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Theses Year : 2022

Active tectonics, crustal deformation and seismotectonic background for a realistic seismic hazard assessment in southern Africa

Tectonique active, déformation crustale et contexte sismotectonique pour une évaluation réaliste des risques sismiques en Afrique australe

Abstract

The aim of this thesis is to determine the impact of improved seismotectonic model on seismic hazard assessment in southern Africa. This is achieved through a combination of several approaches in order to adopt a multidisciplinary strategy so as to enhance our understanding of earthquake occurrence in intraplate southern Africa. The characterisation of strong earthquakes and faults within intraplate regions through geological, geophysical and tectonic geomorphology studies, is beneficial to the improvement of seismic hazard assessment.The first chapter describes the research methodology. The second chapter focuses on the 3 April 2017 MW 6.5, Moiyabana (Botswana) earthquake which occurred in the continental interior of the Nubian plate and in a seismogenic region previously considered as stable. We analyse the mainshock and aftershocks sequence based on a local seismic network and local seismotectonic characteristics so as to constrain the rupture geometry and correlate it to that from the InSAR analysis of Sentinel-1 images (ascending orbit). Focal mechanism solutions of the mainshock and aftershocks display predominance of NW-SE trending and NE dipping normal faulting. Stress inversion of the focal mechanisms produced results that are compatible with a NE-SW extension under normal faulting regime. Although the seismic strain rate is of low level, the occurrence of the 2017 Moiyabana earthquake in the central Limpopo Mobile Belt classifies the intraplate region as an active plate interior. The third chapter presents the Tugela and Greytown fault in Kwazulu-Natal in Southeast Africa, as well as the reappraisal of the 1932 St Lucia MW 6.9 earthquake. We perform detailed investigations in seismotectonics and tectonic geomorphology of the 1932 St Lucia earthquake area with the objective of characterising physical parameters of the seismogenic fault necessary for the seismic hazard assessment in the KwaZulu-Natal (KZN) region. First, we delineate the seismic and tectonic characteristics of the E-W and ENE-WSW trending Tugela and Greytown fault scarps, respectively, we proceed with the description of geomorphic markers of fault scarps using tectonic geomorphology, further investigate physical fault geometries using airborne magnetics added with electrical resistivity tomography and seismic reflection profiles. In addition, we also explore using strain rate calculated from GPS data. The integration of these studies shows evidence of active faulting with right lateral offsets along the Tugela and Greytown fault scarps. Field investigations along fault scarps combined with geophysical and seismotectonic studies will likely lead to the re-evaluation of the seismic hazard assessment in the KZN region.
L'objectif de cette thèse est de déterminer l'impact d'un modèle sismotectonique amélioré sur l'évaluation des risques sismiques en Afrique australe. Cet objectif est atteint par la combinaison de plusieurs approches afin d'adopter une stratégie multidisciplinaire pour améliorer notre compréhension de l'occurrence des séismes en Afrique australe intraplaque. La caractérisation des forts séismes et des failles dans les régions intraplaques par des études géologiques, géophysiques et de géomorphologie tectonique, est bénéfique pour l'amélioration de l'évaluation de l'aléa sismique. Le premier chapitre de cette thèse décrit les méthodes adoptées pour étudier la tectonique active, la déformation crustale et la sismotectonique en Afrique australe. Le premier chapitre décrit la méthodologie de recherche. Le deuxième chapitre présente l’étude du séisme du 3 avril 2017 Mw 6,5, Moiyabana (Botswana) qui s'est produit dans le domaine continental intérieur de la plaque nubienne et dans une région sismogène précédemment considérée comme stable. Nous analysons la séquence de la secousse principale et des répliques sur la base d'un réseau sismique local et des investigations sismotectoniques locales de manière à contraindre la géométrie de la rupture et à la corréler à celle issue de l'analyse InSAR des images Sentinel-1 (orbite ascendante). Les solutions des mécanismes focaux de la secousse principale et des répliques montrent l’existence de deux séquences sismiques avec une prédominance de failles normales orientées NW-SE et à pendage NE et SW. L'inversion des contraintes des mécanismes focaux a produit des résultats qui sont compatibles avec une extension NE-SW sous un régime de faille normale. Bien que le taux de déformation sismique soit de faible niveau, l'occurrence du tremblement de terre Moiyabana de 2017 dans la ceinture mobile centrale du Limpopo classe la région intraplaque comme un intérieur de plaque actif.Le troisième chapitre se concentre sur la caractérisation des failles de Tugela et Greytown dans le Kwazulu-Natal, en Afrique du Sud, ainsi que sur la ré-évaluation du séisme de 1932 de St Lucia MW 6.9 (selon ISC). Nous avons effectué des recherches détaillées sur la sismotectonique, couplées à des investigations en géomorphologie tectonique de la zone du séisme de 1932 à St Lucia dans le but de caractériser les paramètres physiques des failles actives nécessaires à l'évaluation des risques sismiques dans la région du KwaZulu-Natal (KZN). Tout d'abord, nous avons identifié les caractéristiques tectoniques des failles Tugela et Greytown, respectivement orientées E-W et ENE-WSW, puis nous procédons à la description des marqueurs géomorphologiques des failles à l'aide de la tectonique quaternaire et la déformation du réseau hydrographique. Nous étudions ensuite la géométrie physique des failles à l'aide de levés magnétiques aériens associés à la tomographie de résistivité électrique et aux profils de réflexion sismique. En outre, nous explorons également l'utilisation de la vitesse de déformation calculée à partir des données GPS. L'intégration de ces études montre des évidences de failles actives avec des décalages latéraux dextres le long des failles de Tugela et Greytown. Les investigations de terrain le long des failles, combinées aux études géophysiques et sismotectoniques, conduisent vers une ré-évaluation de l’aléa sismique de la région du KZN [...]
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tel-04203515 , version 1 (11-09-2023)

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  • HAL Id : tel-04203515 , version 1

Cite

Thifhelimbilu Faith Mulabisana. Active tectonics, crustal deformation and seismotectonic background for a realistic seismic hazard assessment in southern Africa. Earth Sciences. Université de Strasbourg; Nelson Mandela University, 2022. English. ⟨NNT : 2022STRAH013⟩. ⟨tel-04203515⟩
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