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OSUG - Terre Univers Environnement

Projet G-GAP

29 août 2012 ( dernière mise à jour : 24 octobre 2013 )

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Projet ANR ‘G-GAP’

Le projet G-GAP est un projet de recherche fondamentale coordonné par l’Institut de Science de la Terre (Université Joseph Fourier-Grenoble et CNRS). Il associe l’Institut de Physique du Globe de Paris et l’Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre de Strasbourg. Il a bénéficié d’un financement ANR de 500.000 euros pour un coût global de 2 M d’euros. Le projet a commencé en 2008 et se terminera fin 2012.

  • contacts : Michel Campillo (Michel.Campillo@ujf-grenoble.fr) et Nathalie Cotte (Nathalie.Cotte@obs.ujf-grenoble.fr)

G-GAP : Nouvelles perspectives sur le risque sismique associé à la subduction : séismes lents, tremors, monitoring passif, tectonique et scénarios.


Le préoccupant ‘silence’ sismique sous la zone de Guerrero au Mexique

Le grand séisme du Japon nous a montré la difficulté à pronostiquer la taille des grands séismes de subduction. La zone de Guerrero, au contraire des régions voisines du Mexique, n’a pas connu de grands séismes depuis plus d’un siècle. Cette situation pose directement la question de la compréhension de la succession des séismes à long terme, qui est un des éléments majeurs de l’évaluation des risques sismiques. Le cycle sismique a souvent été considéré comme une alternance de lents chargements sans glissement des failles et de soudains séismes qui relâchent brutalement la déformation accumulée. Sous le Mexique central, où la géométrie de la subduction est particulièrement favorable à l’étude de ces phénomènes, les mesures géodésiques montrent un scénario très différent avec de grands événements de glissement lent, où pendant plusieurs mois la surface de subduction glisse à une vitesse intermédiaire entre celle des plaques (6cm/an) et celle atteinte pendant les séismes classiques (1m/s). Ces séismes lents, qui ne produisent pas de signaux mesurés par les sismomètres, ont été détectés pour la première il y a une dizaine d’années. Ils semblent se produire sous la région de Guerrero tous les 4 ans environ mais avec des caractéristiques variables. Ils sont accompagnés par une activité renforcée des tremors non-volcaniques, un signal sismique haute fréquence lui aussi découvert récemment. Observer et analyser ces phénomènes, détecter d’autres signes des déformations en profondeur, comprendre comment la région se déforme en produisant différentes manifestations sismiques, tels sont les objectifs scientifiques directement liés à la compréhension du risque sismique dans la région.

Observations géodésiques, sismologiques et tectoniques, modèles de glissement et cycle sismiques, scénarios et risques.

Pour la compréhension de processus peu connus comme c’est le cas ici, le point central est l’accumulation de données nouvelles et le développement de stratégies d’analyse originales. Nos efforts ont donc d’abord porté sur le travail de terrain : installation de nouvelles stations GPS continues qui permettent de quantifier les déformations et installations d’antennes sismologiques, composées de groupes de capteurs qui permettent de détecter les signaux ténus émis sur le plan de subduction. Nous avons également mené des missions de terrain et analyser des images satellites pour étudier les failles actives. Les enregistrements anciens de séismes importants dans notre région d’étude ont été retraités et analysés avec les techniques modernes. Compte-tenu de nos objectifs liés à ces observations encore peu ou pas explorées, nous avons développé des méthodologies adaptées. Les séismes lents ont pu étre étudiés à partir des données GPS et d’images Radar satellitaires (InSAR). En sismologie nous avons utilisé des techniques de formation de voies pour localiser les tremors. L’analyse du bruit sismique a permis de détecter de faibles changements des vitesses des ondes en profondeur. Les méthodes électriques de prospection ont été utilisées pour détecter les structures caractéristiques des failles actives. De nouvelles méthodes d’analyse statistique des enregistrements ont été mises en œuvre pour bâtir des lois d’atténuation adaptées au Mexique.
Installation de terrain et exemples de résultats montrant le mouvement de la station CAYA avec la succession des séismes lent (en bas) et la corrélation entre variation des vitesses sismiques et déformation en profondeur provoquée par les séismes lents (en haut).

Résultats majeurs

Nous avons mesuré une suite de séismes lents de magnitude supérieure à 7, les plus importants jamais observés. L’inversion des données GPS et InSAR a permis de visualiser le développement du glissement sous la forme de la propagation d’un front de rupture avec une vitesse typique de 1km/jour. Les épisodes de glissements lents, et les déformations qu’ils impliquent, sont associés avec de faibles mais mesurables changements des propriétés élastiques dans la croûte. L’activité de tremors est presque permanente, sous forme de bouffées d’activité qui sont plus intenses pendant les séismes lents. Le méga-séisme du Chili de 2010 a déclenché une forte activité de tremors et un événement de glissement lent. Le couplage mécanique entre les deux plaques est différent sous Guerrero et dans les régions voisines,il n’exclut pas la possibilité de grands séismes destructeurs dans cette région mais implique une plus grande périodicité (500 ans). Parallèlement, nous avons identifié les failles actives qui coupent la plaque supérieure et structurent la plaque plongeante, et défini leur potentiel sismogène, notamment autour de la ville de Mexico. La zone de glissements lents apparaît limitée par certaines de ces failles, décrochantes, qui semblent couper la plaque supérieure jusqu’à l’interface de subduction, tandis qu’elle coïncide avec une section de la plaque plongeante ayant une ‘rugosité’ très spécifique. Nous continuons l’étude de la structure de la croûte supérieure et des données accélérométriques dans l’objectif de mieux examiner ces relations mécaniques et de construire des scénarios de fonctionnement et de ruptures réalistes.

