Les failles actives

Les failles actives
Identification
- images satellitaires
- terrain
Fonctionnement
- vitesse moyenne
- cycle sismique
La faille de San Andreas n'est pas active ???
124!W
40!N
122!W
120!W
118!W
116!W
40!N
38!N
38!N
36!N
36!N
34!N
32!N
124!W
34!N
122!W
120!W
118!W
Sismicité de la Californie (1973-2004)
32!N
116!W
Une faille active modifie le paysage
Ruptures de surface du séisme de Kokoxili (2001, Mw = 7.9)
Faille du Kunlun
(Documents Y. Klinger, Tectonique IPGP)
Combinaison d’images SPOT (10 m) et IKONOS (! 1 m)
Formation des facettes triangulaires
Versant ouest contrôlé par une faille
Versant est contrôlé par l'érosion
Tanghenanshan
Topographie
numérique
Image Landsat
SW
Tanghenanshan
© Yves Gaudemer, 2005
Topographie + Image satellitaire
NE
SW
Van der Woerd et al. 2003
Plis actifs
NE
Shibaocheng
Meyer 1991
Photo P. Tapponnier
Décalage du Fleuve
Jaune (Huanhe) par la
faille de Haiyuan
12
0k
m
Comment fonctionne une faille ?
Si la faille fonctionne régulièrement, avec un
séisme caractéristique, le temps de
récurrence T de celui-ci est simplement :
T = U/V
où U est le déplacement cosismique
et V est la vitesse de glissement sur la faille.
Exemple :
M = 8, U = 10 m, V = 1 cm/an —> T = 1000 ans
Déterminer U et V
cosmogenic ages, and in identifying clearly and discarding
outliers on any given terrace. Several independent values of
(2.8–1.5 Ma) (Kidd & Molnar 1988; Qian et al. 1982; Wu et al.
1982). To this uncertainty on the age, one should also probably
add a y30 per cent error on the offset, due to poor definition
of the eastern piercing point (Kidd & Molnar 1988: Fig. 6).
Hence, while it is interesting to note that there is no firstorder discrepancy between the loosely constrained, average
Quaternary rate (Kidd & Molnar 1988) and the Holocene sliprates derived from 14C, TL or cosmogenic dating, kinematic
models of the current tectonics of northeast Tibet making use
of the<—
latterFaille
rates willdu
be more
precise.(Tibet)
Kunlun
Mesure du déplacement
cosismique U
5.2 Climatic origin of the morphology
Along the Xidatan–Dongdatan valleys, the relatively small
Séisme
de levels
Manyi
= Fig.
7.6,
Tibet)
number of terrace
(about(M
seven,
5) found
along most
of the streams implies a relatively uniform morphological
response on a regional scale. It seems that most of the streams
emplaced terraces at discrete, comparable times. Not all the
streams deposited all the terrace levels identified, however. The
variable distribution of terraces along the different streams
is thus probably due to local conditions in each watershed.
—>
12 m
(Van der30.
Woerd
et al.,
2002) south, of a small gully offset by the Kunlun
Figure
View,
looking
Fault. The offset, probably resulting from only one large earthquake, is
about 12 m.
#
<—
(Peltzer et al., 1999)
(Peltzer et al., 1999)
2002 RAS, GJI 148, 356–388
Pour calculer V, on mesure le décalage d'objets (moraines, cônes
alluviaux, etc) que l'on peut dater (14C, 10Be, 26Al, 37Cl)
26.3 ± 1.4 mm/an
.
EG
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CO
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2 km
70±10 ka
35±5 ka
14±4 ka
4±1 ka
17±3ka
|
|
105±13 ka
107±11 ka
85±11 ka
53±6 ka
53±6 ka
|
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M2
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EC
|
30±3 ka
22±3 ka
12±2 ka
|
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||||||||| |
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| |
WV
|
||
73±8 ka
42±8 ka
41±6 ka
|
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M1
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||
EO
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35±5 ka
|
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||| |||||
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38±4 ka
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||
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|
40±6 ka
63±7 ka
61±9 ka
63±9 ka
63±11ka
84±16 ka
32±6 ka
22±5 ka
|
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|
WO
||
46±8 ka
77±15 ka
72±13 ka
61±12 ka
53±5 ka
51±9 ka
52±7 ka
41±9 ka
32±5 ka
6±2 ka
||
WG
43±4 ka
47±4 ka
40±5 ka
49±7 ka
44±5ka
(Mériaux et al., 2000)
(Mériaux et al., 2000)
At six different sites we dated as many as 93 quartz pebbles
and 22 organic samples to constrain the ages of the cumulative
offsets of 11 distinct morphological markers. The large number
of samples is paramount in obtaining statistically meaningful
cosmogenic ages, and in identifying clearly and discarding
outliers on any given
terrace. Several independent values of
Géomorphologie
Pleistocene moraines containing boulders of pyroxenite, south
and east of the Kunlun Pass, and their presumed source area,
30 km to the west, in the mountains north of the fault. The
factor of two in the estimate comes chiefly from the large
uncertainty in the age of the lake-beds that overlie the moraine
(2.8–1.5 Ma) (Kidd & Molnar 1988; Qian et al. 1982; Wu et al.
