DS10 - Défi des autres savoirs

Explorer les glissements asismiques complexes, au dela` des tailles ou dure´es typiques – AtypicSSE

Dans le cadre de ce projet, nous développons de nouvelles méthodes de détection et de caractérisation des épisodes de glissement lent qui pourraient échapper aux méthodes classiques. Pour cela, nous suivons plusieurs approches complémentaires, utilisant des données sismologiques et géodésiques. Nos cibles sont les glissements lents soit trop courts / petits, soit trop longs, qui peuvent être masqués dans le bruit des données GPS, ou difficiles à identifier par ce qu’affectant de trop longues périodes de temps pour un glissement total faible.

- Nous avons fait un lien original entre la sismologie de l'ingénieur et l'étude du cycle sismique, en abordant les questions liées à la mécanique de l'interface de subduction. En utilisant des méthodes complémentaires pour analyser le contenu en fréquence des tremblements de terre sur la subduction japonaise au large de Honshu et Hokkaido, nos résultats indiquent que le contenu en fréquence des tremblements de terre a évolué dans l'espace et dans le temps. La variabilité spatiale du contenu en fréquence des séismes d'interface a été comparée aux anomalies gravimétriques et aux cartes de couplage intersismique, et a permis d'affiner la segmentation de la subduction Japonaise. En nous concentrant sur le signal précédant le tremblement de terre de Tohoku 2011, nous avons obtenu un signal très excitant avant le choc principal, fournissant de nouvelles perspectives sur les mécanismes de chargement des grands séismes (Pina-Valdes et al., JGR 2018).

- En analysant les séries temporelles GPS à Honshu, nous avons pu mettre en évidence des signaux d'accélération, associés à des changements de couplage à l'interface de subduction avant le séisme de Tohoku en 2011. De tels changements long terme avaient déjà été observés au large de Honshu, et notre analyse confirme les résultats précédents. En plus de ces signaux connus, nous constatons une diminution à long terme du couplage entre les plaques dans la région de Boso. Ce signal est compatible avec les observations de la dynamique de la sismicité (Marill et al., en préparation).

Cela devrait nous permettre de mieux comprendre comment (c.-à-d. où et quand) le glissement lent se produit dans les zones de subduction non tremorgéniques, à court (p. ex., le jour) et à long (des mois à des années) horizontaux. Nous croyons que la résolution de ces faibles ESS, et donc l'accumulation de nouvelles observations de glissement lent, est une condition préalable à une meilleure compréhension de l'interaction des segments sismiques et aséismiques de la subduction.

Sur la base de ces observations, nous étudierons comment le glissement sismique peut déclencher des tremblements de terre et comment ce déclenchement dépend de la profondeur, de la durée, de la migration, de la périodicité/de la régularité (c'est-à-dire si le glissement lent se produit en une fois ou sur plusieurs épisodes), et du glissement total des SSE.

Papiers:
Piña-Valdés, J., Socquet, A., & Cotton, F. (2018). Insights on the Japanese subduction megathrust properties from depth and lateral variability of observed ground motions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123. doi. org/10.1029/2018JB015743 ?

Communications:
1. Mathilde Radiguet, Slow slip event and large earthquake interaction along the Mexican subduction zone, invited presentation at JpGU, Japan, 2018.
2. Lou Marill, Anne Socquet, Baptiste Rousset, David Marsan, Aline Deprez, Integrated study of the transient slow slip events beneath the Boso peninsula, Japan, Wegener conference, 2018.
3. B. Gardonio, D. Marsan, A. Socquet, M. Bouchon, J. Jara, Q. Sun, N. Cotte, M. Campillo, Revisiting slow slip events occurrence in Boso Peninsula, Japan, combining GPS data and repeating earthquakes analysis, Wegener conference, 2018.
4. Anne Socquet, Characterizing the long-term preparation of recent megathrust earthquakes, invited presentation at Congresso Geologico Chileno, Concepcion, Chile, Nov. 2018.
5. David Marsan, Earthquakes as a result of nucleating slip, or as the termination of a cascade of smaller ruptures?, Workshop on Avalanche dynamics and precursors of catastrophic events, Les Houches School of Physics, February 2019
6. David Marsan, Maximum earthquake size and seismicity rate from an ETAS model with slip budget, Statsei 11, Japan, August 2019.
7. David Marsan, A stochastic model for repeating earthquakes, Workshop on repeating earthquakes, Paris, July 2019.
8. Lou Marill, Anne Socquet, David Marsan, Exploring aseismic slip complexity on the Japan subduction, Workshop on repeating earthquakes, Paris, July 2019.

