Variations temporelles et spatiales des paramètres du mouvement fort du terrain de séismes de subduction

par Jesus Vladimir Pina Valdes

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

Sous la direction de Fabrice Cotton.

Le président du jury était Philippe Guéguen.

Le jury était composé de Anne Socquet, Adrian Rodriguez Marek.

Les rapporteurs étaient Pascal Bernard, Luis Fabián Bonilla.


  • Résumé

    Les mouvements forts du sol générés par les séismes peuvent être reliés aux caractéristiques de la source sismique (chute de contrainte, vitesse de rupture, etc.), et aux conditions frictionnelles des failles. Ces caractéristiques sont généralement étudiées via l’analyse des enregistrements accélérométriques des grands séismes à basses fréquences (≤ 1 Hz). L'amélioration des réseaux accélérométriques a permis l’enregistrement de nombreux séismes de magnitudes faibles et modérées (Mw ≤ 6,0). Ces enregistrements contiennent des informations dans la bande de hautes fréquences (1 Hz - 50 Hz), qui ne peuvent pas être exploitées avec les méthodes sismologiques classiques.Pour exploiter ces données de mouvements forts des séismes de faible intensité dans l’objectif d’étudier étudier les conditions frictionnelles de l'interface de subduction, nous explorons deux méthodes pour comparer le contenu fréquentiel des séismes: la première basée sur les rapports spectraux et la deuxième basée sur les équations de prédiction du mouvement du terrain (GMPE). Ces méthodes ont été utilisées pour étudier la variabilité spatiale et temporelle du contenu fréquentiel des séismes rompant l'interface de subduction au nord du Chili et au Japon. Leurs avantages et limitations respectifs ont été analysés. Ces comparaisons méthodologiques nous ont a permis de confronter et de valider les résultats, et ainsi de proposer une nouvelle méthodologie fiable basée sur l'analyse des résidus de GMPE pour analyser le contenu fréquentiel des séismes.L'analyse des résultats obtenus a montré une dépendance avec la profondeur du contenu en fréquence des séismes de l’interface de subduction, concordant avec les observations de grandes ruptures de subduction [Lay et al., 2012]. En même temps, des variations du contenu fréquentiel des séismes ont été détectées le long de la fosse de subduction, ce qui nous a conduit à décrire une segmentation latérale de l'interface de subduction. Cette segmentation a été comparée avec la distribution spatiale de la sismicité, à la géométrie de l'interface de subduction et à ses conditions de glissement. Finalement, avant le séisme d’Iquique de 2014 (Mw 8.1) au nord du Chili, nous avons détecté une évolution temporelle du contenu en fréquence des séismes associée à l’occurrence d'un glissement lent précurseur au choc principal.

  • Titre traduit

    Time and Space Variation of Strong Motions Parameters for Subduction Interface Earthquakes


  • Résumé

    The strong ground motions generated by earthquakes can be related to the characteristics of the earthquakes source (stress drop, rupture velocity etc..), and therefore to the frictional conditions of the faults. These characteristics are usually studied by analyzing the low frequency band (≤ 1Hz) of the strong motion records of large earthquakes. The improvement of strong motion networks has generated large datasets of records of moderate and low magnitude earthquakes (Mw ≤ 6.0). These records contain informations in the high frequency band (1 Hz – 50 Hz), which cannot be exploited using classical seismological methods.In order exploit the strong motion records of low magnitude earthquakes to study the subduction interface’s frictional conditions, we explore two methods for comparing the earthquakes frequency content: the first one based on spectral ratios, and the second one based on the Ground Motion Prediction Equations (GMPEs). These methods have been used to investigate the spatial and temporal variability of the frequency content of subduction interface earthquakes in North Chile and Japan. Their respective benefits and limitations have been analyzed. These methodological comparisons allowed us to cross compare and validate the results, and to propose a new, reliable methodology based on the analysis of GMPEs residuals to compare the earthquakes frequency content.The analysis of the results showed a depth dependency of the frequency content of subduction earthquakes in agreement with the one derived from large megathrust ruptures [Lay et al., 2012]. Additionally, variations of the earthquake frequency content along trench have been detected, which may drive to a lateral segmentation of the subduction interface. This segmentation has been compared to the spatial distribution of the seismicity, the geometry of the subduction interface and its slippage conditions. Finally, before the occurrence of 2014 Iquique Earthquake Mw 8.1 in North Chile, a temporal evolution of the frequency content of the foreshocks has been detected, associated to a precursory slow slip of the subduction interface.


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