Micro-seismicity and deep seafloor processes in the Western Sea of Marmara : insights from the analysis of Ocean Bottom Seismometer and Hydrophone data

par Evangelia Batsi

Thèse de doctorat en Géosciences marines

Sous la direction de Louis Géli.

Le président du jury était Jacques Déverchère.

Le jury était composé de Louis Géli, Jacques Déverchère, Pascal Bernard, Marco Bohnhoff, Anne Deschamps, Ali Pinar.

Les rapporteurs étaient Pascal Bernard, Marco Bohnhoff.

  • Titre traduit

    Micro-séismicité et processus de fond de mer dans la partie ouest de la Mer de Marmara : nouveaux résultats fondés sur l'analyse des données de sismographes et hydrophones sous-marins


  • Résumé

    Depuis les séismes dévastateurs de 1999 d’Izmit et de Duzce, la partie immergée de la Faille Nord Anatolienne (FNA)en Mer de Marmara fait l’objet d’une intense surveillance. Malgré cela, la micro-sismicité demeure mal connue. Par ailleurs, alors que la connexion avec le système pétrolier du Bassin de Thrace est établie, le rôle du gaz sur la sismicité n’a pas été identifié.Dans ce travail, nous avons analysé des données d’OBS (Ocean Bottom Seismometers) acquises dans la partie ouest de la Mer de Marmara (en avril-juillet 2011 et septembre-novembre 2014), à partir de méthodes non-linéaires –NonLinLocet d’un modèle 3D de vitesses. Une grande partie de la sismicité se produit à des profondeurs inférieures à 6 km environ : le long de failles secondaires, héritées de l’histoire complexe de la FNA ; ou dans des couches de sédiments superficiels (< 1 km) riches en gaz. Cette sismicité superficielle semble être associée à des processus liés au gaz, déclenchés par les séismes profonds de magnitude M1 > 4.5 qui se produisent régulièrement le long de la MMF.Par ailleurs, 2 familles de signaux de courte durée (<1s), dits ≪ SDE ≫ (pour Short Duration Event) apparaissent sur les enregistrements : 1) les SDE se produisant à raison de quelques dizaines de SDE/jour, en réponse à des causes locales (i.e. bioturbation, activité biologique, micro-bullage de fond de mer, mouvements à l’interface eau/sédiment), etc ; 2) lesSDE se produisant par ≪paquets≫, dont certains sont enregistrés sur les 4 composantes (y compris l’hydrophone) et apparaissent de manière périodique, toutes les 1.8 s environ, en réponse à diverses causes qui restent à déterminer (parmi lesquelles : les mammifères marins ; l’activité humaine ; la sismicité ; le dégazage ; les ≪trémors≫ sismiques ; etc).


  • Résumé

    Since the devastating earthquakes of 1999, east of Istanbul, the submerged section of the North Anatolian Fault (NAF), in the Sea of Marmara (SoM) has been intensively monitored, mainly using land stations. Still, the micro-seismicity remains poorly understood. In addition, although the connection of the SoM with the hydrocarbon gas system from the Thrace Basin is now well established, along with the presence of widespread gas within the sedimentary layers, the role of gas on seismicity is still not recognized.Here, we have analyzed Ocean Bottom Seismometer (OBS) data from two deployments (April-July 2011 and September-November 2014) in the western SoM. Based on a high-resolution, 3D-velocity model, and on non-linear methods (NonLinLoc), our location results show that a large part of the micro-seismicity occurs at shallow depths (< 6 a 8 km): along secondary faults, inherited from the complex history of the North-Anatolian shear zone; or within the uppermost (< 1 km), gas-rich, sediment layers. Part of this ultra-shallow seismicity is likely triggered by the deep earthquakes of intermediate magnitude (Ml > 4.5) that frequently occur along the western segments of the MMF.In addition, OBSs also record at least two families of short duration (<1 sec) events (SDEs): 1) “background SDEs” occurring on a permanent, at a rate of a few tens of SDEs/day, resulting from many possible, local causes, e. g.: degassing from the seafloor, biological activity near the seabed, bioturbation, etc; 2) “swarmed SDEs”, among which some are recorded also on the hydrophone, and characterized by a periodicity of ~ 1.8 seconds. The causes of these SDEs still remain to be determined (among which: anthropogenic causes, marine mammals, gas emissions, regional seismicity, tremors from the MMF, etc).


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