Déformation du manteau supérieur sous le domaine pyrénéen : étude de la biréfringence des ondes SKS sous les réseaux PyrOPE et IberArray

Présentation de Mickaël Bonnin (LPG) aux 3èmes Rencontres Scientifiques et Techniques Résif | 10-12 octobre 2017, St Jean de Monts

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1. Upper mantle deformation beneath the Pyrenean domain inferred from SKS splitting in northern Spain and southern France M. Bonnin1, S. Chevrot2, I. Gaudot1, M. Haugmard1 & the PyrOPE working group 1 LPG Nantes – 2 GET Toulouse SKS Pyrénées Journée RESISF 2017 – 10 octobre 2017 1 / 17
2. Les Pyrénées : structure Schéma structural. -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚ Mediterranean Sea Aquitaine Basin Duero Basin Ebro Basin Gulf of Lion Massif Central PAZ SH NPFT NPF NPF SPFT Bay of Biscay basement Cenozoic sediments Cenozoic volcanism main faults
3. Biréfringence des ondes SKS http://garnero.asu.edu/research_images/
4. Biréfringence des ondes SKS http://garnero.asu.edu/research_images/ D’après Babuška & Cara (1991). 2 paramètres de splitting : φ : direction de polarisation de l’onde rapide, δt : déphasage entre l’onde rapide et l’onde lente.
5. Études précédentes Pyrénées seules (Barruol et coll. 1998) -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚
6. Études précédentes Pyrénées seules (Barruol et coll. 1998) −→ Lithosphère
7. Études précédentes Pyrénées et Massif central (+ Barruol et coll. 2004; Barruol & Granet, 2002) -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚
8. Études précédentes Pyrénées et Massif central (+ Barruol et coll. 2004; Barruol & Granet, 2002) −→ Asthénosphère
9. Études précédentes Pyrénées, Massif central et Ibérie (+ Díaz et coll. 2015) -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚
10. Études précédentes Pyrénées, Massif central et Ibérie (+ Díaz et coll. 2015) −→ Asthénosphère
11. Résumé – problématiques Anisotropie sismique Bassin aquitain? -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚
12. Résumé – problématiques Anisotropie sismique Bassin aquitain? Localisation verticale de l’anisotropie? -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚
13. Résumé – problématiques Anisotropie sismique Bassin aquitain? Localisation verticale de l’anisotropie? Origine de l’anisotropie? -8˚ -8˚ -6˚ -6˚ -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 40˚ 40˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚
14. Le réseau sismologique 203 stations (dont 20 permanentes, CA, FR et RD) – 2011/2013. -5˚ -5˚ -4˚ -4˚ -3˚ -3˚ -2˚ -2˚ -1˚ -1˚ 0˚ 0˚ 1˚ 1˚ 2˚ 2˚ 3˚ 3˚ 4˚ 4˚ 5˚ 5˚ 41˚ 41˚ 42˚ 42˚ 43˚ 43˚ 44˚ 44˚ 45˚ 45˚ 46˚ 46˚ 47˚ 47˚ CA FR IB RD X7
15. Le réseau sismologique Couverture azimutale pour une station permanente (CFF – 2008/2015).
16. Méthodes employées dans cette étude Minimisation de l’énergie (Silver & Chan, 1991) et rotation/corrélation (Bowman & Ando, 1987), Méthode de sommation (Wolfe & Silver, 1998), Analyse multicanaux (Chevrot, 2000).
17. Méthodes employées dans cette étude Minimisation de l’énergie (Silver & Chan, 1991) et rotation/corrélation (Bowman & Ando, 1987), Méthode de sommation (Wolfe & Silver, 1998), Analyse multicanaux (Chevrot, 2000). Intérêt de cette approche : Techniques indépendantes → robustesse des résultats;
18. Méthodes employées dans cette étude Minimisation de l’énergie (Silver & Chan, 1991) et rotation/corrélation (Bowman & Ando, 1987), Méthode de sommation (Wolfe & Silver, 1998), Analyse multicanaux (Chevrot, 2000). Intérêt de cette approche : Techniques indépendantes → robustesse des résultats; utilisation de l’ensemble des données (« Nulls »);
19. Méthodes employées dans cette étude Minimisation de l’énergie (Silver & Chan, 1991) et rotation/corrélation (Bowman & Ando, 1987), Méthode de sommation (Wolfe & Silver, 1998), Analyse multicanaux (Chevrot, 2000). Intérêt de cette approche : Techniques indépendantes → robustesse des résultats; utilisation de l’ensemble des données (« Nulls »); obtention de paramètres moyens (apparent) robustes;
20. Méthodes employées dans cette étude Minimisation de l’énergie (Silver & Chan, 1991) et rotation/corrélation (Bowman & Ando, 1987), Méthode de sommation (Wolfe & Silver, 1998), Analyse multicanaux (Chevrot, 2000). Intérêt de cette approche : Techniques indépendantes → robustesse des résultats; utilisation de l’ensemble des données (« Nulls »); obtention de paramètres moyens (apparent) robustes; possibilité d’étudier les variations azimutales; Méthodes maintenant implémentées dans SplitLab.
