TP: Test d enveloppes rhéologiques Baïkal: Recherche d une rhéologie expliquant la distribution des séismes en profondeur 1. Etablissez la courbe de variation en % du nombre de séismes en fonction de la profondeur en utilisant l histogramme fourni (~630 séismes) et entrez-le dans le tableau Excel. 2. Calculez le flux de chaleur en surface (Q) pour un âge thermique de 20, 50, 80, 100, 150 Ma en utilisant les gradients de la figure sur les 20 premiers km. Sachant que le flux mesuré moyen est de 55 mw/m2, choisissez le gradient géothermique le plus probable et entrez-le dans le tableau Excel. 3. Calculez le taux de déformation en considérant que la zone de déformation fait 150 km de large et que la vitesse d extension est de 4 mm/an - entrez-le dans le tableau Excel. 4. Testez une composition Quartz-Diorite variable avec les paramètres ci-dessous, en faisant l hypothèse d une croûte de 40 km et en variant les épaisseurs de Quartz par tranches de 10 km. 5. Testez de même les résultats possibles d ajustement en remplaçant la diorite par le diabase (même densité). Conclure. 6. Même exercice en prenant les séismes récemment déterminés sur le rift Tanzanien (Balangida). Déverchère et al., 2001 J. Déverchère Table Excel et figures réalisés par Carole PETIT, UPMC, Paris 6 http://www.lgs.jussieu.fr/tectonique/tectonique2/presentation/cv/petit.htm TP: Test d enveloppes rhéologiques Burov & Watts, 2006 GSA Today 1
Histogramme global 613 séismes Intervalle 2 km Forme régulière 1 séisme dans le manteau sup. Histogramme - Flux de chaleur Taux de déformation Histogramme en %: 0-5km: 0% 5-10: 8% 10-15: 24% 15-20: 32% 20-25: 22% 25-30: 9% 30-35: 6% 35-40: 1% Gradient géothermique: Exemple pour 20 Ma: dt = 600, dz = 20 km -> Q = 3 x 600/20 mw/m2 = 90 mw/m2 Taux de déformation = (0,000004/150)/(3600x24x365) s -1 = 8,5 10-16 s -1 (prendre V = 4 mm/an réparti sur 150 km de largeur) 2
Test sur la symétrie: Modèle avec une suture - Hétérogénéité: suture - V = 5 mm/an - Rhéologie 4-couches - Code: ADELI - Rift «froid» - Localisation de la déformation décalée en profondeur Lesne et al., 2000 Un résultat récent semblant corroborer le rifting passif: Integrated geophysical-petrological inversion of Rayleighand Love-wave phase-velocity curves (Fullea et al., 2012, revue G3: Lithospheric structure in the Baikal central Mongolia region from integrated geophysical-petrological inversion of surface-wave data and topographic elevation) Calcul des géothermes de lalithosphère par conduction Lithosphère épaisse de 90km avec une croûte inf. dense, mafique, et une composition relativement fertile du manteau Isostasie locale, sans soutien dynamique Pas d anomalies de température dans le manteau sous-lithosphérique, en accord avec un rifting passif 3
C2. Mode d amincissement Rift actif ou passif? Cause de l'amincissement initial Deux phénomènes, souvent mis en opposition, peuvent être à l'origine de l'amincissement initial et donc de la subsidence : un phénomène dynamique mettant en jeu des contraintes surtout horizontales au sein de la lithosphère, qui trouvent leur origine aux limites de plaques : c'est le rifting passif. un phénomène thermo-mécanique mettant en jeu l'apparition d'une anomalie thermique (point chaud avec l'arrivée d'un panache de matériel profond léger). Les anomalies de densité associées à ces anomalies thermiques induisent des mouvements verticaux et peuvent créer un bombement régional et étirer la lithosphère : c'est le rifting actif. Rifting passif... Ou rifting actif? (Sengör et Burke, 1978) Question des causes de cette extension: délicate car mêmes effets Voie possible: Est-ce que le bombement thermique précède ou suit la fracturation de la croûte? 4. Conclusions: Comparaisons à d autres rifts A. Mesures géométriques/rhéologiques sur les rifts - Corrélations Largeur des bassins du rift Longueur des failles Epaulements: amplitude, longueur d onde Epaisseurs crustales, sismogènes, élastiques B. Du rift aux marges passives Blocs basculés et largeurs des marges Contrôle rhéologique sur la largeur des rifts Exhumation du manteau C. Rifts et volcanisme 4
A. Mesures géométriques/rhéologiques sur les rifts Corrélations 5
Anomalie de chaleur car convection et panaches 2 types de forces : - 1. «forces aux limites» (slab pull, basal drag, ridge push ) - 2. «Action de panaches» -> fusion partielle, soutien dynamique, perturbations thermiques et de densité C. Ebinger, Rochester U., USA 1. Rifting «passif» (rift Baikal, Rhine graben, Rift est-africain-branche Ouest) 2. Rifting «actif» (Rift est-africainbranche Est) 12 Le Rift Est-Africain (REA) Contexte de l étude REA : ~4000 km de long Branche Est : 4 à 1 mm/an du N au S (Stamps et al., 2008) «Super Panache» Africain Modèle tomographique (ondes P) Afriqu e du sud DNT Afar (Li et al., 2008) 6
Distribution des hypocentres dans le REA 13 Branche W 3 catalogues Prof. pic sismicité intermédiaire, peu de variation Nb. Earthquakes (%) Nb. Earthquakes (%) Branche E 5 catalogues Prof. sismicité : approf. du N au S Changement abrupt entre sud Kenya et DNT Amélioration précision des loc. au sud de la branche Manyara (Albaric et al., 2009) YSE déduites 14 Branche W Prof. TTFD max au centre (σ 1 - σ 3)max au centre T ( ) -- (σ 1 - σ 3) (MPa) T ( ) -- (σ 1 - σ 3) (MPa) Branche E Prof. TTFD (σ 1 - σ 3)max croûte inf. mafique croûte inf. mafique SEISMO-TANZ 07 (Albaric et al., 2009) TTFD : Toit Transition Fragile-Ductile 7