Principaux articles (juin 2012)

  • Cotte N., A. Walpersdorf, V. Kostoglodov, M. Vergnolle, J.-A. Santiago, I. Manighetti and M. Campillo. EOS, Vol. 90, No. 21, pp. 181-182, 26 May 2009
  • Husker, A., S. Peyrat, N. Shapiro, V. Kostoglodov, Geofisica Internacional, 49 (1), 17-25, 2010.
  • Kostoglodov, V., A. Husker, N. M. Shapiro, J. S. Payero, M. Campillo, N. Cotte, and R. Clayton (2010), Geophys. Res. Lett., 37, L24301, doi:10.1029/2010GL045424.
  • Vergnolle, M., A. Walpersdorf, V. Kostoglodov, P. Tregoning, J. A. Santiago, N. Cotte, and S. I. Franco (2010), , J. Geophys. Res., 115, B08403, doi:10.1029/2009JB006852.
  • Cruz-Atienza V., A. Iglesias, J. Pacheco, N. Shapiro, and S. Singh (2010), Crustal Structure below the Valley of Mexico Estimated from Receiver Functions, Bull. Seism. Soc. Am., 100, 3304–3311, doi : 10.1785/0120100051
  • Zigone, D., C. Voisin, E. Larose, F. Renard, and M. Campillo (2011), Geophys. Res. Lett., 38, L01315, doi:10.1029/2010GL045603.
  • Walpersdorf, A., N. Cotte, V. Kostoglodov, M. Vergnolle, M. Radiguet, J. A. Santiago, and M. Campillo (2011), Geophys. Res. Lett., 38, L15307, doi:10.1029/2011GL048124.
  • Radiguet, M., Cotton, F., Vergnolle, M., Campillo, M., Valette, B., Kostoglodov, V. and Cotte, N. ,. Geophysical Journal International, no. doi : 10.1111/j.1365-246X.2010.04866.x
  • Sánchez-Sesma F.J., M. Rodríguez, U. Iturrarán-Viveros, F. Luzón, M. Campillo, L. Margerin, A. García-Jerez, M. Suarez, M. A. Santoyo, and A. Rodríguez-Castellanos (2011), A theory for microtremor H/V spectral ratio : application for a layered medium, Geophys. J. Int., vol. : 186(1), 221-225, doi:10.1111/j.1365-246X.2011.05064.x
  • Rivet, D., M. Campillo, N. M. Shapiro, V. Cruz-Atienza, M. Radiguet, N. Cotte, and V. Kostoglodov (2011), Geophys. Res. Lett., 38, L08308, doi:10.1029/2011GL047151.
  • Husker, A. L., V. Kostoglodov, V. M. Cruz-Atienza, D. Legrand, N. M. Shapiro, J. S. Payero, M. Campillo, and E. Huesca-Pérez Temporal variations of non-volcanic tremor (NVT) locations in the Mexican subduction zone : finding the NVT sweet spot Geochem. Geophys. Geosyst., doi:10.1029/2011GC003916.
  • Radiguet M. F. Cotton , M. Vergnolle , M. Campillo , A. Walpersdorf , N. Cotte , V. Kostoglodov, ,Slow slip events and strain accumulation in the Guerrero gap, Mexico, J. of Geophysical Res., vol. 117, p. B04305, doi :10.1029/2011JB008801
  • Zigone D., D. Rivet, M. Radiguet, M. Campillo, C. Voisin, N. Cotte, A. Walpersdorf, N. Shapiro, G. Cougoulat, P. Roux, V. Kostoglodov, A. Husker, and J. Payero (2012), Triggering of Tremors and Slow Slip event in Guerrero (Mexico) by the 2010 Mw 8.8 Maule, Chile, Earthquake, J. of Geophysical Res., 117, B09304, doi:10.1029/2012JB009160.
  • Frank, W. B., N. Shapiro, V. Kostoglodov, A. Husker., M. Campillo, J. S. Payero, and G. A. Prieto (2013), Low-frequency earthquakes in the Mexican Sweet Spot, Geophys. Res. Lett., 40, doi:10.1002/grl.50561
  • Cavalié O., E. Pathier, M. Radiguet, M. Vergnolle, N. Cotte, A. Walpersdorf, V. Kostoglodov, and F. Cotton (2013), Slow slip event in the Mexican subduction zone : Evidence of shallower slip in the Guerrero seismic gap for the 2006 event revealed by the joint inversion of InSAR and GPS data, Earth and Planetary Science Letters, vol. 367, p. 52-60, doi:10.1016/j.epsl.2013.02.020
  • Rivet D., M. Campillo, M. Radiguet, D. Zigone, V. Cruz-Atienza, N. Shapiro, V. Kostoglodov, N. Cotte, G. Cougoulat, A. Walpersdorf, and E. Daub (2013), Seismic velocity changes, strain rate and non-volcanic tremors during the 2009-2010 slow slip event in Guerrero, Mexico, accepted for publication in Geophys. J. Int.
  • Graham S., C. DeMets, E. Cabral-Cano, V. Kostoglodov, A. Walpersdorf, N. Cotte, M. Brudzinski, R. McCaffrey, L. Salazar-Tlaczani (2013), GPS constraints on the 2011/2012 Oaxaca slow slip event and Mw=7.4 Ometepec earthquake sequence, Part 1 : Pre-seismic deformation, submitted to Geophys. J. Int.
  • Graham S., C. DeMets, E. Cabral-Cano, V. Kostoglodov, A. Walpersdorf, N. Cotte, M. Brudzinski, R. McCaffrey, L. Salazar-Tlaczani (2013), GPS constraints on the 2011/2012 Oaxaca slow slip event and Mw=7.4 Ometepec earthquake sequence, Part 2 : Coseismic and postseismic deformation, submitted to Geophys. J. Int.

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