Structure des zones de subduction vue par la sismologie 1. A l échelle globale: sismicité, tomographie globale: imager les plaques plongeantes, les interfaces, hétérogénéités de composition 2. A l échelle régionale: différents exemples d études de sismicité et structure (localisation, fonctions récepteurs)
Etude de la structure des zones de subduction Croûte océanique en subduction et déshydratation Profondeur de la plaque Double couche
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
Principe de la tomographie Perturbation vitesse v Perturbation temps trajet v T = 2 v Typiquement T ~ 0.01 s/km T ~ 1 s/100 km
Tomographie globale (Van der Hilst, Engdahl, etc ) ~10,000,000 travel-times: P + pp (EHB=Engdahl, Van der Hilst, Buland, 1998) ~22,000 differential times PP-P (Waveform cross-correlation, thanks to Masters) ~28,000 differential PKP times (EHB + waveform, thanks to Creager) ~600 differential PKP-Pdiff times (waveform, thanks to Wysession) 0 km 2890 km 6371
Adaptive grid parameterizations to optimize local resolution... We use sampling density as proxy for local resolution, but other choices possible. (global spherical harmonics) (regular grid) Kárason and Van der Hilst (2000) # model parameters O (0.5x106); smallest scale ~70 km
Corrections d épaisseurs crustales! CRUST 2.0 http://mahi.ucsd.edu/gabi/rem.dir/crust/crust2.html (but regional models can be used wherever available and needed) (NB: Effect of this correction can be significant, even at relatively large depth)
Interpretation of Tomography Plaque Farallon
If FFT resolves small scale structure better; how about slabs? MIT 05 (3-D kern els, more data, finer grid) Montelli et al. (Science, 2004) (with banana doughnut kernels)
P waves Grand et al., 1997 S waves
La compléxité des images suggère qu il ne s agit ni Japan Izu Bonin Fiji-Tonga des couches fixes ni de convection de tout le manteau (Karason & Van der Hilst, 2000) Indonesia Central America
Penetration depth of slabs seems variable Remaining resolution problems? Or a snap shot of transient processes (+ different subduction parameters or plate tectonic settings)?
Local earthquake tomography Husen et al JGR 1999
A simple interpretation of the images Serpentinisation Husen et al JGR
Tomography of the Central America subduction zone By Siracuse et al, G-cubed, 2008 Méthode utilisant la sismicité locale
Tomography of the Central America subduction zone > 10 cm/an Cocos plate
Sismicité intermédiaire (70-200km) Origine? Température et pression élevées implique déformation ductile et non cassante Modèle: transformations minéralogiques libèrent des fluides, créent des pressions de pores élevées, réduisent les contraintes effectives sur les failles et facilitent le glissement Dans la couche supérieure: transformation de basalte en éclogite Observations de «double zone sismique»
Nord central Honshu, Japon PA: plaque Pacifique AM: plaque Amur PS: plaque Philippine
Observations de double zone sismique (Brudzinski et al., 2007) Pas une exception mais plutôt la règle?
Fig. 3. DBZ separation versus subducting plate age for each segment analyzed, including 1-SD uncertainties from Gaussian fits Modèles thermiques et pétrologiques: Déshydratation du minéral antigorite pourrait expliquer la seconde zone sismique R. Brudzinski et al., Science 316, 1472-1474 (2007)
Abers tomography vs reflectivity
Fonctions récepteurs: imager les interfaces Z R T PpS PS P PsS Z δt R T H VP S VS croûte Moho P P manteau
Les fonctions récepteur (RF) L Séisme de Mw=6.9 enregistré à la station de Rennes ( = 51 ) Filtrage gaussien ( a = 2) F Seuil (w = 10-5 ) P PSmoho PSSmoho PPSmoho
Les fonctions récepteur (RF) : exemple au Tibet Hetenyi et al., Science, 2007 (?) H Imagerie de la lithosphère
Section RF à travers de la zone de subduction du Japon Kawakatsu et Watada (2007)
Effet des sauts de vitesse sur les fonctions récepteur Réduction, réflexion négative augmentation, réflexion positive
Two RF showing hydration Rondenay et al
Section RF à travers l Alaska et l ouest des Etats Unis
Sujets des exposés 1. Flore Barat Déformation du Nord Chili 2. A. Chauhan Geodesy in Sundaland 3-4 M. Dellinger et A. Cogez Erosion des marges convergentes 5. A. Fuenzalida Sismologie du Séisme de Sumatra 2004 Ammon et Lay 6. N. Hananto Imagerie de la zone de subduction 7. Ch. Le Losq La zone de subduction de Sumatra du point de vue tectonique (Simoes et al) Choisir un article du groupe de Caltech sur Sumatra
7. M. Mettois Géodésie du Chili Central 8. M. Mercier Structure de la zone frontal sous le prisme d accrétion de Nankai (Japon) 10-11 J-A Olive et O. Dublanchet Ecoulement dans le coin mantéllique (Luce) 12 O. Sissman Déformation des zoines de subduction 13-14 K. Trebaul et B. Malvoisin Structure des zones de subduction, deshydratattion, eclogitisation, etc 15 J Weil Accardo Couplage et séismes lents (Je propose Obara, mais aussi Shelly et Ide)