En Equateur, la subduction d’un relief océanique bloque l’interface de subduction : est-ce l’indice d’un fort séisme en préparation ?

Mardi, 9 mai 2017

Les fonds océaniques sont parsemés de monts sous-marins entrainés dans les zones de subduction par le mouvement des plaques tectoniques. Bien qu’invoqué pour plusieurs séismes de subduction majeurs (2010 Chili, 2011 Japon, 2012 Costa Rica), le rôle des monts sous-marins subduits dans la genèse des grands séismes de subduction reste controversé. Une étude menée au sein du LMI Séismes et Volcans dans les Andes du Nord1, et publiée en Mai 2017 dans la revue Journal of Geophysical Research, montre qu’un vaste relief océanique entrainé en subduction à moins de 15 km de profondeur sous la bordure continentale de l’Equateur bloque la faille de subduction. Des données géodésiques et sismologiques indiquent néanmoins qu’une partie de l’énergie accumulée dans la zone bloquée est fréquemment libérée lors de glissements asismiques et de séismes modérés, impliquant un risque sismique modéré. Un fort séisme (Mw 7+) ne peut cependant pas être exclu sur le long terme. A l’échelle du million d’années, la subduction de ce relief a eu un impact modéré sur la déformation tectonique de la marge. Elle a toutefois contribué au soulèvement de l’île La Plata.
   
Des modèles considèrent que le mouvement des plaques peut être bloqué localement le long de la faille de subduction par un relief océanique subduit, provoquant ainsi un déficit de glissement et l’accumulation d’énergie élastique qui sera libérée lors d’un fort séisme. A l’inverse, d’autres modèles suggèrent que la subduction d’un tel relief fragilise les roches de la marge en les fracturant, favorisant ainsi le glissement asismique et une sismicité modérée.
Des données GPS acquises récemment en Equateur Central2 en collaboration avec l’Institut de Géophysique de Quito, à des distances variant entre 35 km (île de La Plata) et 70 km de la fosse de subduction, ont mis en évidence un patch bloqué sur l’interface de subduction, dans un segment de subduction régionalement découplé. S’appuyant sur l’analyse de la bathymétrie fine et de l’imagerie sismique des structures géologiques sous-marines de la marge continentale, acquises en collaboration avec IFREMER, l’étude présentée ici révèle la présence d’un relief océanique complexe, large de  ~ 50 km, et haut de 1-2 km, subduit sous la marge équatorienne.


Le patch fortement couplé (courbes rouges = lignes d’iso-valeurs du couplage inter-sismique tous les 10% modélisé à partir des données GPS) coïncide spatialement avec le relief subduit (zone violette contourée en blanc et aspérités topographiques (étoiles) interprétés à partir des profils de sismique verticale (traits bleus)). La ligne noire avec les triangles souligne la fosse de subduction. Le vecteur gris clair exprime le sens et la vitesse de convergence entre la plaque Nazca (bleu sombre) et le bloc Nord-Andin (bleu clair et vert) (NAS). Les terres équatoriennes émergées sont en vert. ISPT = île La Plata. Les vecteurs gris sombre sont les vitesses GPS horizontales exprimées par rapport au Bloque Nord Andin. Les vecteurs rouges représentent la modélisation des vitesses horizontales GPS correspondant à une distribution spatiale optimale du couplage intersismique entre 0 et 100%, prenant en compte la géométrie de l’interface de subduction incluant le relief océanique subduit. Les zones orange figurent les glissements lents (SSE) observés en 2010 et 2013. La section AB est présentée sur la Figure 2. / Crédits: Jean-Yves Collot

Grace à la modélisation conjointe des données structurales et géodésiques, les chercheurs montrent que le relief subduit est responsable du patch bloqué. Bien que la taille et le niveau de blocage du patch, observés à l’échelle du relief subduit, puisse potentiellement générer un séisme de magnitude >7, aucun séisme de magnitude supérieur à 6.2 ne semble s’être produit ici depuis des siècles. Par contre, la zone bloquée est le lieu de fréquents épisodes de glissements lents accompagnés d’essaims sismiques de relativement faible magnitude. Ces phénomènes transitoires impliquent un risque sismique modéré. Associés à la topographie accidentée du relief subduit, ils suggèrent que la friction interplaque est hétérogène dans le patch bloqué, et que la subduction du relief se fait par petits glissements (<50 cm). En absence de séries temporelles d’observations plus longues, un séisme majeur, susceptible de rompre la totalité de la zone bloquée, ne peut cependant pas être exclu.

L’étude pose dans un second temps, la question de la déformation interne du relief subduit, qui, du fait de son anomalie topographique par rapport à une interface plan, oppose une résistance à sa subduction. Des micro séismes à composante compressive enregistrés lors du glissement lent de 20103 apparaissent localisés à l’intérieur du relief subduit suggérant que ce dernier subit les prémices d’un cisaillement interne.