21. Résultats Paramètres anisotropes apparents (SI et WS). -5˚ -5˚ -4˚ -4˚ -3˚ -3˚ -2˚ -2˚ -1˚ -1˚ 0˚ 0˚ 1˚ 1˚ 2˚ 2˚ 3˚ 3˚ 4˚ 4˚ 5˚ 5˚ 41˚ 41˚ 42˚ 42˚ 43˚ 43˚ 44˚ 44˚ 45˚ 45˚ 46˚ 46˚ 47˚ 47˚ 0 100 km 0.5s 1s
22. Résultats Paramètres anisotropes apparents (SI et WS). -5˚ -5˚ -4˚ -4˚ -3˚ -3˚ -2˚ -2˚ -1˚ -1˚ 0˚ 0˚ 1˚ 1˚ 2˚ 2˚ 3˚ 3˚ 4˚ 4˚ 5˚ 5˚ 41˚ 41˚ 42˚ 42˚ 43˚ 43˚ 44˚ 44˚ 45˚ 45˚ 46˚ 46˚ 47˚ 47˚ 0 100 km 0.5s 1s
23. Interpolation des paramètres anisotropes Direction de polarisation (φ).
24. Interpolation des paramètres anisotropes Direction de polarisation (φ). φ = N100◦E sous l’Ibérie et les Pyrénées;
25. Interpolation des paramètres anisotropes Direction de polarisation (φ). φ = N100◦E sous l’Ibérie et les Pyrénées; rotation NS sous le Massif central;
26. Interpolation des paramètres anisotropes Direction de polarisation (φ). φ = N100◦E sous l’Ibérie et les Pyrénées; rotation NS sous le Massif central; changement rapide au nord du NPFT : φ = N60◦E.
27. Interpolation des paramètres anisotropes Déphasage (δt).
28. Interpolation des paramètres anisotropes Déphasage (δt). Motif plus hétérogène que φ;
29. Interpolation des paramètres anisotropes Déphasage (δt). Motif plus hétérogène que φ; anisotropie légèrement plus forte sous les Pyrénées (0.8 < δt < 1 s);
30. Interpolation des paramètres anisotropes Déphasage (δt). Motif plus hétérogène que φ; anisotropie légèrement plus forte sous les Pyrénées (0.8 < δt < 1 s); anisotropie forte sous le pays basque et la côte méditerranéenne;
31. Interpolation des paramètres anisotropes Déphasage (δt). Motif plus hétérogène que φ; anisotropie légèrement plus forte sous les Pyrénées (0.8 < δt < 1 s); anisotropie forte sous le pays basque et la côte méditerranéenne; anisotropie faible sous le bassin aquitain.
32. Résumé des observations Interprétations préliminaires. Localisation verticale de l’anisotropie φ cohérents sous l’Ibérie → plutôt asthénosphère; Changement de φ et δt sous Aquitaine → plutôt lithosphère; Pyrénées φ cohérent avec Ibérie mais δt hétérogène →? Origine de l’anisotropie?
33. Déformation hercynienne Fabriques hercyniennes imcompatibles avec φ. Matte (1991).
34. Anisotropie lithosphérique vs asthénosphérique Impact de l’anomalie thermique sous le Massif central (Chevrot et coll. 2014). -4˚ -4˚ -2˚ -2˚ 0˚ 0˚ 2˚ 2˚ 4˚ 4˚ 42˚ 42˚ 44˚ 44˚ 46˚ 46˚ 0 100 km -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 VP anomaly [%]
35. Héritage tectonique dans les Pyrénées Variations de δt dues au rifting? Tugend et coll. (2014). Variations latérales de δt semblent conformes avec les modèles de « type Jammes et coll. (2009) ». φ pas cohérents avec une ouverture NNE/SSW.
36. Origine de l’anisotropie asthénosphérique « Analogue » en Méditerranée orientale – Anatolie et Mer Égée. Faccenna et coll. (2014).
37. Conclusion Bonne correspondance avec les études précédentes. φ cohérent sous l’Ibérie, les Pyrénées et le SE de la France → flux asthénosphérique. Flux associé au roll-back du slab Tyrrhénien? Trace de l’héritage structural dans les Pyrénées? Anisotropie lithosphérique sous le bassin aquitain → origine incertaine. -5˚ -5˚ -4˚ -4˚ -3˚ -3˚ -2˚ -2˚ -1˚ -1˚ 0˚ 0˚ 1˚ 1˚ 2˚ 2˚ 3˚ 3˚ 4˚ 4˚ 5˚ 5˚ 41˚ 41˚ 42˚ 42˚ 43˚ 43˚ 44˚ 44˚ 45˚ 45˚ 46˚ 46˚ 47˚ 47˚ 0 100 km 0.5s 1s Flux asthénosphérique Fabriques lithosphériques
38. Perspectives Réseau large-bande permanent étendu (RESIF-CLB). Environ 15 stations permanentes prévues dans le bassin aquitain → possibilités d’obtenir des données de meilleure qualité.