Modélisation 3D du bassin sédimentaire de Téhéran : impact sur l'évaluation du risque sismique

3D modeling of the Tehran sedimentary basin : impact on seismic risk assessment

• Auteur / Autrice : Saeid Soltani
• Direction : Bertrand Guillier, Ebrahim Haghshenas, Cécile Cornou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Environnement
• Date : Soutenance le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec International Institute of Earthquake Engineering and Seismology
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Chaljub
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Cornou, Agathe Roullé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Agard, Mehdi Zaré, Étienne Bertrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Téhéran (Iran)

Bassins sédimentaires

Risques sismiques

Modélisation CFD

Effet de site (sismologie)

Mots clés libres

Effet de site

Modélisation numérique

Téhéran

Risque sismique

Bassin sédimentaire

Site effect

Numerical Modeling

Tehran

Seismic risk

Sedimentary Basin

Résumé

L'objectif de cette thèse est de parvenir à une compréhension globale des effets de site multidimensionnels dans le bassin de Téhéran. Avec plus de 15 millions d'habitants, la zone urbaine de Téhéran est située au nord de l'Iran, dans la zone sismique centrale du massif d’Alborz, qui fait partie de la ceinture orogénique plus large des Alpes et de l'Himalaya. Située sur d'épais dépôts alluviaux, la ville de Téhéran est confrontée à un risque sismique notable, avec une possibilité importante d'effets de site multidimensionnels qui peuvent augmenter les dommages sismiques dans toute la ville de Téhéran.Afin d'améliorer notre compréhension de l'impact des effets multidimensionnels du site sur les mouvements du sol en surface, la première partie de ce manuscrit est consacrée à la construction du premier modèle 3D de la vitesse des ondes de cisaillement à Téhéran en utilisant de nombreuses données géotechniques et géophysiques, principalement dérivées de données de sismiques actives et passives.Le modèle de vitesse 3D qui en résulte indique que la profondeur du socle rocheux varie entre 100 et 900 mètres, avec une augmentation générale de la profondeur du nord-nord-est au sud-sud-ouest du bassin, et présente deux couches de vitesse distinctes : (i) une couche superficielle avec une vitesse diminuant de 950 m/s à 600 m/s du nord-est au sud-ouest, et (ii) une couche plus profonde avec des vitesses atteignant 1300 m/s.Dans la deuxième partie de cette thèse, cette nouvelle structure de vitesse 3D est utilisée pour simuler la réponse sismique 3D pour une onde plane SV à 2 Hz se propageant dans le bassin de Téhéran, en utilisant le code d'éléments spectraux open-source EFISPEC3D.La comparaison entre l'amplification du site obtenue à partir du mouvement du sol synthétique et l'amplification du site "réel" dérivée d'un réseau sismologique temporaire (2005) souligne la capacité de la modélisation numérique à reproduire l'amplification du site dans la région du sud de Téhéran. Cependant, notre modèle de vitesse 3D s'avère trop simpliste pour capturer toutes les hétérogénéités existantes, en particulier à proximité de la zone de faille complexe du centre-nord de Téhéran. Enfin, l'analyse de sensibilité souligne (i) que le choix de la station de référence (méthode SSR) a un impact significatif sur l'amplification de site, et (ii) le rôle majeur du contraste d'impédance, par rapport à l'atténuation du matériau, dans l'ajustement de la fonction d'amplification.

The objective of this PhD thesis is to achieve a comprehensive understanding of the multi-dimensional site effects in the Tehran basin. With over 15 million residents, the metropolitan urban area of Tehran is situated in northern Iran within the central Alborz seismic zone, which is part of the broader Alps-Himalayan orogenic belt. Located on thick alluvial deposits, Tehran faces a notable seismic risk, with a significant possibility of multi-dimensional site effects that may increase the seismic damages throughout the city of Tehran.In order to improve our understanding of the impact of multi-dimensional site effects on surface ground motions, the first part of this manuscript is devoted to constructing the first 3D model of shear-wave velocity in Tehran using extensive geotechnical and geophysical data, mainly derived from active and passive seismic data.The resulting 3D velocity model indicates that the depth of the bedrock varies between 100 and 900 meters, with a general increase in depth from the north-northeast to the south-southwest of the basin, and exhibits two distinct velocity layers: (i) a surface layer with a velocity decreasing from 950 m/s to 600 m/s from the northeast to the southwest, and (ii) a deeper layer with velocities reaching up to 1300 m/s.In the second part of this thesis, the newly developed 3D velocity structure is used to simulate 3D seismic response for vertically incident SV plane wave up to 2 Hz of the Tehran’s basin, using the open-source spectral-element code EFISPEC3D.Comparison between the site amplification obtained from the synthetic ground motion and the “real” site amplification derived from a temporary seismological network (2005) outlines the ability of numerical ground motion to replicate the site amplification in the southern region. However, our 3D velocity model is found to be too simplistic to capture all existing heterogeneities, especially in the vicinity of the complex north-central fault zone in Tehran. Finally, sensitivity analysis outlines (i) that the choice of the reference rock station (SSR method) has a significant impact on site amplification, and (ii) the primary role of impedance contrast compared to material attenuation in adjusting the amplification function.