Corrélation entre le relief océanique subduit et les variations de couplage intersismique le long de l’interface de subduction le long de la section verticale AB de la figure 1. (A) section montrant la topographie irrégulière du toit du relief océanique subduit (OR) qui marque l’interface de subduction (courbe rouge interprétée sur le profil de sismique multitrace) utilisé pour la construction du modèle de vitesse (Vp en km/s) de sismique grand-angle obtenu à partir des tirs enregistrés par des sismographes sous-marins (triangles rouges); (B) Variations du couplage intersismique le long de l’interface de subduction avec ses incertitudes (bars rouges). Les flèches bleues horizontales représentent l’extension géographique des glissements lents de 2010 et 2013. (C) Coupe structurale de la subduction jusqu'à 15 km de profondeur et sa sismicité. La couche jaune figure les sédiments Pléistocène Supérieur qui ont enregistré la déformation flexurale de la marge et l’émersion de l’île La Plata pendant la subduction du relief océanique (flèches noires verticales); les points jaunes représentent des séismes sur la période 1994-2007 et les croix bleues les microséismes déclenchés par le glissement lent de 2010. / Crédits: Jean-Yves Collot

Au delà des conséquences de la géométrie complexe de l’interface de subduction à l’échelle du cycle sismique, cette étude s’est intéressée aux conséquences à plus long terme de la subduction du relief océanique sur la dynamique de la marge équatorienne. Du fait de son faible rapport « hauteur sur largeur », le relief subduit n’a laissé que de modestes cicatrices morphologiques sur la pente continentale. En s’appuyant sur des données  de géochronologie des terrasses marines soulevées et d’imagerie sismique haute résolution4, l’étude montre néanmoins, que pendant le Pléistocène supérieur (~1 Ma) la subduction du relief a produit un bombement flexural long terme de la plateforme continentale. Ce bombement a permis l’émersion de l’île La Plata à seulement 35 km de l’axe de la fosse.

Note(s): 

1.  L’équipe, conduite par Géoazur (Université Côte d’Azur, CNRS, IRD, Observatoire de la Côte d’Azur) dans le cadre du Laboratoire Mixte International “Séismes et Volcans dans les Andes du Nord” (LMI-SVAN), implique également Géosciences Océan ( Université Bretagne Occidentale, CNRS, Université Bretagne Sud), ainsi que deux laboratoires équatoriens : l’Institut de Géophysique de l’Ecole Polytechnique Nationale de Quito et l’Ecole Superieure Polytechnique du Littoral de Guayaquil.

2. Chlieh, M., P. A. Mothes, J.-M. Nocquet, P. Jarrin, P. Charvis, D. Cisneros, Y. Font, J.-Y. Collot, J.-C. Villegas-Lanza, F. Rolandone, M. Vallée, M. Regnier, M. Segovia, X. Martin, and H. Yepes (2014), Distribution of discrete seismic asperities and aseismic slip along the Ecuadorian Megathrust, Earth Planet. Sci. Lett., 400, 292-301, doi.org/10.1016/j.epsl.2014.05.027.

3. Vallée, M., J-M Nocquet, J. Battaglia, Y. Font, M. Segovia, M. Régnier, P. Mothes, P. Jarrin, D. Cisneros, S. Vaca, H. Yepes, X. Martin, N. Béthoux, and M. Chlieh (2013), Intense interface seismicity triggered by a shallow slow slip event in the Central Ecuador subduction zone, J. Geophys. Res., 118, 1–17, doi:10.1002/jgrb.50216.

4. Proust, J.-N., C. Martillo, F. Michaud, J.-Y. Collot, and O. Dauteuil (2016), Subduction of seafloor asperities revealed by a detailed stratigraphic analysis of the active margin shelf sediments of Central Ecuador, Marine Geology, 380, 345-362, doi: 10.1016/j.margeo.2016.03.014.

Source(s): 

Collot, J.-Y., E. Sanclemente, J.-M. Nocquet, A. Leprêtre, A. Ribodetti, P. Jarrin, M. Chlieh, D. Graindorge and P. Charvis, Subducted Oceanic Relief Locks the Shallow Megathrust in Central Ecuador, J. Geophys. Res., Mai 2017. doi:10.1002/2016JB013849

Contact(s):
  • Jean-Yves Collot, Géoazur (UNS-CNRS-IRD-OCA)
    jean-yves [dot] collot [at] geoazur [dot] nice [dot] fr, 04 83 61 85 00
  • Jean-Mathieu Nocquet, Géoazur (UNS-CNRS-IRD-OCA)
    nocquet [at] geoazur [dot] unice [dot] fr, 04 83 61 86 25 / actuellement +593 999 0888 41

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