Résumé de soumission

Des épisodes de glissement lent ont été découverts dans plusieurs zones du globe, en particulier dans les zones de subduction. Ils génèrent d’importants déplacements transitoires en surface qui peuvent être mesurés par géodésie, typiquement GNSS. Leurs signatures sismiques peuvent prendre plusieurs formes, allant des essaims sismiques aux séismes de basse fréquence (LFEs) et trémors tectoniques. Ils contribuent à charger les aspérités bloquées dans la zone sismogénique qui sont particulièrement critiques pour estimer l’aléa sismique.

Sur les zones de subduction ayant subi un séisme en mégathrust (M8.5+) depuis 2004 (i.e., Sumatra, Chili, Honshu), la transition depuis glissement lent vers la rupture sismique reste mal comprise. Si des épisodes de découplage lent ont été documentés, ils sont généralement associés à des séismes classiques, y compris répétitifs, plutôt qu’à des trémors tectoniques profonds ou des LFEs. Mieux comprendre comment les domaines sismiques et asismiques interagissent paraît donc critique pour mieux évaluer l’aléa sismique.

Nous proposons de développer de nouvelles méthodes de détection et de caractérisation des épisodes de glissement lent qui pourraient échapper aux méthodes classiques. Pour cela, nous suivrons plusieurs approches complémentaires, utilisant des données sismologiques et géodésiques. Nos cibles sont les glissements lents soit trop courts / petits, soit trop longs, qui peuvent être masqués dans le bruit des données GPS, ou difficiles à identifier par ce qu’affectant de trop longues périodes de temps pour un glissement total faible. Nous effectuerons ces recherches sur la subduction Japonaise qui est surveillée par les meilleurs réseaux sismologiques et géodésiques au monde, et qui a connu de nombreux séismes depuis les années 90. Nous nous focaliserons sur deux zones particulièrement intéressantes où des glissements lents ont eu lieu, sans être associés à des trémors: au large de Tohoku, et la région de Kanto incluant Boso. Nous porterons une attention particulière à l’étude de l’activité ayant précédé le megathrust de Tohoku en 2011, car elle imbrique à la fois des épisodes de glissements transitoires courts et longs. Elle est donc caractérisée par une histoire de glissements complexe.

La majeure partie des données sismologiques (données continues et déclenchées de plusieurs réseaux, et catalogues) et géodésiques (données brutes de l'intégralité du réseau GSI, 1996 – 2016) est déjà stockée à ISTerre, ou facilement accessible via internet. Les données sismologiques seront utilisées pour étudier la dynamique de la sismicité et les séismes répétitifs. Les données accélérométriques seront utilisées pour étudier les mouvements du sol, et en déduire les variations spatiales et temporelles du contenu fréquentiel des séismes d’interface.
Les données GPS GSI (Geospatial Information Authority of Japan) ont récemment été acquises et intégralement traitées en double différence à ISTerre. Les modes communs et les signaux non tectoniques (modélisés à partir d’observations GRACE) seront enlevés pour réduire le bruit dans les séries temporelles. Les séries temporelles seront ensuite analysées pour inverser les différentes phases du cycle sismique (avec par exemple PCAIM). Nous détecterons et caractériserons ensuite les petits SSE avec une procédure de « template matching ». Les résultats qui seront issus de ces développements méthodologiques seront systématiquement comparés et analysés à la lumière de modèles mécaniques explorant les interactions entre glissement asismique et rupture sismique à l’échelle de quelques aspérités. Ces observations seront également intégrées dans un modèle mécanique de cycle sismique (à l’échelle macroscopique), pour mieux comprendre le lien entre fluage et taux de sismicité. Ceci ouvrira la voie à une meilleure compréhension des mécanismes ayant non trémor-géniques où cette transition est mal comprise.

Coordination du projet

Anne SOCQUET (isterre)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

isterre

Aide de l'ANR 256 796 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 48 Mois

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