Kinematic and dynamic inversions of subduction earthquakes using strong motion and cGPS data

par Sergio Ruiz

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Raúl Madariaga et de Jaime Campos Munoz.

  • Titre traduit

    Inversions cinématique et dynamique de tremblements de Terre avec données d'accéléromètre et cGPS


  • Résumé

    L’objectif principal de cette thèse est d'effectuer des inversions des données sismologiques afin d'obtenir la distribution de glissement de cinq tremblements de terre qui ont eu lieu dans des zones de subduction. Ils sont les séismes de : Tocopilla 2007( Mw 7. 8) ; Michilla 2007 (Mw 6. 7) et Maule 2010 (Mw 8. 8) lesquelles ont frappé le Chili, et ceux de Iwate 2008 (Mw 6. 8) et Tohoku 2011 (Mw9. 0) au Japon. Nous avons calculé des inversions cinématiques pour tous ces événements et avons fait des inversions dynamiques pour Michilla 2007 et Iwate 2008. Ces inversions ont été réalisées proposant une distribution géométrique a priori de forme elliptique pour la zone de rupture avec une distribution gaussienne de glissement. La recherche de la meilleure solution est réalisée en utilisant l'algorithme de voisinage. Accélérogrammes et GPS en continu (cGPS) ont été utilisés dans l’inversion. Pour l'inversion du séisme de Tocopilla 2007 la solution converge vers une distribution de glissement modélisée par deux ellipses. Similaire a celle proposée par Peyrat et la. (2010). Pour le tremblement de terre de Maule 2010, la solution converge vers une distribution de glissement modelisée par deux ellipses, le glissement maximal est situé sur la cote nord de la rupture sismique. De inversion des accélérogrammes, deux aspérités étaient localisées dans le nord de la rupture, ces aspérités contrôlaient le mouvement dans la zone de fréquences intermédiaires (0,02 Hz a 0,1 Hz). Le tremblement de terre de Tohoku 2011 a été caractérisé par la rupture d'une seule ellipse. A partir de ces résultats, nous avons exploré l'espace de solutions avec une méthode de Monte Carlo ou seulement 3 paramètres sont libérés: la vitesse de rupture, la taille maximale de glissement l'ellipse et la taille de l'ellipse (en gardant le ratio d'aspect fixe entre leurs axes). Entre ces trois paramètres, il existe une forte ambiguïté, ce qui confirme que la solution n'est pas unique. Aussi pour ce tremblement de terre est effectuée une inversion préliminaire avec une discrétisation classique en rectangles, et nous avons trouvé des résultats similaires à l’inversion elliptique. Enfin nous avons fait l'inversion de deux tremblements de terre intraplaques de profondeur intermédiaire (Mw 6. 8). Nous avons fait les premières inversions dynamiques avec la libération de tous les paramètres. Par les inversions de Monte Carlo, nous confirmons que les inversions dynamiques ne sont pas uniques, et que la rupture des séismes est contrôlé par les paramètres de la loi de frottement. Ces paramètres peuvent prendre des valeurs différentes, mais ils sont regroupés dans une valeur spécifique de moment sismique et du paramètre kappa (kappa est un paramètre proportionnel au rapport entre ligue l'énergie libérée et l’énergie disponible pour la rupture sismique).


