Séisme de magnitude 8.0 aux îles Santa-Cruz Mardi 06 février 2013 à 01h12 GMT.

Transcription

1 Séisme de magnitude 8.0 aux îles Santa-Cruz Mardi 06 février 2013 à 01h12 GMT. Fichier de données techniques pour le professeur Le séisme a été enregistré par la station sismique de Telopea Park School à Canberra. canb.telopea.act.edu.au/cgi-bin/ida Cette région des îles Santa Cruz située entre les îles Salomon et Vanuatu, au nord-est de l'australie, fut frappée par une série de fortes secousses durant la période du 3 au 10 février Le dépouillement des sismogrammes est accessible sur le réseau sismo des écoles Nom de l événement : SANTA_CRZ_ISLAN Magnitude 8 Date/Heure : 06 FEV 2013 / 01h12min25s Profondeur du foyer 15 km Comment situer l événement des îles Santa-Cruz dans le contexte tectonique régional? Cartographie des secousses significatives dans la région réalisée par le «Tsunami warning Center» de Canberra du 3 au 9 février Source : Geoscience Australia Ce séisme s inscrit dans le mouvement régional de convergence de la plaque Australienne sous la plaque Pacifique dans une direction ENE à la vitesse approximative de 94 mm/an. Les fosses océaniques sont clairement visibles sur la carte. Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 1

2 Que se passe t il au niveau de ces deux plaques? Carte de la zone de convergence entre la plaque Australienne et la plaque Pacifique Les cercles blancs indiquent les épicentres des séismes passés enregistrés dans cette zone. On remarque une concentration et un alignement de l activité sismique le long des fosses. La localisation des foyers sismiques historiques le long de la coupe CD ci - dessus, l étoile correspond au séisme du 6 février Source USGS Source USGS La plaque australienne (Sud Ouest à gauche ici) s enfonce en subduction sous la plaque Pacifique (Nord Est à droite). La répartition des foyers sismiques permet de tracer le plan de Benioff, plan qui matérialise le plongement de la plaque australienne sous la plaque pacifique. Le pendage est presque à 90, ce qui traduit un enfoncement rapide de la plaque australienne de l ordre de 94 mm/an dans ce secteur du Pacifique. Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 2

3 Comment décoder les enregistrements de la station de Canberra (Australie)? Coordonnées de la station : Latitude : - 35,31 Long itude: 149,13 Distance au foyer du séisme : 3173,146 km Distance au foyer du séisme en degrés : 28,52 Tracé des 3 composantes ZNE permettant de fixer les phases du sismogramme exploitables. Dépouillement à partir du réseau sismo des écoles Utilisation du logiciel Seisgram2K Seules les ondes de volume sont représentées. On note l amplitude (échelle verticale) des ondes S (ondes secondes ou ondes de cisaillement) toujours supérieure à celle des ondes P (ondes premières ou ondes de compression) Comment repérer les temps d arrivée des ondes P et S à Canberra et calculer leur vitesse? Le logiciel Seisgram2K permet le pointage des phases, la lecture des temps de parcours des différents types d ondes et la profondeur atteinte par les ondes à l intérieur du globe. Tp-T0 (en sec) = 354,26 Distance réelle parcourue à l intérieur du globe : 3401,26 km (profondeur max atteinte : 747 km) Ts-T0 (en sec) =643,11 Distance réelle parcourue à l intérieur du globe : 3431,87 km (profondeur max atteinte : 770,24 km) Retard ondes S par rapport aux ondes P : Ts-Tp (en sec) = 288,85 Vitesses des ondes sismiques : Distance géographique de la station au foyer du séisme : 3173,146 km Vp = 3173,146/354,26 = 8,96 - La vitesse des ondes p est d environ 9 km.s -1 La vitesse moyenne réelle des ondes P en prenant en compte le temps de parcours à l intérieur du globe 3401,26/354,26 ce qui fait 9,6 km/s. On en déduit que les ondes P accélèrent en s enfonçant à l intérieur du globe (dans les 750 premiers kilomètres). Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 3

