57 p p . L e v i n , S . 1 9 6 8 . T h e v a r i a t i o n o f s o u n d v e l o c i t y a n d t e m p e r a t u r e i n t h e N o r t h P a c i f i c : V o l u m e I I I , N a t i o n a l O c e a n o g r a p h i c D a t a C e n t e r p u b l i c a t i o n , W a s h i n g t o n D . C . L i s t e r , C . R . B . 1 9 6 9 . T e c t o n i c m o v e m e n t i n t h e C h i l e t r e n c h , S c i e n c e , 1 7 3 , p p . 719 - 7 2 2 . L i s t e r , C . R . B . a n d L e w i s , B . T . R . 1 9 7 6 . A n o c e a n b o t t o m s e i s m o m e t e r s u i t a b l e f o r a r r a y s , D e e p S e a R e s e a r c h , J_3, p p . 113 - 1 2 4 . M a l e c e k , S . J . a n d C l o w e s , R . M . 1 9 7 8 . C r u s t a l s t r u c t u r e n e a r E x p l o r e r r i d g e f r o m a m a r i n e d e e p s e i s m i c s o u n d i n g s u r v e y , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8 3 , p p . 5899 - 5 9 1 2 . M i l n e , W . G . ; R o d g e r s , G . C . ; R i d d i h o u g h , R . P . ; M c M e c h a n , G . A . a n d H y n d m a n , R . D . 1 9 7 8 . S e i s m i c i t y o f w e s t e r n C a n a d a , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , 1 5 , p p . 1170 - 1 1 9 3 . M i n s t e r , J . B . a n d J o r d a n , T . H . 1 9 7 8 . P r e s e n t - d a y p l a t e m o t i o n s , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8 3 , p p . 5331 - 5 3 5 4 . M o n g e r , J . W . H . a n d P r i c e , R . A . 1 9 7 9 . G e o d y n a m i c e v o l u t i o n o f t h e C a n a d i a n C o r d i l l e r a — p r o g r e s s a n d p r o b l e m s , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , j _ 6 , p p . 770 - . 7 9 1 . P a c k e r , R . R . a n d S t o n e , D . B . 1 9 7 4 . P a l e o m a g n e t i s m o f J u r a s s i c r o c k s f r o m s o u t h e a s t e r n A l a s k a a n d t h e t e c t o n i c i m p l i c a t i o n s , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , 1 1 , p p . 384 - 3 9 6 . P e r e z , O . J . a n d J a c o b , K . H . 1 9 8 0 . T e c t o n i c m o d e l a n d s e i s m i c p o t e n t i a l o f t h e e a s t e r n G u l f o f A l a s k a a n d Y a k a t a g a s e i s m i c g a p , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8 5 , p p / 7132 - 7 1 5 0 . R i d d i h o u g h , R . P . 1 9 7 7 . A m o d e l f o r r e c e n t p l a t e i n t e r a c t i o n s o f f o f C a n a d a ' s w e s t c o a s t , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , J_4, p p . 384 - 3 9 6 . 78 R i d d i h o u g h , R . P . 1 9 8 1 . G r a v i t y m o d e l l i n g a c r o s s t h e Q u e e n C h a r l o t t e f a u l t z o n e , T r a n s a c t i o n s o f t h e A m e r i c a n G e o p h y s i c a l U n i o n ( E O S ) , 6 2 , p . 60 ( A b s t r a c t ) . R i d d i h o u g h , R . P . ; C u r r i e , R . G . a n d H y n d m a n , R . D . 1 9 8 0 . T h e D e l w o o d K n o l l s a n d t h e i r r o l e i n t r i p l e j u n c t i o n t e c t o n i c s o f n o r t h e r n V a n c o u v e r I s l a n d , C a n a d i a n J o u r n a l o f E a r t h S c i e n c e , V 7 , p p . 5 7 7 - 5 9 3 . R o d d i c k , J . A . a n d H u t c h i s o n , W . W . 1 9 7 4 . S e t t i n g o f t h e C o a s t P l u t o n i c C o m p l e x , B r i t i s h C o l u m b i a , P a c i f i c G e o l o g y , 8 , p p . 91 - 1 0 8 . S p u d i c h , P . K . a n d O r c u t t , J . , 1 9 8 0 a . P e t r o l o g y a n d p o r o s i t y o f a n o c e a n c r u s t a l s i t e : r e s u l t s f r o m w a v e f o r m m o d e l l i n g o f s e i s m i c r e f r a c t i o n d a t a , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 8 5 , p p . 1 4 0 9 - 1 4 3 3 . S p u d i c h , P . K . a n d O r c u t t , J . 1 9 8 0 b . A new l o o k a t t h e s e i s m i c v e l o c i t y s t r u c t u r e o f t h e o c e a n i c c r u s t , R e v i e w s o f G e o p h y s i c s a n d S p a c e P h y s i c s , J_8, p p . 6 2 7 - 6 4 5 . S t e i n m e t z , L . ; W h i t m a r s h , R . B . a n d M o r e i r a , U . S . 