Observation géodésique et modélisation de la déformation des failles dans le Plateau Tibétain

Geodetic observation and modelling of fault deformation in the Tibetan Plateau

• Auteur / Autrice : Li Yanchuan
• Direction : Jean-Mathieu Nocquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Planète et de l'Univers
• Date : Soutenance le 03/07/2020
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Lasserre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Lasserre, Shan Xinjian, Philippe Vernant, Mathilde Vergnolle, Chunyan Qu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tibet, Plateau du (Chine)

Zones de failles

Séismes

Mots clés libres

Plateau Tibétain

Déformation intersismique

Faille Altyn Tagh

Faille Haiyuan

Système de failles Xianshuihe-Xiaojiang

GPS et InSAR

Cycle sismique

Tibetan Plateau

Interseismic fault deformation

Altyn Tagh fault

Haiyuan fault

Xianshuihe-Xiaojiang fault system

GPS and InSAR

Earthquake cycle

Résumé

La convergence continue des plaques entre l'Inde et l'Eurasie au cours des ∼40 millions d'années a créé le plateau tibétain, une région avec une altitude moyenne de ~4500 m, une superficie de plus de 600×1000 km2, et des failles actives et une déformation crustale s'étendent sur plus de 2000 km Asie centrale. Environ la moitié des 36 à 40 mm/a de l’Inde vers le nord se répartit dans le plateau tibétain, ce qui entraîne un épaississement, un raccourcissement, des plis et des systèmes de failles complexes. La déformation crustale active provoque divers styles d'accumulation et de libération de déformation sur les failles crustales, exprimées sous la forme de comportements de failles ou de cycles sismiques distincts. L'étude de la déformation des failles crustales et des cycles sismiques sur le plateau tibétain à l'aide de la géodésie spatiale, c'est-à-dire le système de positionnement global (GPS) et l'interférométrie radar à ouverture synthétique (InSAR), a commencé il y a 30 ans. Actuellement, la géodésie à haute résolution spatio-temporelle nous fournit des données abondantes et une résolution suffisante pour étudier la déformation de la surface du sol associée aux processus du cycle sismique.Dans cette dissertation, je me concentre sur la déformation intersismique le long de trois grands systèmes de failles de glissement du plateau tibétain, la faille Altyn Tagh, le système de failles Haiyuan et le système de failles Xianshuihe-Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang (XAZX). J'utilise les observations géodésiques GPS (1999–2018) et InSAR (2003–2016), ainsi que les modèles de dislocations 2D et de blocs 3D, pour inverser les taux de glissement et le couplage des failles intersismiques, évaluer le risque sismique et étudier les cycles sismiques le long de ces failles ; étudier en outre la cinématique de la déformation à travers le plateau tibétain. Mes résultats montrent des taux de glissement allant de ~2 à ~12 mm/a, un couplage de failles intersismiques très hétérogène (coexistant complètement verrouillé avec un fluage total), un potentiel sismique distinct et différents cycles de tremblement de terre le long de ces failles. En particulier, j'identifie deux et un nouveaux segments rampants asismiques le long du système de faille Haiyuan et de la faille Xianshuihe respectivement. Mes résultats d'observation et de modélisation géodésiques démontrent la diversité spatio-temporelle et la complexité de la déformation interstismique des failles dans le plateau tibétain, mettent en évidence l'importance de considérer la déformation verticale dans InSAR et permettent une compréhension nouvelle et approfondie des cycles sismiques le long des trois failles ci-dessus systèmes

Ongoing plate convergence between India and Eurasia during the past ∼40 million years has created the Tibetan Plateau, a region with average elevation of ~4500 m, area of over 600×1000 km2, and active faulting and crustal deformation extends more than 2000 km into central Asia. Approximately one-half of India’s 36–40 mm/a northward motion is partitioned in the Tibetan Plateau, resulting in crustal thickening, shortening, folds, and complex fault systems. The active crustal deformation cause diverse styles of strain accumulation and release on crustal faults, expressed as distinct faulting behavior or earthquake cycles. Investigating into crustal fault deformation and earthquake cycles in the Tibetan Plateau using space-based geodesy, i.e., Global Positioning System (GPS) and Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR), has started 30 years ago. Currently, high spatial-temporal resolution geodesy provides us with abundant data and sufficient resolution to study the ground deformation associated with earthquake cycle processes.In this dissertation, I focus on the interseismic deformation along three boundary large strike-slip fault systems of the Tibetan Plateau, the Altyn Tagh fault, the Haiyuan fault system and the Xianshuihe-Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang fault system (XAZX). I use GPS (1999-2018) and InSAR (2003-2016) geodetic observations, along with 2D dislocation and 3D block models, to invert for slip rates and interseismic fault coupling, assess seismic hazard and investigate earthquake cycles along these faults; moreover, study the kinematics of deformation across the Tibetan Plateau. My results show slip rates ranging from ~2 to ~12 mm/a, highly heterogeneous interseismic fault coupling (fully locked coexist with fully creeping), distinct seismic potential and different earthquake cycles along these faults. In particular, I identify two and one new aseismic creeping segments along the Haiyuan fault system and the Xianshuihe fault respectively. My geodetic observation and modeling results demonstrate the spatio-temporal diversity and complexity of interseismic fault deformation in the Tibetan Plateau, highlight the significance of considering vertical deformation in InSAR, and allow a new and in-depth understanding of earthquake cycles along the above three fault systems.