Sismicité et déformation dans les zones de subduction : des séismes intraslab de profondeurs intermédiaires aux glissements sur l'interface

Seismicity and deformation in subduction zones: from intermediate-depth intraslab earthquakes to shallow megathrust events

• Auteur / Autrice : Audrey Chouli
• Direction : Anne Socquet, David Marsan, Sophie Giffard roisin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la Terre

Mots clés

Mots clés libres

Séismes

Interactions

Subduction

Sismologie statistique

Machine learning

Earthquakes

Interations

Subduction

Statistical seismology

Machine learning

Résumé

Les grands séismes de subduction récents ont été précédés par une accélération de la sismicité sur l'interface de subduction et de la sismicité à environ 100 km de profondeur dans la plaque plongeante (Bouchon et al., 2016, 2018). Les interactions entre la sismicité profonde et la sismicité d'interface peuvent durer plusieurs années, et peuvent être associées à une déformation dans la plaque supérieure et à des variations de vitesses de glissement de l'interface (Durand et al., 2014 ; Jara et al. 2018). Cette sismicité profonde se produit au sein du coeur froid de la plaque plongeante, probablement le long de failles préexistantes Le projet de doctorat se concentrera sur les interactions entre ces processus profonds et superficiels. L'objectif sera de caractériser s'il existe un lien statistiquement solide entre les changements sismologiques en profondeur et la réponse de la déformation à faible profondeur, et de rechercher la signature sismologique d'une éventuelle remontée de fluides. Le travail consistera à explorer systématiquement les catalogues de sismicité pour identifier et caractériser les interactions potentielles entre sismicité profonde et superficielle, et les événements de déformation. Différentes signatures sismiques qui pourraient témoigner de la migration des fluides le long de la subduction (essaims de séismes, alignements de petits séismes, migrations, tremors, LFE) seront recherchées dans des catalogues de sismicité et dans les données sismologiques continues (formes d'ondes). La recherche et la classification des signaux seront systématisées grâce à l'apprentissage machine. La variabilité spatio-temporelle des interactions profond-superficiel observées sera ensuite comparée à l'occurrence de grands séismes ou aux événements connus de glissement lent sur l'interface de subduction. Les séquences de tremblements de terre au Chili, au Japon et en Grèce, où de telles interactions profond-superficiel ont été détectées, seront étudiées en priorité. Des modèles physiques de migrations de fluides seront ensuite comparés aux données. Bouchon, M., Marsan, D., Durand, V., Campillo, M., Perfettini, H., Madariaga, R., & Gardonio, B. (2016). Potential slab deformation and plunge prior to the Tohoku, Iquique and Maule earthquakes. Nature Geoscience, 9(5), 380. Bouchon, M., Marsan, D., Jara, J., Socquet, A., Campillo, M., & Perfettini, H. (2018). Suspected Deep Interaction and Triggering Between Giant Earthquakes in the Chilean Subduction Zone. Geophysical Research Letters. Durand, V., Bouchon, M., Floyd, M. A., Theodulidis, N., Marsan, D., Karabulut, H., & Schmittbuhl, J. (2014). Observation of the spread of slow deformation in Greece following the breakup of the slab. Geophysical Research Letters, 41(20), 7129-7134. Jara, J., Socquet, A., Marsan, D., & Bouchon, M. (2017). Long-Term Interactions Between Intermediate Depth and Shallow Seismicity in North Chile Subduction Zone. Geophysical Research Letters, 44(18), 9283-9292.

Recent great subduction earthquakes have been preceded by an accelerated rate of both interface seismicity along the megathrust and intermediate depth seismicity within the slab at ~100km depth (e.g. Bouchon et al., 2016, 2018). Interactions between deep and interface seismicity can last several years, and can be associated with deformation within the upper plate and changes in the interface's creeping rate (Durand et al., 2014; Jara et al. 2018). This deep seismicity takes place inside the cold core of the slab, likely along pre-existing faults The PhD project will focus on such deep shallow interplays. The objective will be to characterize if a statistically robust link exists between seismological changes at depth and the shallow deformation response, and to capture the seismologic signature of potential fluid ascent. The rationale is to systematically search for potential interactions between deep and shallow seismicity and deformation events in catalogues. We will hunt seismicity features (earthquakes swarms, alignments of small earthquakes, migrations, tremors, LFEs) in improved seismic catalogues and continuous data stream, that might be related to fluid migration along the slab. The patterns of identified features will then be characterized statistically. The search and classification will be systematized using machine learning. The time space variability of observed deep-shallow interactions will then be compared with the occurrence of great earthquakes or known slow slip events on the megathrust interface. Earthquake sequences in Chile, Japan and Greece, where such deep-shallow interactions have been detected, will be investigated in priority. Physical models of fluid migrations will then be tested against the data. Bouchon, M., Marsan, D., Durand, V., Campillo, M., Perfettini, H., Madariaga, R., & Gardonio, B. (2016). Potential slab deformation and plunge prior to the Tohoku, Iquique and Maule earthquakes. Nature Geoscience, 9(5), 380. Bouchon, M., Marsan, D., Jara, J., Socquet, A., Campillo, M., & Perfettini, H. (2018). Suspected Deep Interaction and Triggering Between Giant Earthquakes in the Chilean Subduction Zone. Geophysical Research Letters. Durand, V., Bouchon, M., Floyd, M. A., Theodulidis, N., Marsan, D., Karabulut, H., & Schmittbuhl, J. (2014). Observation of the spread of slow deformation in Greece following the breakup of the slab. Geophysical Research Letters, 41(20), 7129-7134. Jara, J., Socquet, A., Marsan, D., & Bouchon, M. (2017). Long-Term Interactions Between Intermediate Depth and Shallow Seismicity in North Chile Subduction Zone. Geophysical Research Letters, 44(18), 9283-9292.