Variations du champ de contraintes de l'Ouest de la France - Confrontation des mécanismes au foyer aux structures tectoniques

Présentation de Denis Do Paco (CEA/DASE) au 1er Workshop Résif "Aléa sismique" | 27 et 28 septembre 2016, Strasbourg

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1. CONTRIBUTION A UNE BASE DE DONNÉES DE MÉCANISMES AU FOYER DE L’OUEST DE LA FRANCE 27 SEPTEMBRE 2016 Denis DO PACO 1, Laurent BOLLINGER 1, Aurélie GUILHEM 1, Pascal ROUDIL 1, Marc GRUNBERG 2 1 CEA/DASE – 2 UNISTRA EOST | PAGE 1 COSEA - LEVALLOIS 6 février 2014
2. | PAGE 2 Introduction : Contexte de l’étude  ANR_PIA SINAPS@ Séismes et Installations Nucléaires Améliorer et Pérenniser la Sûreté  WP 1-1-2 Potentiel sismogène des failles du territoire métropolitain 1-1-2a Variation du champ de contraintes Ouest de la France – confrontation des mécanismes au foyer aux structures tectoniques Contexte: Une partie de la déformation du territoire métropolitain est distribuée sur des failles actives au potentiel sismogène souvent mal caractérisé. Dans le même temps, une partie importante de la petite sismicité métropolitaine est localisée au voisinage de failles à l’histoire tectonique polyphasée dont l’activité récente n’a pu être démontrée. Il est donc important de confronter au mieux la cartographie des failles actives et leur cinématique à la sismicité. Questions: La cinématique déduite des mécanismes au foyer au voisinage des failles est elle compatible avec la cinématique plio-quaternaire ? La sismicité au voisinage de ces failles peut elle être associée avec certitude à leur activité tectonique ? Dans quelle mesure peut on réconcilier moment sismique dissipé par la sismicité instrumentale et historique et déficit de moment intersismique prédit par les modèles de générations de sismicité. Objectifs: Construction d’une base de données de mécanismes aux foyers : compilation de l’existant, ajout de mécanismes Polarité des P de la période 2003-2016 de l’Ouest du territoire métropolitain. Intégration/confrontation à la BDD-FA..
3. | PAGE 3 OBJECTIFS Nicolas et al, 1990 Dorel et al, 1995 Amorese et al, 2000 Mazabraud et al, 2005 Perrot et al, 2005 Carte des 143 mécanismes publiés 1967-2002  Générer une DB homogène de mécanismes au foyer publiés (1967 à 2002) dans une structure de type EMMA-V2 (cf. Vannucci and Gasperini, 2004)  Calculer les mécanismes au foyer des séismes de 2002 à 2016 avec deux méthodes différentes - Analyse de la polarité des premières arrivées pour l’ensemble des mécanismes - Inversion du tenseur des moments pour deux mécanismes en particulier  Implication en terme d’orientation du champ de contraintes
4. | PAGE 4 Carte des évènements 2002 - 2016  36 séismes de ML > 3,5 dans la base LDG, entre Novembre 2002 et Mai 2016 , (événements complémentaires à ceux publiés dans Mazabraud et al., 2005)  Stations du CEA/LDG ,RENASS et RESIF utilisées
5. | PAGE 5 Détermination des mécanismes au foyer par polarités des premières arrivées Quelques étapes préliminaires :  Récupération des données dans la base du LDG, RENASS et RESIF  Filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR-filter) pour correction d’artéfacts numériques des signaux  Pointés et polarités (sens du premier mouvement) des ondes P ( Pn ou Pg ) sous Onyx (logiciel LDG) Source : Présentation de SigCorr