1982). To this uncertainty
on the age, one should also probably
Paléo-sismologie
addTranchée
a y30
per cent error on the offset, due to poor definition
de l'Evêque (Yammoûneh, 2002 – CNRSL & IPGP)
of the eastern piercing point (Kidd & Molnar 1988: Fig. 6).
Hence, while it is interesting to note that there is no firstorder discrepancy between the loosely constrained, average
Quaternary rate (Kidd & Molnar 1988) and the Holocene sliprates derived from 14C, TL or cosmogenic dating, kinematic
models of the current tectonics of northeast Tibet making use
of the latter rates will be more precise.
Quand a eu lieu le dernier séisme ?
5.2 Climatic origin of the morphology
Photo J. Vanderwoerd
Figure 30. View, looking south, of a small gully offset by the Kunlun
Fault. The offset, probably resulting from only one large earthquake, is
about 12 m.
Along the Xidatan–Dongdatan valleys, the relatively small
number of terrace levels (about seven, Fig. 5) found along most
of the streams implies a relatively uniform morphological
response on a regional scale. It seems that most of the streams
emplaced terraces at discrete, comparable times. Not all the
streams deposited all the terrace levels identified, however. The
variable distribution of terraces along the different streams
is thus probably due to local conditions in each watershed.
#
Dendrochronologie
2002 RAS, GJI 148, 356–388
Lichenométrie
Tranchée de Kazzab (IPGP/CNRSL, 2001)
Remblai
01
Kazzâb Trench
(Yammoûneh basin
IPGP / CNRSL, 2001)
02
03a
03b
03c
03f
04a
05
1m
03c
F1
04+05
04d
03d/f
05
06c
03d
03e
07b
08
07a
07a
F3
04a
04b
04c
05
06b
07a 08
09
04b
06a
08
07a
09
11
F2
10
10
12
10
13
13
12
14
11
12
15
15
F4
18a
17a
22
F
23 5
27
24-25
27
F7
27
28
29
30
27
28
F6
23
23
27
29
31
32
30
28
33
28
29
28
29
23
15
22
23
26
29
34
30
36
C4
38
41
31
32
C2
46
47
48
49
35
42 41 40a
38
48
49
54
{
53
54
{
55
{
56
57
58
F10
59
60
61
55
(56+57)?
E
52
F8
F9
53
51
{
50
36
43
44
45
46
50
51
52
C3
37
39a
47
Daëron 2004
44
45
34
C1
C5
35
30
30
33
21
16
17a
19/21?
20
16
14
14
19b
(17/18)b
15
11
14
W
37
39b
40b
39b-40b
Trois modèles de séismes pour une faille
à vitesse moyenne constante
Parfaitement périodique
!max
T prévisible
Tn = f(Un-1)
U prévisible
Un = f(Tn-1)
VT
=
=
VT
U
Temps
U
VT
=
U
Glissement
!min
Temps
Temps
Déplacement cumulé (m)
Les failles fonctionnent-elles vraiment à vitesse constante ?
Sur quelle échelle de temps ?
Faille de San Andreas (Wrightwood, Californie)
50
40
3.1 cm/an
30
2.4 cm/an
20
10
0
400
8.9 cm/an
800
1200
Année
(d'après Weldon et al. 2004)
1600
2000
Question :
les failles fonctionnent-elles régulièrement ?
Certains physiciens et sismologues pensent que le
fonctionnement des failles est complètement aléatoire
Loi de Gutenberg-Richter
100000
Nombre de séismes
Modèle de patins et ressorts
Dessin : Y. Gaudemer
Log N(M) = a - bM
10000
1000
b!1
100
10
1
0
2
4
6
Magnitude
Toute tentative de prédiction/prévision serait vaine...
