1 SISMICITE ET FAILLES: faits et questionnements actuels 1. Sismotectonique (pro parte) A- Localisation et relocalisation des séismes B- Le problème de la source et sa dynamique C- Relations empiriques entre magnitude et paramètres de faille 2. Cycle sismique: état de l'art, questions A- Le problème de la régularité du cycle B- Nouvelles observations: NVT, séismes lents, déformations co- et post-sismiques C- Modèles et hypothèses (à l’échelle du cycle sismique) D- Vitesses « long terme » sur failles: variations? Conclusions Master 2 Géosciences Océan – UE S9 « Grands Processus Océaniques » 2010-2011 Jacques DEVERCHERE – 08/12/2010 Préambule Suite – Compléments dans l’UE optionnelle: Géodynamique : Tectonique et Géophysique Tectonique: Analyses avancées de la fracturation (CM 6h, TD 5h) Géométrie, cinématique, dynamique de la fracturation multi-échelles. Propagation des failles. Champ de contrainte. Analyse quantitative des populations de failles. Inversion des paléocontraintes Néotectonique (14h CM) Mécanique des séismes, sismotectonique, sismicité historique, géologie des séismes et morphotectonique, paléosismicité, mesures de la déformation active, géodésie.
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SISMICITE ET FAILLES: faits et
questionnements actuels1. Sismotectonique (pro parte)� A- Localisation et relocalisation des séismes� B- Le problème de la source et sa dynamique� C- Relations empiriques entre magnitude et paramètres de faille
2. Cycle sismique: état de l'art, questions� A- Le problème de la régularité du cycle� B- Nouvelles observations: NVT, séismes lents, déformations
co- et post-sismiques� C- Modèles et hypothèses (à l’échelle du cycle sismique)� D- Vitesses « long terme » sur failles: variations?
Préambule� Suite – Compléments dans l’UE optionnelle:
Géodynamique : Tectonique et Géophysique�Tectonique:
�Analyses avancées de la fracturation (CM 6h, TD 5h) Géométrie, cinématique, dynamique de la fracturationmulti-échelles. Propagation des failles. Champ de contrainte. Analyse quantitative des populations de failles. Inversion des paléocontraintes
�Néotectonique (14h CM) Mécanique des séismes, sismotectonique, sismicité historique, géologie des séismes et morphotectonique,paléosismicité, mesures de la déformation active, géodésie.
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1. Sismotectonique
� A. Localisation et relocalisation des séismes: Plan– Un problème de réseau… et de technologie améliorée (temps GPS, volumes
espace disques, réponses des capteurs,…)
– Un couplage avec les développements instrumentaux et les bases de données (standardisation des réponses instrumentales, temps réel, formats standard, centres de données)
Problem posed by recent observations: scaling from laboratory to natural faults (fracture energy, stress heterogeneities)
BB Seismic waves
Hifi Seismic waves
Macroscale
Mesoscale
(< 0.3 Hz λ> 5 km)
(>0.5 Hz λ<2 km)
Following Kostrov
Cas de Landers (Mw 7.3, 1992)
Peyrat, Aochi, Madariaga, Olsen
Olsen, Archuleta, Matarese
modèle d'aspérités: contrainte
initiale variable, résistance à la
rupture uniforme ; modèle de
barrières : l’inverse
Modèle de rupture sur faille existante
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Conf. Madariaga, 2006
Comparaison de 2
modèles de rupture du
séisme de Landers
Madariaga, 2006
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Modèle B
The « smooth » fault modeldevelops supershear shocks
The « rough » fault models produces subshear ruptures
Why? Detailed energy balance
Deux tentatives pour modéliser le séisme d’Izmit (1999)
Modèle E
Aochi, Fuyama, Madariaga, 2003
Fault geometry and Hifi radiation
-> Inversions cinématiques non uniques ! -> Inversions dynamiques aussi…+ La dynamique est contrôlée par des bilans d’énergie difficiles à faire -importance des données télésismiques et régionales
Kinematic models -> Dynamic models
ORIGINE DE L’HETEROGENEITE: Dynamique ou géométrique?
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1. Sismotectonique
� C. Relations empiriques entre magnitude et paramètres de faille– Lois d’échelle
– Base de données: Source parameters of 421 historic earthquakes; Only continental interplate or intraplate earthquakes (M > ~4.5, h < 40 km)
– Ms vs. Mw
– Surface rupture length averaged about 75% of subsurface rupture length
– Corrélations entre paramètres
Repris de
Madariaga, 2006
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Exemple d’analyse statistique de corrélation de paramètres
� Strong Correlation (r = 0.89 to 0.95, s = 0.24 to 0.28)
Mw vs. Surface Rupture Length, Subsurface Rupture Length and Rupture
Area
Wells et Coppersmith, 2004
Das et al., 2005
Corrélations existent mais variabilité liée à la complexité de la rupture et au
transfert vers la surface
Relations entre répliques, distribution en
magnitude et type de déformation
Fréquence des répliques et distribution fréquence-magnitude en fonction du mécanisme des séismesPour les séquences de répliques, le régime de décroissance en loi de puissance (ligne noire) met plus de temps à s'établir (ligne pointillée verticale) pour
des séismes de failles normales que pour des séismes de failles inverses, prenant une valeur intermédiaire le long des décrochements. De même, la pente
de la relation fréquence-magnitude est supérieure à 1 pour les séismes de failles normale, inférieure à 1 pour des séismes de failles inverse, prenant une
fois de plus une valeur intermédiaire pour des séismes décrochants (les lignes noires indiquent une pente de 1).
Similitudes entre le
comportement des
séquences de répliques et la
distribution en taille des
séismes -> les mêmes processus physiques
contrôlent-ils les mécanismes de
relaxation post-sismiques et la
propagation du front de rupture ?
-> Aléa sismique: les répliques
pourraient permettre de quantifier
des variations de l'état de
contrainte tout au long du cycle
sismique et donc d'identifier les
zones susceptibles d'être affectées
par un séisme de forte magnitude
Analyse statistique des catalogues de sismicité américains et japonais
Narteau et al., Nature, 2009
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2. Cycle sismique: état de l'art, questions
� - Intro: Vitesses instantanée et ‘steady-state’
� - A. Le problème de la régularité du cycle
� - B. Nouvelles observations: NVT, séismes lents, déformations
post-sismiques
� - C. Modèles et hypothèses (à l’échelle du cycle sismique)
� - D. Vitesses « long terme » sur failles: Variations?
Vitesses instantanée et ‘steady-state’- Temps courts: Vitesse instantanée, dite intersismique
- Temps longs: Vitesse dite « steady-state » (Vst)