Néotectonique et cinématique de la déformation continentale en Equateur

Neotectonics and kinematics of continental deformation in Ecuador

• Auteur / Autrice : Alexandra Alvarado
• Direction : Laurence Audin, Jean-Mathieu Nocquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 10/10/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut des Sciences de la Terre
• Jury : Président / Présidente : Etienne Jaillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Audin, Jean-Mathieu Nocquet, Jean-françois Ritz, Michel Sebrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Winter, Marc-andre Gutscher

Mots clés

Mots clés libres

Tectonique active

Geomorphologie

Quaternaire

Vitesse de deformation

Geodesie

Alea sismique

Active tectonic

Geomorphology

Quaternary

Deformation

Geodesy

Seismic hazard

Résumé

Situé dans le contexte d’une subduction rapide, (vitesse de convergence de 6-8 cm/an), l’Equateur est particulièrement exposé au risque sismique. La composante de la sismicité qui est directement attribuée au processus de subduction est depuis quelques années l’objet de nombreuses études, mais la sismicité “indirecte” due aux processus de déformation dans la plaque supérieure reste peu étudiée. Pourtant, les populations sont directement exposées à cette séismicité intracontinentale, qui reste dangereuse en raison de sa faible profondeur et distance aux zones densément peuplées.Le premier objectif de cette thèse est l’étude de la cinématique régionale, dominée par la présence d’un grand système de failles continentales décrochantes qui s’étend depuis la marge active (Golfe de Guayaquil) jusqu’à la frontière Colombienne. De nombreuses failles associées au processus d’extrusion du Bloc Nord Andin montrent une trace géomorphologique très nette mais ne sont pourtant pas cartées car les accès terrain ne permettent pas de conclure sur leur activité. L’analyse des photos aériennes, d’images satellite et de MNT à différentes échelles nous a permis d’établir tout d’abord un catalogue tectonique des structures majeures, homogène et systématique, puis de déterminer la cinématique de la plupart des structures actives en Equateur à l’échelle Quaternaire. De plus, nous avons intégré l’information sismologique (sismicité et mécanismes au foyer) et géodésique disponible à partir des réseaux nationaux de l’Equateur. Ceci nous a permis d’apporter des contraintes cinématiques sur le fonctionnement de ces structures et comparer les processus de déformation instantanés et cumulés à l’échelle du Quaternaire. Le système tectonique majeur d’Equateur Chingual-Cosanga-Pallatanga-Puná (CCPP) montre une vitesse moyenne de 7 à 8 mm/an par rapport à Sud Amérique. Les structures qui le définissent sont principalement transpressives dextres, avec une distribution nette de la composante décrochant sur les failles de direction NE-SW, et de la composante inverse sur les structures plutôt NS. Ce système tectonique majeur permet l’extrusion vers le nord du Bloc Nord-Andin. Notre interprétation implique l’existence et la définition d’un nouveau microbloc, isolé sur le flanc Ouest de la structure CCPP, qui est limité à l’ouest par les systèmes chevauchants de Quito et Latacunga, et à l’est par les failles du système Chingual Cosanga, depuis environ 3 Ma.Dans un deuxième temps, l’analyse des marqueurs morphologiques de la déformation et de l’évolution des réseaux de drainage associée à un travail de détail sur le terrain et de datations nous ont permis d’étudier cette deuxième région particulière des Andes d’Equateur. Le système de chevauchements de Quito est formé par des failles inverses aveugles qui produisent en surface une série de plis en échelon à vergence Ouest dans les dépôts volcaniques Quaternaire. Cette cinématique est confirmée par l’analyse de la sismicité superficielle et locale, et les mécanismes au foyer issus du réseau national RENSIG. Les données GPS montrent un taux de raccourcissement EW de 4 mm/an, accommodé sur cette structure compressive particulièrement active à l’échelle régionale. En profondeur le système de faille de Quito se connecte probablement vers l’ouest à l’ancienne suture, qui marque la limite des terrains océaniques accrétés au continent. L’analyse du réseau de drainage souligne de plus la propagation du système de failles de Quito vers le nord et vers l’Est, depuis le Quaternaire récent.Pour finir, à partir de ces nouveaux modèles locaux et régionaux de déformation Quaternaire pour l’Equateur, nous avons caractérisé et défini 19 nouvelles sources sismogéniques pour la croûte continentale. Cet apport permettra d’intégrer la tectonique active dans les futurs calculs d’aléa sismique pour aider à la définition du risque sur le territoire Equatorien.

Located in the Northern Andes along the active subduction zone of the Nazca plate beneath the South American continent, Ecuador is highly exposed to seismic risk. Moreover, the upper plate is actively deforming and faults responsible for crustal earthquakes are poorly known, showing the need to take them into account in modern assessments of seismic hazard.Our first objective is then the study of regional active faults and their kinematics, in Ecuador. Systematic analysis of air photos and satellite imagery, as well as geomorphic evidences gathered at different scales along these structures permitted us to obtain a regional tectonic map. Each observation was taken in account if also confirmed on digital terrain models (DTM) and field data. Finally this first step permitted to establish a first up-to-date and homogeneous catalog of major tectonic structures, active at the Quaternary time scale, consistent over the entire territory. We also determined the sense of motion of these active faults in Ecuador. Additionally, we integrate the seismic (instrumental and historical seismicity together with focal mechanisms for the higher magnitude events) and geodetic data available from national, global networks and field work to derive consistent kinematics models. Finally, the kinematics of each segment is compared to the instantaneous and cumulated Quaternary deformation.We are thus able to document a major tectonic system in Ecuador: the Chingual-Cosanga-Pallatanga-Puná fault system, showing a relative velocity of 7-8 mm/yr. with respect to South America. The deformation is characterized mainly by a combination of dextral NE-SW transpressive faults and reverse NS faults. This system accommodates the northward tectonic extrusion of the North Andean Block. Our interpretation implies the existence and definition of a new micro block, isolated on the western flank of the CCPP structure, bounded on the west by the thrust fault system of Quito and Latacunga and to the east by the Chingual-Cosanga faults, probably active over the past 3 million years.In a second step, the analysis of the evolution of the drainage system and its interaction with the active tectonic deformation, together with focused sampling and dating was applied to the study of a particular region of the Andes of Ecuador: the Latacunga and Quito micro-block together with the Quito faults system. The Quito reverse faults system consists of blind thrust faults that outcrop at the surface as a series of en-echelon folds, dipping west and affecting Quaternary volcanic deposits. This kinematics is further confirmed by the analysis of surface and local seismicity and focal mechanisms provided mainly by the national network RENSIG. Available GPS data show a EW convergence at a rate of 4 mm/yr, which is accommodated on the Quito fault system, and particularly active at a regional level. At depth the Quito fault system is probably connected to the west to the old suture, which marks the limit of oceanic terranes accreted to the continent. The analysis of the drainage system has allowed us to highlight the propagation of Quito fault system eastward and northward during the Quaternary.To conclude from the new local and regional models of Quaternary deformation in Ecuador, we have characterized and defined new seismic sources for the continental crust. Each source corresponds to a characteristic magnitude value and deformation model. This contribution integrates active tectonics as should be done in future seismic hazard calculations to help better quantity seismic hazard on Ecuadorian territory.