4 Vs=3173/643,11 = 4,93 - La vitesse des ondes S est d environ 5 km.s -1 La vitesse moyenne réelle des ondes S en prenant en compte le temps de parcours à l intérieur du globe est de 5,3 km.s-1. On en déduit que les ondes S accélèrent en s enfonçant à l intérieur du globe (780 premiers kilomètres) Pourquoi les ondes P et S accélèrent en s enfonçant à l intérieur du globe? Graphique de l évolution de la vitesse des ondes P et S en fonction de la profondeur et de la densité des matériaux traversés. Ces données permettent de valider les calculs effectués et de comprendre qu une des raisons de l augmentation de la vitesse est l augmentation de la densité du matériel traversé. On note également qu à chaque discontinuité, il y a un changement de milieu et les vitesses s effondrent. Nous ne pouvons vérifier ceci qu en utilisant les enregistrements de stations plus éloignées du foyer sismique que Canberra. Comment rechercher des stations ayant déclenché sur le réseau? On utilise le module Educarte en ligne : et on choisit par exemple TAIP et GCPN Remarque : je n ai pas de station disponible dans la zone pour faire une triangulation et proposer un exercice pour déterminer le foyer graphiquement avec educarte. Il faudrait chercher des données sur d autres réseaux que Sismo des écoles pour ce séisme. Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 4

5 Que nous apporte l enregistrement de la station TAIP - Taipei European School - Taipei (Taiwan)? Coordonnées de la station : Latitude : 25,14 Longitude : 121,55 Distance au foyer (km) : 6169,117 Distance (en degrés) : 55,427 Sismogrammes obtenus à partir du dépouillement du réseau Seuls deux tracés (Z et E) de cette station sont exploitables, mais on distingue nettement les ondes de volumes P et S et un tracé supplémentaire d ondes de surface Lr (Ondes Longues - Love Raleigh). Identification des temps d arrivée des ondes P et S à Taipei : Tp- T0 (en sec) = 573,67 distance réelle parcourue 6145,27 km Profondeur maximum 1397, 54 km Ts- T0 (en sec) = 1038,63 distance réelle parcourue 6118, 96 km Profondeur maximum 1326, 55 km Retard ondes S par rapport aux ondes P : Ts-Tp (en sec) = 494,96 Vitesses des ondes sismiques : Distance géographique de la station au foyer du séisme : 6169,117 km Vp = 6169,117/573,67 = 10,75 - La vitesse des ondes p est d environ 11 km.s-1 Vitesse moyenne réelle (en km.s-1) : 6145,27/573,67 = 10,7 Vs=6169,117/1038,63 = 5,9 - La vitesse des ondes S est d environ 6 km.s-1 Vitesse moyenne réelle (en km.s-1) : 6118,96/1038,63 = 5,9 On peut vérifier l augmentation de la vitesse des ondes P et S, la station est plus éloignée du foyer que Canberra. Les ondes sont entrées dans le manteau inférieur mais pas dans le noyau, elles ont augmenté de vitesse en relation en particulier avec l augmentation de densité des matériaux. Pas de grosse différence entre vitesse réelle et vitesse calculée, la longueur de la trajectoire courbe doit être proche du trajet en surface et les ondes ont dû traverser la zone des faibles vitesses ce qui a réduit l écart. Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 5

6 Coordonnées de la station : Latitude : 16,234 Longitude : -61,788 Distance (km) : 14926,956 Distance (degrés) : 134,105 Quels enseignements sont apportés par les enregistrements de la station GCPN de la Pointe Noire à la Guadeloupe? Le tracé des 3 composantes ZNE permet de fixer les phases exploitables du sismogramme Pourquoi Pointe Noire n enregistre pas les ondes P ni les ondes S comme TAIP et CANB? Les ondes dans la Terre, traversent le manteau, P ou S ; le noyau externe, K ; le noyau interne, I. Elles se réfléchissent sur le noyau, c ; le noyau interne, i ;la surface libre, P or S ; la surface libre prés du séisme, p ou s Les trajets des ondes à l intérieur du globe Source : Université de Brest On constate que les ondes P n arrivent pas directement à Pointe Noire (on a des ondes PKIKP). Elles sont passées par les noyaux, externe (K) et interne (I) ou se sont réfléchies sur la surface (ondes PP). De même les ondes S se sont réfléchies sur la surface (SS). Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 6

