Contraintes GPS sur la tectonique actuelle du sud-ouest de la Bulgarie, de la Grèce du nord et de l'Albanie

par Krasimir Matev

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de François Jouanne et de Ivan Georgiev.

Soutenue le 08-03-2011

à Grenoble en cotutelle avec National Institute of Geophysics, Geodesy and Geography, Sofia, Bulgarie , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de géodynamique des chaînes alpine (Grenoble) (laboratoire) et de Institut des sciences de la Terre (laboratoire) .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous présentons une quantification de la déformation en cours du sud des Balkans et de la Méditerrnée centrale et orientale par GPS. Le champs de vitesses a été déduit de l'analyse de données issues de 225 stations GPS permanentes ou épisodiques pour la période 1996-2009. Ce champs de vitesse est analysé et discuté pour essayer de déterminer si le champ de vitesse est continu ou si, au contraire, des blocs stables peuvent être individualisés. La déformation actuelle du sud-ouest de la Bulgarie et du nord de la Grèce ont été particulièrement étudiés à partir de mesures réalisées de 1996 à 2008. Cette région est particulièrement active comme le montre la sismicité historique et en particulier le séisme de Krupnik en 1904 (sud-ouest de la Bulgarie) qui fut un séisme parmi les plus destructeur en Europe continentale au cours des deux derniers siècles. Le nord de la Grèce est quant à lui caractérisé par des séismes destructeurs de M > 6. Les résultats obtenus montrent l'existence de déplacements vers le sud par rapport à l'Eurasie stable s'accroissant du Nord (2mm/an) vers le sud de la région étudiée (10 mm/an). Les tenseurs de taux de déformation sont présentés et discutés à la lumière de la déformation exprimée lors des séismes. Ces deux types d'information montrent tous deux une prédominance d'une extension Nord-sud en accord avec les données géologiques (présence de grabens Est-Ouest) et les modèle proposés pour la Méditerranée centrale et orientale. A l'ouest des Balkans, la déformation actuelle de l'Albanie s'exprime par des nombreux indices néotectoniques et une sismicité importante présentant de nombreux séismes historiques destructeurs. Données géologiques et sismotectoniques montrent d'une part l'existence d'un raccourcissement dans les Albanides externes et d'autre part une extension Est-Ouest et Nord –Sud dans les Albanides externes. Les vitesses de déplacements ont été quantifiées par GPS continu et épisodiques à partir de 2003. Ces vitesses ainsi que les mécanismes au foyer montrent un raccourcissement en cours à travers l'Adriatique (déplacements des Albanides externes vers l'ouest par rapport à la plaque Apulie), et un déplacement vers le sud des Albanides internes à la fois par rapport à la plaque Apulie et à la plaque Eurasie. La zone de failles Skutar-Pesh entre Albanides et Dinarides semble former la limite nord de la zone affectée par un déplacement vers le sud par rapport à l'Eurasie comprenant l'est de l'Albanie, la Macédoine, la Bulgarie et la Grèce. Les Albanides externes semblent être segmentées par des failles transverses actives (faille de Lezhë et de l'ile d'Othoni et du col de Dhërmi) associées à une importante sismicité historiques. Les Albanides internes sont affectées à la fois par une extension Nord-sud le long de la faille d'Elbasani-Diber, du graben de Korca et par une extension est-ouest de part et d'autre du graben d'Ohrid. Le domaine affecté par un déplacement vers le sud est donc limité à l'ouest par la transition antre les Albanides externes et les Albanides Internes et au nordouest par la faille de Skutar-Pesh qui se poursuit en Macédoine. Sur l'ensemble du domaine étudié, notre analyse du champ de vitesse nous conduit à privilégié l'hypothèse d'une déformation continue au détriment d'une déformation localisée aux frontières de blocs stables.

  • Titre traduit

    Gps constrains on current tectonics of soutwest bulgaria, northern greece, and albania


  • Résumé

    The investigation in the present thesis is focused on the South Balkan extensional region using Global Positioning System (GPS) technique. The GPS-derived velocity field from 225 episodic and continuous GPS stations covering the territory of Central and East Mediterranean for the period 1996-2009 has been analysed and discussed in the context of present-day tectonics block models. The geodynamic processes in the region of Southwest Bulgaria (SWB) and Northern Greece (NG) are investigated by GPS measurements acquired during a 12-year (1996-2008) period. SWB and NG are recent active tectonic and seismotectonic regions. The SWB is the most active seismic region of the Bulgarian territory - in the Krupnik – Kresna region one of the most catastrophic earthquakes in continental Europe during the last two centuries occurred in 1904. NG is an area with widespread seismic activity ranging from low to high with destructive earthquakes of M≥6.0 from historical to recent times. The obtained velocity field of the Earth's crust is represented by 34 points in SWB and 21 points in NG encompassing the region. The results show southward displacements between 2-10 mm/yr. The strain rates for the region obtained by GPS measurement for the region are presented and discussed together with seismological events. By comparision to the geological and seismotectonic data, the results obtained from the GPS observations confirm the present-day activity of the fault structures and the dominating extension to the north-south. This extension is in agreement with the regional tectonic model of the East Mediterranean. The current tectonics of Albania is documented by neotectonics indices and by a large number of medium size earthquakes. The focal mechanisms suggest the existence of current shortening across the external Albanides whereas the internal Albanides are affected by E-W to N-S extension. To investigate the kinematics of the Albanides, we integrate continuous and episodic GPS measurements with focal mechanisms from the Regional Centroid Moment Tensor catalogue. This study has allowed distinguishing a western Albania affected by westward motions relative to the Apulia microplate, illustrating the ongoing collision of external Albanides, whereas inner Albanides present southward motion relative to both Apulia and stable Eurasia. The Skutar-Pesh Fault Zone, between Dinarides and Albanides, is identified as the possible northern limit of an area including Albania and western Greece, affected by a clockwise rotation relative to Apulia and also the northern limit of the Balkans (inner Albanides, Macedonia, Bulgaria) affected by southward motion relative to Apulia and stable Eurasia. The other transverse fault zone of the Albanides, the Diber-Elbasani fault, appears to be affected mainly by a moderate extension. Compilation of the published GPS data with our data set allows to identify the external-inner Albanides limit as the western border of the domain (inner Albania, northern Greece, Macedonia, Bulgaria) affected by southward displacements relative to stable Eurasia, whereas Skutar-Pesh fault probably forms also its northern limit. The analysis of the velocity field for the whole studied area leads to the hypothesis of a continuous deformation to the detriment of local deformation at the borders of stable blocks.


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