6. | PAGE 6 Détermination des mécanismes au foyer par polarités des premières arrivées  Utilisation FPfit / Fppage /Fpplot [Reasenberg & Oppenheimer, 1985]  3 modèles de vitesse 1D (NBCI / LDG / BGS)  36 mécanismes au foyer élaborés à partir des polarités des premières arrivées avec une moyenne de 25 stations utilisées Séisme du 19/08/2003 Magnitude ML = 3,8 Modèle de vitesse NBCI  Plusieurs indices de qualité sortis de FPfit : • Le nombre de pointés • La cohérence des polarités « misfit » • L’incertitude des paramètres de failles (Strike, Dip, Rake) • Le rapport de distribution des stations (STDR) Polarités positives Polarités négatives
7. | PAGE 7 Exemple 1 : Séisme au large de Saint-Hélier le 11/07/2014 Mis : 32% Mis : 27% Mis : 20% Carte BRGM 1/1000000 Modèle LDG Modèle NBCI Modèle BGS
8. | PAGE 8 Exemple 2 : Séisme au large de l’ile d’Oléron le 28/04/2016 Mis : 8% ∆str/dip/rak : 10°/5°/5° Mis : 8% ∆str/dip/rak : 8°/8°/5° Mis : 8% ∆str/dip/rak 5°/5°/0° Carte BRGM 1/1000000 Modèle LDG Modèle NBCI Modèle BGS
9. | PAGE 9 Mécanismes au foyer avec la meilleure consistance Triangle : Stations LDG , RENASS et RESIF Mécanismes au foyer selon les modèles de vitesse utilisés : LDG (14 évènements) NBCI (15 évènements) BGS (7 évènements)
10. | PAGE 10 Mécanismes au foyer avec la meilleure consistance Triangle : Stations LDG ( , RENASS ( et RESIF Mécanismes au foyer selon les modèles de vitesse utilisés : LDG (14 évènements) NBCI (15 évènements) BGS (7 événements) Carte BRGM 1/1000000
11. | PAGE 11 Inversion du tenseur des moments: Séisme au large de l’ile d’Oléron du 28/04/2016 Réseaux et résultats des mécanismes au foyer Réduction de variance selon la profondeur  Stabilité et homogénéité de la solution  Modèle de vitesse LDG plus adapté  Profondeur plus pertinente 7 km Time-Domain Moment Tensor INVerse Code (tdmt_invc_iso)
12. | PAGE 12 = VR = 71,3 % Moment sismique M0 = 4,9 x 1022 dyne.cm Magnitude Mw 4,4 -- Données synthétiques -- Signaux observés Inversion du tenseur des moments: Séisme au large de l’ile d’Oléron du 28/04/2016
13. | PAGE 13 Test de sensibilité de la solution en pratiquant le test de Jackknife  En rouge, solution 5 stations  En noir solutions 4 stations Confrontation du mécanisme obtenu avec la méthode d’analyse par polarité des premières arrivées  Mécanisme au foyer cohérent entre les 2 méthodes Polarités positives Polarités négatives  Ecart azimutal ~ 5° - 10°  Ecart de pendage < 5°  Ecart azimutal ~ 5 - 10°  Ecart de pendage ~ 5° Inversion du tenseur des moments: Séisme au large de l’ile d’Oléron du 28/04/2016
14. | PAGE 14 Séisme au large de Saint-Hélier du 11/07/2014  Profondeur 11 km ?  Accord avec solution univ. Liverpool  Incohérence avec les polarités CABF LOR
15. | PAGE 15 Conclusion /Perspective 1  143 mécanismes biblio  36 nouveaux mécanismes au foyer générés par analyse de polarités des premières arrivées  2 des 36 mécanismes au foyer confortés par inversion du tenseur des moments  Perspective 1: Inversion du tenseur des moments pour autres événements 1967 – 2002 2002 - 2016
16. | PAGE 16  Estimation de l’orientation du champ de contraintes Carte de l’orientation du champ de contraintes (Mazabraud et al ,2005 ) H: Inversion méthode CG HD: Somme des moments BG: Somme tenseurs normalisés Contrainte maximale Contrainte minimale Conclusion /Perspectives 2 Mazabraud et al, 2005
17. Conclusion / Perspectives 3 Vers une DB de Mécanismes au foyer ? | PAGE 17 Mise à disposition de la base présente dans le cadre SINAPS@ Confrontation aux structures tectoniques (et sismicité relocalisée quand elle existe). Reversement au projet BDD-FA Complément au fil des événements au CEA/LDG dans le cadre de la surveillance sismique Elargissement à un GT-MF territoire métropolitain ?
