Sédimentation gravitaire et paléosismicité d’une marge active : exemple de la marge en subduction Hikurangi en Nouvelle-Zélande

Gravity flow sedimentation and active margin paleoseismicity : the example of the Hikurangi subduction margin of New Zealand

• Auteur / Autrice : Hugo Pouderoux
• Direction : Jean-Noël Proust, Geoffroy Lamarche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec NIWA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géologie sous-marine

Faciès (géologie)

Séismites

Quaternaire (ère géologique)

Turbidites

Résumé

Les séismes sont à l'origine d'évènements sédimentaires gravitaires (turbidites) dont l'étude permet de reconstituer l'histoire mal connue de la paléosismicité des marges continentales. L'analyse d'une série de carottes de sédiments, collectées stratégiquement dans trois systèmes turbiditiques de la marge en subduction Hikurangi de Nouvelle-Zélande, permet d'établir les caractéristiques, les facteurs de contrôle et les mécanismes déclencheurs de la sédimentation gravitaire des derniers 18,000 ans. La succession sédimentaire comprend quatre lithofaciès et modes de dépôt : hémipélagite (sédimentation marine), turbidites (courants de turbidité), débrites (débris flows) et tephra (retombée de cendres volcaniques), dont l'organisation générale dépend de la morphologie de la marge et des fluctuations glacio-eustatiques. Les crues, les éruptions volcaniques et les « slope failures » sont les trois mécanismes déclencheurs des turbidites. Plus de 90% sont déclenchées par des « slope failures » en haut de pente (150 – 1,200 m) à la suite de séismes. L'adaptation d'un modèle empirique de stabilité de pente suggère que ces turbidites représentent l'enregistrement sédimentaire des ruptures répétées de trois failles actives, dont l'interplaque, et correspondent à des séismes de Mw≥7. 3 avec un temps de retour de 150±50 ans. Parmi ces turbidites co-sismiques, 20 montrent une synchronicité de déclenchement sur l'ensemble de la marge et un volume important. Elles correspondent à des ruptures de la zone interplaque de Mw 7. 5 – 8. 4, dont les temps de retour montrent une phénomène de clustering où alternent les périodes actives à faible temps de retour (305 – 610 ans), et les périodes de quiescence à temps de retour élevé (1480 – 2650 ans). Ce calendrier paléosismique intégré aux modélisations en cours devrait permettre de mieux appréhender l'aléa sismique et les risques pour la population.

Earthquakes are known to trigger gravity flows and turbidites along continental margins. These deposits provide meaningful tools to establish long-term paleo-earthquake records. The detailed analysis of a series of sediment cores, collected strategically in three distinct sedimentary basins along the Hikurangi subduction margin of New Zealand, allows the characterisation of gravity flow sedimentation since 18,000 years, as well as the identification of the controlling parameters and the triggering mechanisms of turbidites. The sedimentary record is comprised of alternating lithofacies and depositional modes, namely hemipelagite (marine sedimentation), turbidites (turbidity currents), debrites (debris flows), and tephra (ash fall), which are controlled by margin morphology and glacio-eustatic fluctuations. Floods, volcanic eruptions and slope failures are the three triggering mechanisms of turbidites along the margin. More than 90% of them are triggered by slope failures from the upper slope (150-1,200 m deep) consecutively to earthquakes. The adaptation of empirical relationships to evaluate slope stability suggests that these turbidites are the sedimentary record of repetitive ruptures of three active faults, including the plate interface, and correspond to Mw≥7. 3 earthquakes occurring with a return time of 150±50 years. Amongst theses turbidites, 20 show a synchronicity of trigger across the entire margin and are more voluminous. They correspond to ruptures on the plate interface, which generate Mw7. 5-8. 4 earthquakes. Return times show a clustering of interface earthquakes with alternating active periods of low return time (305-610 years) and quiescence periods of high return time (1480-2650 years). Integrated to ongoing simulations, this earthquake calendar would provide new constraints to ascertain the seismic hazard.