Analysis of unusual earthquake and tremor seismicity at the Mendocino triple junction and Parkfield, California

par Aurélie Guilhem

Thèse de doctorat en GéophysiqueGéophysique

Sous la direction de Jean-Paul Montagner et de Douglas S. Dreger.

  • Titre traduit

    Analyse des tremblements de terre inhabituels et de la sismicité des trémors dans la région du point triple de Mendocino et Parkfield, Californie


  • Résumé

    La détection et l’analyse des évènements sismiques dits inhabituels tels que les séismes lents de la région du point triple de Mendocino ainsi que les trémors non volcaniques et les multiplets près de Parkfield – Cholame, peuvent permettre d’obtenir une image plus précise et une meilleure compréhension de la rhéologie des failles, de leur mécanismes, et plus généralement de la tectonique active de Californie. La modélisation de séismes lents pour lesquels les magnitudes (Mw et ML) à hautes et basses fréquences différent, indique que cette différence provient de la source sismique plutôt que de la propagation des ondes dans un milieu fortement atténué. Cependant, le nombre restreint de ces évènements limite leur étude ainsi qu’à une plus grande échelle, une interprétation précise des processus complexes ayant lieu dans cette région de Mendocino. Nous proposons une nouvelle procédure qui utilise un scanning continu des formes d’ondes filtrées à longues périodes et des inversions de tenseurs des moments pour la détection automatique et la caractérisation des séismes réguliers et inhabituels qui ont lieu dans la région, et ayant des magnitudes plus grandes que 3,5. Une approche similaire est proposée pour la détection rapide de forts tremblements de terre le long de la zone de subduction des Cascades et au Japon. Celle-ci prend en compte des fonctions de Green combinées pour une interprétation proche de ruptures finies dans une technique d’inversion de point source. De plus, cette méthode peut être potentiellement incluse dans de futurs systèmes d’alerte aux séismes et aux tsunamis. Les trémors non volcaniques d’un autre coté, près de Parkfield, donnent des informations sur les variations du champ de contraintes dans les zones de failles à grande profondeur et par conséquence donnent des indications sur un possible chargement des contraintes le long de la faille de San Andréas à proximité de la zone de rupture du séisme de Fort Tejon qui a eu lieu en 1857. Les trémors sont en effet modulés par de faibles variations des contraintes (de l’ordre du kPa), transmises par des séismes locaux, régionaux, et/ou télésismiques. Comprendre et quantifier l’activité des trémors est essentiel pour une meilleure compréhension de la physique des tremblements de terre et des processus de faille tels que la nucléation de séismes et leur dépendance vis-à-vis de l’état des contraintes. Des épisodes de trémors d’un autre coté, permettent d’illustrer de profonds glissements lents ayant des magnitudes équivalentes à 5 sur l’échelle de Richter le long de la faille de San Andréas, alors qu’aucune autre donnée n’a pour le moment permis de les mettre en valeur. Ceci démontre que l’occurrence de grands évènements sismiques peut être, à l’avenir, mieux comprise à l’aide de la modélisation de micro-séismes atypiques, mais ayant des temps de récurrence plus courts. Comprendre les caractéristiques de la sismicité dite inhabituelle de la Californie du Nord permet d’obtenir des aperçus sur les processus responsables des tremblements de terre, petits et grands, de cette région. Et cela peut aider dans le futur la communauté sismologique dans pour le développement de meilleurs modèles de tremblements de terre.


  • Résumé

    The detection and the analysis of unusual seismic events such as slow/low-stress-drop earthquakes in the Mendocino Triple Junction (MTJ), and nonvolcanic tremors and repeating earthquakes near Parkfied-Cholame can be used to provide a clearer picture and a better understanding of fault rheology, mechanics, and active tectonics in California. Modeling of cataloged slow earthquakes, which show large high-frequency/low-frequency magnitude differentials, indicates that the differences come from the source rather than from strongly attenuated propagation paths. Because the restricted number of these events limits their study and a precise comprehension of the complex processes occurring in the MTJ, a new procedure is proposed using continuous scanning of long-period seismic waveforms and moment tensor inversions to automatically detect and characterize regular and slow events, with magnitude larger than 3. 5 occurring in the region. A similar approach using quasi-finite-source Green’s functions in a point-source inversion method is proposed for the fast detection and characterization of large and potentially tsunamigenic earthquakes along the Cascadia Subduction Zone as well as in other subduction zone regions such as offshore Japan. Furthermore, this approach has the potential to be included in future earthquake and tsunami early warning systems. Nonvolcanic tremors on the other hand, near Parkfield, inform on the variations in the state of stress in the deep fault zone and as a consequence in possible loading of the San Andreas Fault (SAF) at the proximity of the 1857 Fort Tejon earthquake rupture. Tremors are indeed strongly modulated by small stress changes (i. E. In the order of kPa) transmitted by local and regional earthquakes into their source region, below the seismogenic zone. The effects on tremors can last from a few seconds to several years after local, regional, and/or teleseismic earthquakes. Understanding and quantifying the tremor activity is essential for understanding the physics underlying the earthquake and fault zone processes such as earthquake nucleation, stress dependences, and state of fault stress. Episodes of tremors are found for example to exhibit deep M∼5 slow slip events along the SAF, where no other datasets have yet revealed them. Hence, the occurrence of large events might be better understood through modeling of atypical, and numerous micro-earthquakes, whose recurrence times are shorter. Understanding the characteristics of the unusual seismicity in northern California gives insights on the processes responsible for the occurrence of regular small and large earthquakes in the region that might help the seismological community to develop better earthquake forecasting models in the future.

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  • Annexes : Bibliogr. p.171-184

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