Sismogenèse dans les zones de déformations transitoires

par Thomas Reverso

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement

Sous la direction de David Marsan et de Agnes Helmstetter.

Soutenue le 16-12-2015

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Robert Grasso.

Le jury était composé de Anne Deschamps, Pascal Bernard.

Les rapporteurs étaient Peter Shebalin, Maximilian Werner.


  • Résumé

    La représentation classique d'un chargement tectonique long-terme à vitesse constante produisant une sismicité récurrente est bousculée depuis plusieurs années par de nouvelles observations.Ainsi, des phénomènes transitoires tels que les séismes lents, i.e., des ruptures se caractérisant par des vitesses très inférieures à des ruptures sismiques, ont été découverts principalement au niveau de l'interface de plusieurs zones de subduction.Les méthodes de détection et d'étude actuelles passent par des mesures géodésiques des déformations en surface afin de déterminer les déplacements sur le plan de faille en profondeur. Cependant, ces données se heurtent à des problèmes de résolutions temporelles ou spatiales, ou encore à une connaissance limitée des structures profondes.Dans cette thèse, nous proposons de détecter ces épisodes transitoires via la sismicité. En effet, l'apparition de ces phénomènes suggère une augmentation locale et temporaire du chargement pouvant amener le plan de faille, si celui-ci se situe dans la zone sismogénique, plus fréquemment au seuil limite de rupture des roches et provoquer ainsi une augmentation du taux de sismicité lié à ce chargement.Afin d'étudier cette sismicité, nous présentons un modèle statistique permettant de séparer de manière probabiliste la sismicité en deux termes: un terme de sismicité de fond et un terme d'interaction entre les séismes.À partir de cela, nous pouvons déterminer les niveaux d'augmentations de cette sismicité de fond et mettre en avant les épisodes anormaux de sismicité pouvant correspondre à des épisodes transitoires.Après avoir développé et indiqué les limitations de ce modèle, nous proposons de l'appliquer à deux secteurs en subduction propices à des épisodes de déformation lente: les îles Aléoutiennes et le Japon.Finalement, nous nous intéressons au cas particulier du volcan Kilauea qui dispose également d'épisodes transitoires récurrents et bien caractérisés.Nous montrons, à travers ces cas d'études, qu'il est possible de relier l'augmentation du taux de sismicité avec des informations sur le forçage asismique lors de ces épisodes de glissement lent. Ainsi, la détection des épisodes transitoires de déformation par l'utilisation de la sismicité est une voie possible dans l'étude systématique de ces phénomènes.

  • Titre traduit

    Sismogenesis during transient deformations


  • Résumé

    The classical representation of constant long-term accumulated stress producing earthquakes is greatly affected by new observations.Transient aseismic phenomena such as slow slips, characterized by low rupture velocities, have been discovered in many subduction areas. Detection methods currently use geodetic measurements of ground deformations to determine displacements on the fault plane in depth. However, these geodetic data encounter many problems as spatial and temporary resolution or limited knowledge of structures at depth, as well as decaying resolving power at depth.In this thesis, we propose another method to detect transient phenomena using seismicity. To do so, we use the fact that these transient episodes increase locally the stress loading on active faults. Episodes of aseismic loading can thus cause changes in seismicity dynamics, if they occur in the proximity of faults close enough to failure.We here develop, and test, a statistical model based on a probabilistic separation of the seismicity rate in two quantities: a background aseismic rate and a term of earthquakes interaction. With these quantities, we produce a method to calculate increases of background seismicity and to discriminate seismic swarms, i.e., seismic sequences that do not obey usual mainshock-aftershock patterns.We make use of this method in two subduction areas, in the Aleutian Arc system and in Japan, where transient phenomena occur. We also investigate how this method could be applied in the context of the Kilauea volcano, where SSEs are known to occur.We show, with these studies, a possible way to relate the seismicity rate of transient episodes with the magnitude of the slow slip. An empirical law is found in the case of the Boso slow slip events, that fully model the activation of the earthquake swarm.


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