Contribution du flambage au soulèvement cosismique et à la croissance à long terme des plis dans les ceintures de plis et de chevauchements actives

Contexte académique

Les ceintures de plis et de chevauchements (fold-thrust belts) sont des unités structurelles importantes à l’avant de nombreuses chaînes de montagnes sur Terre, souvent accompagnées d’une activité sismique intense. Comprendre les relations complexes entre le glissement des failles, la croissance des plis et les séismes est crucial pour évaluer les risques sismiques et révéler les liens entre la croissance topographique à long terme et le soulèvement sismique à court terme. Les études traditionnelles se basent principalement sur la théorie des plis liés aux failles, suggérant que la formation des plis et l’activité sismique sont principalement entraînées par le glissement des failles sous-jacentes. Cependant, le rôle du flambage (buckling) — un mécanisme caractérisé par une contraction parallèle aux couches — dans la croissance des plis et l’activité sismique a longtemps été négligé. Cet article, en étudiant le séisme de M5.0 de Mangya survenu le 28 mars 2019 dans l’anticlinal de Shizigou dans le bassin occidental de Qaidam, révèle pour la première fois la contribution du flambage dans les séismes d’intensité modérée et explore son impact sur la croissance à long terme des plis.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Kai Huang, Kejie Chen, Lei Wu et d’autres chercheurs de l’Université des sciences et technologies du Sud, de l’Université du Zhejiang, de la China National Petroleum Corporation, entre autres institutions. Il a été publié en ligne le 7 octobre 2024 dans la revue Geology, sous le titre “Buckling contributes to both coseismic uplift and long-term fold growth in active fold-thrust belts”. La recherche a été financée par le Laboratoire clé des technologies d’imagerie géophysique à haute résolution de la province du Guangdong et par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.

Processus et résultats de la recherche

1. Données et méthodes

L’équipe de recherche a utilisé des données d’imagerie sismique tridimensionnelle, l’analyse par radar interférométrique à synthèse d’ouverture (InSAR) et des données de diagraphies de forage pour étudier en détail le mécanisme du foyer sismique et la déformation de surface du séisme de Mangya. Le processus spécifique est le suivant :

• Imagerie sismique 3D : Les données sismiques de pré-stack en profondeur ont révélé la structure souterraine de l’anticlinal de Shizigou, y compris les interfaces des strates cénozoïques, les limites des couches de sel et la distribution des principales failles.
• Analyse InSAR : Deux images InSAR ont été utilisées pour extraire la déformation de surface induite par le séisme, et un modèle d’inversion élastique a été utilisé pour estimer les paramètres géométriques optimaux de la faille sismogène.
• Analyse des données de forage : Les données des tiges de forage cassées pendant le séisme ont été utilisées pour valider davantage la profondeur du foyer et les caractéristiques géométriques de la surface de glissement.

2. Principaux résultats

• Mécanisme du séisme : L’étude a révélé que le séisme de Mangya n’a pas été causé par le glissement de failles connues, mais par un glissement intercouche dû au flambage dans le flanc de l’anticlinal de Shizigou. Ce glissement s’est produit à l’interface entre la couche de sel (formation de Xiaganchaigou supérieure) et la couche sus-jacente de roches clastiques (formation de Shangganchaigou), à une profondeur de 1,8 à 2,2 km, avec un glissement de 470 mm.
• Déformation de surface : Les données InSAR ont montré que le soulèvement et la subsidence de surface induits par le séisme étaient situés respectivement dans le flanc nord-est de l’anticlinal de Shizigou et dans le noyau de l’anticlinal, présentant un écart significatif par rapport à la position de la croissance à long terme du pli.
• Changement géométrique du pli : L’imagerie sismique 3D a révélé des variations géométriques le long de l’anticlinal de Shizigou, passant d’un anticlinal large et plat au nord-ouest à un anticlinal étroit et raide au sud-est. Le séisme de Mangya s’est produit précisément dans cette zone de transition géométrique.

3. Discussion et conclusions

• Contribution du flambage aux séismes : L’étude montre que le flambage peut non seulement déclencher des séismes d’intensité modérée, mais aussi moduler la géométrie des plis par le glissement intercouche. Cette décidence remet en question les limites des modèles traditionnels de plis liés aux failles et offre une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes sismiques dans les ceintures de plis et de chevauchements.
• Croissance à long terme des plis : Le flambage a joué un rôle important dans la croissance à long terme de l’anticlinal de Shizigou, en particulier dans le contexte des différences mécaniques entre la couche de sel et la couche sus-jacente de roches clastiques, influençant significativement la géométrie des plis et l’activité sismique.

Points forts de la recherche

• Première démonstration du flambage déclenchant des séismes : Cet article est le premier à démontrer, à travers un cas réel de séisme, que le flambage peut déclencher des séismes d’intensité modérée, comblant ainsi une lacune dans ce domaine de recherche.
• Intégration de données multidisciplinaires : La recherche combine l’imagerie sismique 3D, l’analyse InSAR et les données de forage, offrant une compréhension complète du mécanisme du foyer et de la déformation de surface.
• Implications pour l’évaluation des risques sismiques : Les résultats suggèrent que l’évaluation des risques sismiques dans les ceintures de plis et de chevauchements ne peut pas reposer uniquement sur les modèles de glissement de failles, mais doit également prendre en compte la contribution du flambage.

Valeur de la recherche

Cette étude approfondit non seulement la compréhension des mécanismes sismiques dans les ceintures de plis et de chevauchements, mais fournit également une nouvelle base théorique pour l’évaluation des risques sismiques. De plus, l’importance du flambage dans les séismes et la croissance des plis, révélée par cette recherche, pourrait s’appliquer à d’autres environnements tectoniques similaires dans le monde, tels que les montagnes de Zagros et la ceinture de plis de Kuqa.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche remercie de nombreux chercheurs et institutions pour leur soutien en données, en particulier le Bureau sismologique du Qinghai pour les données des ondes sismiques. En outre, la recherche a été financée par le Laboratoire clé de la province du Guangdong et la Fondation nationale des sciences naturelles, soulignant l’importance de la collaboration interinstitutionnelle dans la recherche scientifique.