7 Pointe Noire étant située à 134,105 du foyer du séisme, cette station est située dans la zone d ombre des ondes P (de 100 à 140 ) et des ondes S (de 100 à 180 ) contrairement à Canberra qui est située à 28,52. Zone d ombre des ondes P Zone d ombre des ondes S Source : Université de Brest Utiliser le module Phases et Rais dans seisgram2k pour faire apparaître ce modèle, choisir et faire apparaître les repères souhaités sur les sismogrammes dépouillés. Identification des temps d arrivée des ondes P (donc PKIKP) et S (donc SS) à Pointe Noire Distance géographique de la station au foyer (km) : 14926,956 Tp-T0 (en sec) = 1156,40 Distance réelle à l intérieur du globe : 12031,46 km avec une profondeur maximale de : 5189,29 km Ts-T0 (en sec) = 2377,19 Distance réelle à l intérieur du globe: 14434,38 km avec une profondeur maximale de : 1688,31 km Les distances parcourues à l intérieur du globe ne sont que légèrement plus courtes que la distance géographique. Ts-Tp (en sec) = 1220,79 Vitesse des ondes sismiques Distance géographique de la station au foyer (km) : 14926,956 Vp = 14926,956/1156,40 = 12,9 - La vitesse des ondes p est d environ 13 km.s -1. Vitesse moyenne réelle 10,4 km.s -1 (12031,46/1156,40) Vs = 14926,956/2377,19 = 6,28 - La vitesse des ondes S est d environ 6,3 km.s -1 Vitesse moyenne réelle est 6,1 km.s -1 (14434,38/2377,19) Cette fois on constate au contraire que les vitesses rapportées au nombre de km parcourus sont presque équivalentes, les ondes S et P après avoir accéléré dans les parties superficielles du globe diminuent à l entrée dans le noyau. Stations Vp (km.s -1 ) Bilan des trois stations étudiées Profondeur Vs Profondeur maximale (km) (km.s -1 ) maximale (km) Distance géographique (km) Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 7 Distance angulaire (en degrés) CANB , ,146 28,52 TAIP , , ,117 55,427 GCPN ,29 6,3 1688, , ,105 L étude de nos enregistrements permet de conclure que plus la distance au foyer augmente, plus la vitesse des ondes S et P augmente mais qu il n y a pas de proportionnalité. Tracer un graphe pour plusieurs stations puis comparer aux documents théoriques (voir exercice Haïti Sismo à l école à adapter)

8 Comment évoluent les vitesses des ondes sismiques en fonction de la distance au foyer? L utilisation des tables de Jeffreys Bullen et des courbes Hodochrone (version simplifiée dans seisgram2k) récapitule les temps de parcours dans le noyau et le manteau. Courbes Hodochrone Le temps de parcours des ondes S est plus long, elles arrivent toujours après les ondes P. Pour une distance angulaire à l épicentre donnée, on peut identifier des phases avec leur temps de parcours associés. Les courbes montrent aussi le gradient de vitesse dans le manteau. Les hodochrones des ondes de surface (Love Raleigh) montrent que celles ci se propagent à vitesse à peu près constante. Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 8

9 Récapitulatif des vitesses des ondes à l intérieur du globe Croûte océanique Croûte continentale Le Moho sépare croûte (SiO2, Al2O3) du manteau ((Mg,Fe)2 SiO4: Péridot ou Olivine Conrad sépare croûte inférieure granulitique (roche métamorphique) de la croûte supérieure granitique. Le manteau Zone des faibles vitesse LVZ Le noyau Source graphes et récapitulatif : Julie Perrot Université de brest Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 9

10 Caroline Prevot, ETI, LFAC, Australie 10