La subduction: Introduction

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Emmanuelle Bergeron
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1 La subduction: Introduction Isacks, Oliver and Sykes, Cours Chamot-Rooke " Introduction " Cours Chamot-Rooke " Géodynamde d la subduction " Cours Fleitout " Géodynamique de la subduction " Cours Madariaga " Les grands séismes " Cours Madariaga " Structure des zones de subduction " Cours Madariaga " Nouveaux phénomènes dynamiques " Cours Madariaga " Tsunamis "

2 Cours subduction 2014 Programme provisoire 1. Introduction géodynamique (N. Chamot-Rooke) 2. Introduction géophysique (R. Madariaga) 3. Déformation des zones de subduction (Ch Vigny) 4. Structure t sismique i des zones de subduction (H. LyonCaen) 5. Sismicité des zones de subduction (R. Madariaga) 6. Forces sur les plaques et tectonique globale (L. Fleitout) 7. Déformation inélastique (L. Fleitout) 8. Génération de tsunamis succès et échecs (R. Madariaga) 9. Nouvelles sources s séismes s lents, trémor (R. Madariaga) 10.Pétrologie et thermodynamique de la subduction (???) 11.L usine de la subduction (????) 12.Conversation finale, ce qui se passe en ce moment (tous) 13.Exposés des élèves 14.QCM

3 Les zones de subductions reconnues Last 110 years

4 Initial view of subduction

5 Etude de la structure des zones de subduction Croûte océanique en subduction et déshydratation Profondeur de la plaque Double couche

6 The 2011 Tohoku-oki oki earthquake

7 Zone de subduction du Nord est (Tohoku) du Japon Double couche

8 Structure profonde d une zone de subduction Tomographie Méthode sismique Par transmission i P waves Petites Perturbations De vitesse S waves Plaque sous les Etats Unis Grand et al., 1997

9 Section RF à travers de la zone de subduction du Japon RF receiver functions Est une méthode de réflectivité ité Kawakatsu et Watada (2007)

10 Profondeur de pénétration des plaques Jusque vers 1985: le manteau inférieur est considéré comme une barrière «impénétrable» pour les plaques. Apport de la tomographie globale

11 Une vue actuelle: hypothèse sur la structure d une zone de subduction typique

12 Structure of the Northern Chile subduction zone Cinca 95, Ancorp 96 profile From Oncken et al, 2003

13 Différentes géométries des zones de subduction

14 Les deux cas extrêmes: Chili Marianas

15 TECTONICS OF SUBDUCTION ZONES Contrasts between West & East Pacific Uyeda & Kanamori (1979) identified two extremes: Mariana Type and Chilean Type - with of course many intermediate types. Dewey (1981). Mariana Type has: 1. Deep open trench (up to 11 km deep) that subducts old cold Jurassic crust. 2. A very steep Benioff Zone 3. Extensive faulting, subsidence and tectonic erosion of the outer trench wall. 4. Widespread intra-arc extension and back-arc spreading. 5. More earthquakes in the under-riding than in the over-riding plate. 6. A rather thin mafic-intermediate composition volcanic-plutonic crust. 7. Extensive volcanism; mainly basaltic with only minor andesites. 8. Little or no sedimentary accretion at the trench. 9. Subdued morphological expression. 10 Lavas have quiet eruptive style. 11 Volcanoes are mainly submerged cones with fringing reefs. 12 Poorly developed volcaniclastic dispersal fans.

16 Chilean Type has: 1. Shallower trench (up to 6 km) that subducts younger, warmer, Eocene age oceanic crust. 2. Thrust faulting common on outer trench wall. 3. Major thrust faulting in the under-riding Nazca Plate up to 200 km west of the trench. 4. A Benioff Zone with a very shallow dip down to about 200 km, and then a steeper deeper portion o below a seismic s gap. 5. Widespread intra-arc compression and back-arc thrusting over a foreland trough. 6. More, and higher energy, earthquakes in the over-riding than in the under-riding plate. 7. Plutonism is dominant over volcanism. 8. Volcanism is dominantly of andesite-dacite-rhyolite type; basalts being much rarer. 9. Thick (ca 70km) continental crust gradually tapering trenchward to less than 10 km. 10 Because of dominant compression, continental arc has high uplift rates. 11 Violent eruptive style. High viscosity lavas. Extensive volcaniclastic dispersal fans. 12 Spectacular geomorphological expression.

17 Génération de grands Séismes dans les zones de subduction Zone sismogène Zone de transition Dé l t ti l Déplacement vertical du sol: génération de tsunami

18 Modèle de Pacheco, Sykes et Scholz Zone bloquée ou partiellment bloquée

19 Sismicité des Antilles

20 Sismicité des Antilles Sismicité mal connue, distribution spatiale mal contrainte Peut-on faire mieux qu au Japon?

22 Les très grands tremblements de terre

23 Les grands tremblements de terre historiques

24 Méga Séismes 1960 cluster 2000 cluster Tohoku 2012 Wharton Sea 2012 Bilham, 2011

26 Définition de Moment sismique Glissement D Surface de la faille S M o = DS Constante élastique

27 Mesure d un tremblement de terre Magnitude Moment Longueur Durée Glissement (M w ) (Nm) (km) (s) (m) ? 300? 100?

28 Loi de Gutenberg Richter log 10 N( M ) a bm log N N ~ 3 M=8 N~ 3.33 M=8 8.3 N~0.3 M= M

29 Situation en 2008 Situation en 1990 Perrier Madariaga Situation en 2014

30 Classification des zones de subduction Ruff Kanamori, circa 1980

31 Age de la lithosphère océanique

32 Séismes considérés par Kanamori et Ruff

35 Classification des zones de subduction suivant le couplage = couplage rapport de la vitesse asismique à vitesse de subduction

36 Les zones de subduction sont apériodiques 2010

37 Classification des séismes dans les zones de subduction Classification des séismes dans les zones de subduction Thatcher 1990

38 Vision actuelle de la sismicité des zones de subduction D après lay et al, J. geophys. Res. 2012

39 Le séisme de Sumatra du 24 décembre 2004 (M=9.3)

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