  • Résumé

    We study the inversion of the slip distribution of five earthquakes: 3 that occurred in Chile (Tocopilla 2007, Mw 7. 8; Michilla 2007, Mw 6. 7; Maule 2010, Mw 8. 8) and two from Japan (Iwate 2008, Mw 6. 8, Tohoku 2011, Mw 9. 0). Kinematic inversions are made for them with the exception of Michilla 2007 and dynamic inversions were made for Michilla 2007 and Iwate 2008. Inversions are made using an elliptical rupture area which is characterized by a Gaussian distribution of slip. The search for the best solution is approached using the neighborhood algorithm. Strong motion and continuous GPS (cGPS) data were used in the inversion. For Tocopilla 2007 we proposed a slip distribution characterized by two ellipses confirming previous work by Peyrat et al. (2010). For the Maule 2010 earthquake two ellipses were proposed, the results showed that the maximum slip is located on the northern part of the rupture. Here also we identified the asperities that controlled the movement in the range of intermediate frequencies (0. 02 Hz to 0. 1 Hz) in the north of the rupture. The Tohoku 2011 earthquake was characterized by the rupture of one ellipse. Then we searched for the best solution using a Monte Carlo method, we fixed some parameters and released 3 of them: rupture velocity, maximum slip and ellipse size (keeping fixed the aspect ratio between their axes), finding that between these three parameters there are strong links, confirming that the solution is non unique. Also for this earthquake is develops a preliminary inversion using a classical discretization with rectangles, finding similar results to the elliptical inversion. Finally we made the inversion of two intraplate intermediate depth earthquakes of magnitudes around Mw 6. 8. For these earthquakes we made the first full dynamic inversions. Here we confirmed, making Monte Carlo inversion, those dynamics inversions are not unique and that are characterized by the parameters of the friction law. These parameters can take different values, but they share common values of seismic moment and kappa values (kappa is a parameter that relates the energy released with the energy available for the earthquake rupture).


  • Résumé

    Se invierte la distribucion de deslizamiento de cinco terremotos, 3 ocurridos en Chile (Tocopilla 2007, Mw 7. 8; Michilla 2007, Mw 6. 7; Maule 2010; Mw 8. 8) y dos de Japon (Iwate 2008, Mw 6. 8 y Tohoku 2011, Mw 9. 0). Se realizan inversiones cinematicas para ellos con la excepcion de Michilla 2007 e inversiones dinamicas para Michilla 2007 e Iwate 2008. Las inversiones son hechas proponiendo a priori una distribucion geometrica del area de ruptura formada por una o dos elipses y distribucion gaussiana de deslizamiento. La busqueda de la mejor solucion se realiza utilizando el algoritmo de vecindad. Acelerogramas y GPS continuos (cGPS) fueron invertidos. Para Tocopilla 2007 se obtiene una distribucion de slip caracterizado por 2 elipses. Para el terremoto del Maule dos elipses fueron propuestas encontrandose que el maximo deslizamiento se ubica en la zona norte de una ruptura de casi 500 km; para este terremoto ademas se identificaron las asperezas que controlaron el movimiento en el rango de frecuencias intermedias (0. 02 Hz a 0. 1 Hz) en la zona norte de la ruptura. El terremoto de Tohoku 2011 pudo ser caracterizado por la ruptura de una elipses y luego se realizo una busqueda de la mejor solucion utilizando un metodo de Monte Carlo fijando algunos parametros y liberando solo 3 de ellos: velocidad de ruptura, deslizamiento maximo y el tamano de la elipse (manteniendo fija la razon de aspecto entre sus ejes), encontrando que entre estos tres parametros existen fuertes acoplamientos, confirmando que la solucion no es unica. Tambien para este terremoto se realiza desarrolla una preliminar inversion utilizando una discretizacion clasica de rectangulos, encontrandose resultados similares a la inversion por elipse. Finalmente realizamos la inversion de dos terremotos intraplaca de profundidad intermedia de magnitud cercana a Mw 6. 8. Para estos terremotos nosotros realizamos las primeras inversiones dinamicas liberando todos los parametros. Aqui se confirma, realizando inversiones del tipo Monte Carlo, que las inversiones no son unicas y que la ruptura de los terremotos queda controlada por los parametros de la ley de friccion, pudiendo tomar diferentes valores pero agrupandose en valores especificos de momento sismico y kappa (kappa es un parametro que relaciona la energia liberada con la energia disponible para que el terremoto se propague).

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  • Détails : 1 vol. (163 p.)
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  • Cote : T GLOB 2012 006

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  • Cote : 12 GLOB 0006
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