8
Critère de Mohr-Coulomb
À la rupture, la contrainte cisaillante " et la contrainte
normale !n sur les surfaces potentielles de rupture
sont liées par une relation linéaire :
" = co + #!n
l'enveloppe de Mohr est une droite
"
co
=
"
$
co
!n
#
+
# = tan($)
co est la cohésion
# est le coefficient de friction interne
$ est l'angle de friction interne
(analogie avec le frottement)
!n
Contrainte de Coulomb
Il est facile de voir que la quantité !C = " - #!n
(ou !C = " - #(!n - pf) s'il y a des fluides)
ne peut jamais excéder une valeur critique. Cette
quantité !C est appelée contrainte de Coulomb.
co
=
"
"
!n
#
+
contrainte cisaillante
contrainte cisaillante
Quelle est la relation entre co et la valeur critique ?
co
=
"
!n
#
+
"max
!C = "max - #!n
!C = " - #!n
!n
#!n
contrainte normale
#!n
contrainte normale
La notion de cycle sismique
! Juste après le séisme
précédent
# !C atteint la valeur critique :
c'est le séisme
" !C augmente mais la faille reste
bloquée
$ Les contraintes sont relâchées,
un nouveau cycle commence...
Il est très difficile de mesurer la contrainte de Coulomb et,
donc, de savoir si une faille est proche de la rupture ou non.
Mais on peut calculer facilement les variations de !C
engendrées par des séismes proches.
%!C = %" + #%!n
Exemple d'un séisme sur une faille dextre :
%"
#%!n
A. Coulomb stress change for right-lateral faults parallel to master fault
+
+
Rise
%!C
Drop
=
+
right-lateral shear
sans changement
stress
change
Stress
effective friction x
augmentation
normal
stress change
=
right-lateral Coulomb
diminution
stress
change
R
Exemple : le séisme de Landers
(Californie, 1992, M = 7.3)
100
Coulomb Stress
Change (bars)
1992 Landers
rupture trace
Galway
Lake
80
Les séismes de Galway Lake
(1975), Homestead Valley
(1979), North Palm Spring
(1986) et Joshua Tree
(1992) ont modifié !C dans la
région du futur séisme de
Landers.
.75
.50
.25
0
-.25
-.50
-.75
Homestead
Valley
60
Landers
40
North Palm
Springs
Joshua
Tree
20
Optimum right-lateral planes
0
0
20
40
60
km
on the San Andreas
at 6.25 km depth
4
µ = 0.0
-4
-40
12
Les séismes de Joshua
Tree,
Long-Term
Coulomb Stress Change
(plate)
on the
San Andreas
Landers
et
Big
Bear
ont
Fault (for µ = 0.4)
augmenté !C sur certaines
-20
4
0
-4
Coulomb Stress
Change (bars)
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
-0.2
27 Nov-4 Dec
-0.3
W
20
40
60
San Bernardino
Three Points
Predicted Slip (cm)
40
Slip Needed to Relieve
Shear Stress Changes
20
Removes
6.2<M<6.6
Load
10
N
0
180
200
E
Coachella Valley
Segment
25-30 mm/yr, 1680
20
Adds Load
Equivalent to
5.7<M<6.4
Adds
6.2<M<6.5
Load
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Distance East of Palmdale (km)
A
S
O
E
T
R
IN
D
C
160
N
33°30'
-20
A
117°30'
A
JA
0
-40
N
140
30
S
SA
120
San Bernardino
Mtn. Segment
24±3 mm/yr, 1812
35 mm/yr, last event in 1857
50
100
parties de la faille de SA et
Immediate
(halfspace)
l'ont diminué sur d'autres
Mojave Segment
60
80
Bombay Beach
8
0
Indio
25 km
E
W
Palm Springs
ML !1 during 25 days
after Landers main
shock
116°
35°30'
Coulomb Stress Change (bars)
Conséquences sur la
0 faille de San Andreas
Immediate
Stress Changes
Removes load
Adds load
Long-Term
Stress Changes
Removes load
Adds load
Fig. 14 ( ! UP)
1906
1857
Où est une faille à l'intérieur
de son cycle sismique ?
Comment varie la production d'énergie
sismique avant un séisme ?
Accélération de la production d’énergie
Pas d’accélération visible de la production d’énergie
Séisme proche ?
Pas de séisme proche ?
Californie du Sud
6.0 10
Californie du Nord
aléatoire
non aléatoire
8
aléatoire
non aléatoire
1.0 108
4.0 108
5.0 107
2.0 108
(Bowman et King, 2001)
1960
1970
1980
1990
2000
(Bowman et King, 2001)
1960
1970
1980
1990
2000
Outil de prévision opérationnel ? Pas encore...
La production d’énergie sismique régionale
a accéléré avant le séisme
(mais on l'a mesurée après...)
Cumulative Benioff strain
5.0 106
4.0 106
3.0 106
2.0 106
1.0 106
(Feuillet et King, 2004)
0
1992
1994
1996
1998
Year
2000
2002
2004