18. | PAGE 18 Détermination des mécanismes au foyer par inversion du tenseur des moments  Time-Domain Moment Tensor INVerse Code (tdmt_invc_iso)  Formule d’inversion avec U les observations , G les fonctions de Green et M la matrice du tenseur des moments , = , (, , )  Formule Réduction de Variance VR = 1 − − ℎ 2 2 ∗ 100 Si VR proche de 100 % = bon accord entre données observées et données synthétiques
19. | PAGE 19 Détermination des mécanismes au foyer Calcul de l’angle d’incidence avec plusieurs modèles de vitesse Vitesse des onde P (km/s) Profondeur du haut de la couche (km) 5.50 0.00 6.20 5.00 6.50 15.00 5.20 35.00 8.20 40.00 Vitesse des onde P (km/s) Profondeur du haut de la couche (km) 4.00 0.00 5.90 2.52 5.45 7.55 7.00 18.87 8.00 34.15 Vitesse des onde P (km/s) Profondeur du haut de la couche (km) 3.00 0.00 6.03 1.90 8.16 25.00 Modèle de vitesse de Northern Brittany and Channel Island NBCI Modèle de vitesse de Bristish Geological Survey BGS Modèle de vitesse du Laboratoire de Détection et de Géophysique LDG Amorèse and al (2000) Amorèse and al (2000) Nicolas and al (1990)
20. | PAGE 20 Les indices de qualité Jaune : Misfit > 27% Orange : 27% > Misfit > 18% Rouge : 18% > Misfit > 9% Noir : 9% > Misfit Séismes depuis 2002 supérieur à ML 3,5 Triangle: Stations LDG ,RENASS , RESIF NBCI LDG BGS
21. | PAGE 21 Les indices de qualité : Nombre de pointés Séismes depuis 2002 supérieur à Ml 3,5 N< 20 20 < N< 25 25 < N< 30 30 < N Triangle : Stations LDG RENASS RESIF
22. | PAGE 22 Introduction : Contexte régional L’Ouest de la France est très peu couvert par les études globales de mécanismes au foyer de par une sismicité modérée (Nicolas et al, 1990 ; Mazabraud et al 2005) Sismicité instrumentale <= Magnitude Mw 5 Sismicité historique <= Intensité MSK I0 VIII But :  Compiler / homogénéiser les mécanismes au foyer (1967 à 2002)  Calculer les mécanismes au foyer des séismes de 2002 à 2016 avec deux méthodes différentes - Analyse de la polarité des premières arrivées pour l’ensemble des mécanismes - Inversion du tenseur des moments pour deux mécanismes en particulier  Implication en terme d’orientation du champ de contraintes Carte de la région étudiée ( Mazabraud et al ,2005 )
23. | PAGE 23 Introduction : Mécanisme au foyer 2 conventions pour les plans nodaux : Convention Aki-Richards (Azimut 0° à 360° ; pendage 0° à 90° ; rake - 180° à 180°) Convention Harvard CMT (Azimut -180° à 180° ; pendage 0° à 90° ; rake 0° à 360°) Axe P : axe pour la maximum de la dilation des ondes P émises ( azimut 0° à 360°, pendage de 0° à 90° ) Axe T : axe pour la maximum de la compression des ondes P émises ( azimut 0° à 360°, pendage de 0° à 90° )
24.  143 mécanismes au foyer de la bibliographie de 1967 à 2002  Consistance des solutions focales • Plans nodaux et axes principaux mal associés (Convention Aki-Richards / Havard CMT , Erreurs ) • Cohérence des mécanismes entre auteurs | PAGE 24 Homogénéisation des mécanismes Les mécanismes modifiés Carte des mécanismes vérifiés et modifiés Zoom sur 0° à 10°
25. Courbes de Gutenberg-Richter | PAGE 25 Courbes de Gutenberg-Richter
26. La distribution des Station STDR W le poids des polarités pour chaque station ( observé (j) et théorique (i) ) Amorèse et al (2000)
27. Répartition des zones pour l’inversion du tenseur des contraintes | PAGE 27
28. | PAGE 28 Séisme au large de Saint-Hélier du 11/07/2014 Réseaux et résultats des mécanismes au foyer Réduction de variance selon la profondeur  Stabilité et homogénéité de la solution  Modèle de vitesse LDG plus adapté  Profondeur plus pertinente 11 km
29. | PAGE 29 Séisme au large de Saint-Hélier du 11/07/2014 VR = 67,1 % Moment sismique M0 = 3,5 x 1021 dyne.cm Magnitude Mw 3,6 -- Données synthétiques -- Signaux observés
30. | PAGE 30 Séisme au large de Saint-Hélier du 11/07/2014 Bonne sensibilité de la solution en pratiquant le test de Jackknife  En rouge, solution trouvée  En noir solution lorsque nous retirons une station Confrontation du mécanisme obtenu avec la méthode d’analyse par polarité des premières arrivées  Azimuts et Pendages différents Polarités positives Polarités négatives  Ecart azimutal ~ 10° - 15°  Ecart de pendage ~ 5°  Ecart azimutal ~ 20°  Ecart de pendage ~ 20°
31.  143 mécanismes au foyer de la bibliographie de 1967 à 2002  Consistance des solutions focales • Plans nodaux et axes principaux mal associés (Convention Aki-Richards / Havard CMT , Erreurs ) • Cohérence des mécanismes entre auteurs | PAGE 31 Homogénéisation des mécanismes Zoom sur 0° à 10°