Propagation of the seismic rupture in oceanic lithospher : a study based on the structural analysis of cataclistes and pseudotachylytes along mafic and ultramafic rocks accreted to or obducted on continents
Propagation de la rupture sismique dans la lithosphère océanique : une étude basée sur l'analyse structurale des cataclasites et pseudotachylytes jalonnant les failles dans les roches mafiques et ultramafiques accrétées ou obductées sur les continents : l'exemple de la Corse
Résumé
By their high magnitude and their ability to generate tsunami, subduction earthquakes present a major risk for the high population density coastal cities. The understanding of the geometry and the functioning of these seismogenic fault zones was the subject of numerous seismogenic and geologic studies.The objective of this thesis is focus on the characterization of paleo-seismic fault zones cross-cutting subducted ophiolitic formation and exhumed on the continent surface, and their comparison with current seismogenic zones. This study is based on a multi-scale approach and involves structural geology, microstructural petrography, mineralogy, geochemistry and geophysics tools. The Alpine Corsica, by the presence of numerous mafic and ultramafic pseudotachylytes (considered as fossils of past earthquakes) can be considered as an ideal study case.The seismic rupture in the Cima di Gratera Nappe is materialized by pseudotachylyte networks parallel or with a steep dipping to the fault separating the mafic and ultramafic units. The fault system is characterized by a top-to-the-west kinematic associated to the Piemonte-Liguria oceanic plate subduction under the Adriatic plate. The mineralogical analyses of the mafic pseudotachylyte microlites indicate a formation under a pressure and temperature conditions of the eclogite metamorphic facies. These conditions are consistent with a depth between 60 and 70 km which correspond to the upper part of the intermediate-depth seismicity zone. The geometry of the fault system was also compared to some geometry observed by the geophysics in the NE Japan subduction zone and at similar depth.It was also highlighted the role of the serpentinization on the seismic / aseismic character of the fault involving the mafic and ultramafic formations. Indeed, frictional melting resulting from the seismic rupture responsible to the pseudotachylyte veins formation was only observed in the case where the fresh peridotite or weakly serpentinized peridotite is in contact with the metagabbro. By opposition, the deformed zones involving the serpentinite and the metagabbro never show any pseudotachylyte and can be considered as aseismic. Considering the thickness and the polyphaser character of the pseudotachylyte networks and their absence in the serpentinite, the peridotite masses can be considered as asperities within the plate itself.
De par leurs magnitudes élevées et leur potentiel tsunamigénique, les séismes qui se produisent en contexte de subduction présentent un risque majeur pour les villes côtières souvent densément peuplées. La compréhension de la géométrie et du fonctionnement des zones de failles associées à ces ruptures sismiques a donc fait l'objet de nombreuses recherches sismologiques et géologiques.L’objectif de cette thèse est centré sur la caractérisation des zones de failles paléo-sismiques traversant des formations ophiolitiques subductées puis exhumées en surface des continent et sur leur comparaison avec les zones sismogéniques actuelles. Elle s’appuie sur une approche multi-échelle faisant intervenir les outils de la géologie structurale, de la pétrographie microstructurale, de la minéralogie, de la géochimie ainsi que les données de la géophysique. Le cas de la Corse alpine, de par la présence de nombreuses pseudotachylytes (étant considérées comme des fossiles de séismes) mafiques et ultramafiques constitue un cas d’étude idéal.La rupture sismique dans la nappe du Cima di Gratera est matérialisée par des réseaux de pseudotachylytes parallèles ou à fort pendages situées de part et d’autre de la discontinuité tectonique séparant les unités ultramafiques et mafiques formant la nappe. Le système de faille est caractérisé par une cinématique vers l’ouest associée à la subduction de la plaque océanique liguro-piémontaise sous la plaque adriatique. Les analyses minéralogiques des microlites présentes dans les pseudotachylytes mafiques indiquent une formation des veines en contexte de pression et température du facies eclogite, correspondant à une profondeur comprise entre 60 et 70 km, soit le début de la zone de sismicité dite de profondeur intermédiaire. La géométrie du système de faille a également pu être comparée à des géométries observées via la géophysique au large du nord-est Japon et à des profondeurs similaires.A également été mis en lumière l’impact de la serpentinisation sur le caractère sismique / asismique des discontinuités tectoniques faisant intervenir des formations mafiques et ultramafiques. En effet, la fusion frictionnelle issue des ruptures sismiques et responsable de la formation des veines de pseudotachylytes n’a été observée que dans le cas où était mis en contact la péridotite fraiche ou faiblement serpentinisée et le métagabbro. Les contacts impliquant la serpentinite et le métagabbro n’en présentent jamais et peuvent donc être considérés comme asismiques. Au regard de l’épaisseur des réseaux de pseudotachylytes dans les masses de péridotite et de leur absence dans les serpentinites, les masses de péridotites peuvent donc être assimilées à des aspérités au sein même de la plaque plongeante.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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