Qu’est qu’un tremblement de terre ?

Présentation au sujet: "Qu’est qu’un tremblement de terre ?"— Transcription de la présentation:

1 Qu’est qu’un tremblement de terre ?
Landers 28 juin 1992

2 Slip is larger near center

3 Geometry of Landers fault system
Figure shows the fault traces (Hart et al., 1993) which ruptured during the 1992 earthquake, and those which did not break then

4 Earthquakes as dynamic shear ruptures
Pre-existing Fault system in the Mojave desert Epicenter Final slip observed on the fault as determined from Geology, Geodesy and Seismology Modèle ENS (Peyrat, Aochi, Olsen, Madariaga)

5 Modèle du rebond sismique
Situation quelques jours après un séisme Déformation présismique Situation à mi parcours Glissement sismique Situation quelques jours après le séisme suivant

6

7 Pendant et après le séisme
Modèle de rupture sismique (dislocation) Modèle de rupture sismique (dislocation) Avant le séisme D Pendant et après le séisme Glissement D D D D Modèle équivalent M0

8 Définition de Moment sismique
Glissement D Surface de la faille S Mo =  D S  Constante élastique

9 Mesure d’un tremblement de terre
1 3 10 30 100? Glissement (m) 10^18 6 3.10^19 7 100 10^21 8 300 3.10^22 9 300? 1000? 10^24 Durée (s) Longueur (km) Moment (Nm) Magnitude (Mw)

10 Faille plane 2d simple: Glissement Rotation   Sans dimensions

11 Déplacement et contraintes autour d’une faille en mode II
Relaxation ou chute de contrainte Normal stress Shear stress Concentration de contraintes Serrage (clamping) Displacement

12 Displacement and stresses around a 2D fault

13 Modèle de rupture sismique circulaire
x Du Ds chute de contrainte constante Augmentation de contrainte 1/(x-xo)1/2 L (xo-x)1/2 xo Slip Du

14 Modèle de Faille plus réaliste
Du x Ds

15 Modèle plus réaliste x Du Ds seuil de contrainte Zones d’endommagement

16

17 Coulomb stress change due to strike slip earthquakes
Effet de la chute de contraintes + Effet de la contrainte régionale

18 Earthquake seismology
Fault model Modélisation Dynamique Rupture propagation model Propagation Cinématique Wave propagation model

19 Mesure d’un tremblement de terre
1 3 10 30 100? Glissement (m) 10^18 6 3.10^19 7 100 10^21 8 300 3.10^22 9 300? 1000? 10^24 Durée (s) Longueur (km) Moment (Nm) Magnitude (Mw)

20 Rayonnement sismique dans milieux homogène
Diagramme de rayonnement Onde P Onde S Divergence Géométrique Signal sismique R Mo Onde S

21 Diagramme de rayonnement
Rayonnement des ondes P : SV SH Rayonnement des ondes S :

22 Signal sismique idéalisé
Rayonnement sismique M0 (t) temps M0 Moment sismique final 1/a temps M0 (t) M0 Signal sismique idéalisé Durée

23 Modelling the classical Haskell model
parallel component transverse component Staggered Grid FD dx=100 m 600x600x200 R

24 Surface velocities for Haskell model
parallel transverse

25 Modèle de Haskell ro r q x v y M(x,z) Slip distribution
Moment rate distribution Radiation

26 Approximation de Fraunhoffer
Donc le rayonnement total est: Que l’on peut intégrer facilement en: Où P est une fonction « porte » vaut 0 partout sauf entre 0 et son argument Et son intégrale entre 0 et l’argument est égale à 1.

27 La fonction porte P(T) 1/T T durée log spectrum w-1 log w fc~p/T

28 Radiation dans différentes direction de l’espace
q=0° q=180° x t u q=90° anti-directive directive non directive

29 Ce rayonnnement sous forme de « porte » n’est pas réaliste
Car la vitesse du sol aurait la forme d’une fonction delta avec Deux impulsions de vitesse infinie déplacement vitesse accélération

30 Modèle plus réaliste du rayonnement
Glissement vitesse de glissement Déplacement en champ lointain t T t temps

31 Radiation trapezoïdale en temps et en fréquence
Log spectrum w-2 log w fc~p/(T+t) Ce modèle est assez réaliste !

32 t3 Du Ds temps t 3 t2 Front de rupture en progression t 1
x Du Ds seuil de contrainte atteint temps t1 t2 t 3 propagation du front de rupture t3 t 2 t 1 Front de rupture en progression t1

33 Séisme de Tarapaca, Chili
23 juin 2005, m=7.8

34 Séisme de Tarapaca, Chili
23 juin 2005, m=7.8

35 2003 Tarapaca earthquake recorded by the IQUI accelerometer
IQUI energy flux What are them? 10cm/s IQUI ground velocity Stopping phase Accelerogram filtered from 0.01 to 1 Hz and integrated 18cm IQUI displacement 20 40 60 Thanks to Rubén Boroschev U de Chile

36 Spectrum of Tarapaca earthquake
-2 slope displacement spectral amplitude 20s 0.2

37 Typical spectral analysis of a displacement wave form
Station PEL (Geoscope VBB) 7 Jan 2003 M=6 H=90 km D=90 km Vertical fault slab pull inside Nazca plate Corner frequency Mw Ms (20 s) mb (1s) f_max

38 Simple circular fault model
Moment L D Seismic energy S Slip Energy moment ratio

39 There is a single scale:
Earthquake scaling law Size There is a single scale: Earthquake size L

40 Summary of Observed Radiated Energy vs Moment
Thus Es ~ 10-5 Mo ~ UDD Then since Mo ~ L3 , U ~ L and Es ~ L3 so that Gc ~ L (Aki, 1979)!

41 Fundamentals of earthquake scaling
Surface L L0 L L2 Signal t L L2 Spectrum L3 f L-1

42 Mesure d’un tremblement de terre
1 3 10 30 100? Glissement (m) 10^18 6 3.10^19 7 100 10^21 8 300 3.10^22 9 300? 1000? 10^24 Durée (s) Longueur (km) Moment (Nm) Magnitude (Mw)

43 Modern test of earthquake scaling law
individual collapsed Test by Prieto et al JGR, 2004 fp Circular crack model fs ( Madariaga, 76)

44 Modern test of earthquake scaling law
individual collapsed Test by Prieto et al JGR, 2004 fp Circular crack model fs ( Madariaga, 76)

45 Dynamic Modeling of Landers Earthquake
Computer Beowulf o Compac ~ 10 min 16 x 80 km fault, space grid 100 m, Time step 0.01 s (CFL ~0.2) BIEM with similar characteristics ~60 min

46 Peyrat Olsen Madariaga, 2001
Wald and Heaton, 1992

47 Longitudinal components of slip rate and stress as a function of time
Shear stress Peyrat et al 2001

48 Computed vs observed seismograms

49 Geodetic Observations : SAR interferometry
Flattened fault models Inversions by Peyrat, Olsen, Madariaga 2001 Aochi, Fukuyama, Madariaga, 2003 Peyrat, Madariaga, Olsen, 2003 Segmented model Observed

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