1 9 7 7 . " U p p e r m a n t l e s t r u c t u r e b e n e a t h t h e m i d - A t l a n t i c R i d g e n o r t h o f t h e A z o r e s b a s e d o n o b s e r v a t i o n s o f c o m p r e s s i o n a l w a v e s , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 5_0, p p . 3 5 3 - 3 8 0 . S t r u t t , J . W . 1 9 1 7 . O n t h e p r e s s u r e d e v e l o p e d i n a l i q u i d d u r i n g t h e c o l l a p s e o f a s p h e r i c a l c a v i t y , P h i l o s o p h i c a l M a g a z i n e , 3_4, p p . 94 - - 9 8 . S u t h e r l a n d B r o w n , A . 1 9 6 8 . G e o l o g y o f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s , B r i t i s h C o l u m b i a , B r i t i s h C o l u m b i a D e p a r t m e n t o f M i n e s a n d R e s o u r c e s B u l l e t i n 5_4, 2 2 6 p p . S u t t o n , G . H . ; M a y n a r d , G . L . a n d H u s s o n g , D . M . 1 9 7 1 . W i d e s p r e a d o c c u r e n c e o f a h i g h v e l o c i t y b a s a l l a y e r i n t h e P a c i f i c c r u s t f o u n d w i t h r e p e t a t i v e s o u r c e s a n d s o n o b o y s , i n T h e s t r u c t u r e - a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f  t h e e a r t h ' s c r u s t , G e o p h y s i c a l M o n o g r a m , _1_4, e d i t e d b y J . G . H e a c o c k , A G U p u b l i c a t i o n , p p . 193 - 2 0 9 . T j a d e n , G . 1 9 8 1 . S e i s m i c m o d e l l i n g o f r e f r a c t i o n d a t a f r o m t h e s h e l f o f f t h e Q u e e n C h a r l o t t e I s l a n d s , B . S c . t h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 50 p p . V a n d e r V o o , R . a n d C h a n n e l , J . E . T . 1 9 8 0 . P a l e o m a g n e t i s m i n o r o g e n i c b e l t s , R e v i e w s o f G e o p h y s i c s a n d S p a c e P h y s i c s , 1 8 , p p . 4 5 5 - 4 8 1 . 79 V a n d e r V o o , R . ; J o n e s , M . ; G r o m m e , C S ; I b e r l e i n , C D . a n d C h u c k i n , M . 1980. P a l e o z o i c p a l e o m a g n e t i s m a n d n o r t h w a r d d r i f t o f t h e A l e x a n d e r t e r r a n e , s o u t h e a s t e r n A l a s k a , J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , 85, p p . 5281 - 5296. V i n e , F . J . 1968. M a g n e t i c a n o m o l i e s a s s o c i a t e d w i t h m i d - o c e a n r i d g e s , T h e H i s t o r y o f t h e E a r t h ' s C r u s t , e d . R . A . P h i n n e y , P r i n c e t o n U n i v e r s i t y P r e s s , P r i n c e t o n N . J . , p p . 7 3 - 89. W h e e l e r , J . O . ; A i t k e n , J . D . ; B e r r y , M . J . ; G a b r i e l s e , H . ; H u t c h i s o n , W . W . ; J a c o b y , W . R . ; M o n g e r , J . W . H . ; N i b l e t t , E . R . ; N o r r i s , D . K . ; P r i c e , R . A . a n d S t a c e y , R . A . 1972. T h e C o r d i l l e r a n s t r u c t u r a l p r o v i n c e , i n V a r i a t i o n s i n T e c t o n i c S t y l e s o f C a n a d a , G e o l o g i c a l A s s o c i a t i o n o f C a n a d a S p e c i a l P a p e r 11 , e d i t e d b y R . A . P r i c e a n d R . J . W . D o u g l a s , p p . 1 - 82. W h i t t a l l , K . P . a n d C l o w e s , R . M . 1979. A s i m p l e , e f f i c i e n t m e t h o d f o r t h e c a l c u l a t i o n o f t r a v e l t i m e s a n d r a y p a t h s i n l a t e r a l l y i n h o m o g e n e o u s m e d i a , J o u r n a l o f t h e C a n a d i a n S o c i e t y o f E x p l o r a t i o n G e o p h y s i c i s t s , 15, p p . 21 - 29. W h i t m a r s h , R . B . 1975. A x i a l i n t r u s i o n z o n e b e n e a t h t h e m e d i a n v a l l e y o f t h e m i d - A t l a n t i c r i d g e a t 37 ° N d e t e c t e d b y e x p l o s i o n s e i s m o l o g y , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , 42, p p . 189 - 215. W i g g i n s , R . A . 1976. B o d y w a v e a m p l i t u d e c a l c u l a t i o n s - I I , G e o p h y s i c a l J o u r n a l o f t h e R o y a l A s t r o n o m i c a l S o c i e t y , £6 , p p . 1 - 10. W i l l i s , H . F . 1941. 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