This study investigates the relationship between the ancient settlements in west Anatolia and physical, environmental parameters including topography, rock and morphological classes. Modern settlements are also included in the study to analyze if the response has changed to these parameters from past to the present. The databases created in the study include three topographic attributes (elevation, slope and aspect), rock type, ancient settlements and modern settlements. Analyses performed in the study involve distance and density analyses, morphological analysis / distribution within the rock types both for ancient and modern settlements. The results of the study demonstrated that 1) the active faults produced attractive topography to settle, 2) people preferred the vicinity of the fault line as settlement location, and 3) they were not aware of the earthquake potential of their location. Therefore, because of the advantage of the location they did not consider to change the place as indicated by rebuilding their settlement repeatedly at the same place after it is damaged.

Acquérir des informations sur les forts séismes passés est crucial pour anticiper les caractéristiques des forts séismes futurs. Une partie des traces laissées par les forts séismes passés sont enfouies dans les premiers mètres du sol et sont en général révélées par des tranchées de quelques mètres de profondeur ouvertes à travers les failles sismogènes. Bien que pertinente, cette méthode est destructive. L'objectif a été de développer une nouvelle forme de paléosismologie, non destructive, basée sur l'imagerie géoradar pseudo 3D, capable de retrouver ces traces enfouies des séismes passés. Dans ce travail, cinq sites d’étude sont présentés, situés le long de failles actives décrochantes de Nouvelle Zélande. Notre nouvelle approche débute, dans un premier temps, par l’analyse ‘classique’ de la morphologie de surface à partir de données LiDAR et de MNT GPS haute résolution. Ceci nous permet d’identifier l'ensemble des marqueurs morphologiques préservés à la surface et les déplacements horizontaux qu’ils ont enregistrés. Dans un second temps, l’analyse des profils GPR pseudo-3D acquis en chacun des sites révèlent des réflecteurs principaux dans les premiers 5-10 m du sol recoupés par un grand nombre de marqueurs morphologiques, partiellement ou totalement invisibles en surface. La plupart de ces marqueurs enfouis sont coupés et décalés par la faille considérée. Les mesures de ces décalages fournissent des collections denses de déplacements cumulés sur chacune des failles investiguées avec généralement un nombre de mesures effectués en sub-surface 10 à 20 fois plus important qu’en surface et couvrant une plus large gamme de valeurs. L’application sur la faille de Hope de cette approche a notamment permis de mettre en évidence un déplacement latéral caractéristique de 3.2 ± 1 m lors des 30-35 derniers forts séismes. Ce travail démontre le potentiel de l'imagerie géoradar pseudo-3D à détecter une partie de l'histoire sismique des failles et, ce faisant, à fournir des informations sur les caractéristiques des forts séismes passés. / Collecting information on past strong earthquakes is crucial to anticipate the characteristics of the future strong earthquakes that threaten us. A part of the traces left by the past earthquakes remains hidden in the first few meters of the ground. Until now, paleoseismological trenches across faults have been used to search for these traces. Though relevant, this method is destructive and allows, at best, detecting the few most recent events. The objective of my PhD work, done in the framework of the ANR project CENTURISK, was to develop a novel form of paleoseismology, of geophysical type, based on multi-frequency, pseudo-3D GPR surveys. The idea is to image at high-resolution the architecture of the first ≈ 10 m of the ground over wide areas along active faults, in order to detect the possibly buried traces, especially the offsets, produced by the last 10-20 strong earthquakes on the fault. We have first developed the approach by adapting the acquisition and processing of GPR data to the selected targets. We have then applied the approach on some of the largest active strike-slip faults in New Zealand, where sedimentation conditions are ideal. Twelve sites were investigated, 5 of them are presented in this work. At each site, we first analyzed the surface morphology in the greatest detail on LiDAR data and high resolution GPS DEMs. This analysis allowed us to identify all the morphological markers preserved at the ground surface, and being offset by the fault. We measured these surface offsets, doing so collecting a dense population of cumulative displacement values. We then surveyed each site with 40-60, 100 and 250 MHz, hundreds of meters long GPR profiles, parallel to the fault and regularly spaced by 5-10 m on either side of the fault trace. At each site, the processing of the GPR data revealed a large number of buried markers – palaeosurfaces and incision features, hidden in the first 5-10 m of the ground. Most of the buried markers were observed cut and laterally displaced by the fault, and these offsets could be measured. The measures provide a dense collection of cumulative offsets on each investigated fault, generally 10-20 times more than ever reported. To analyze these dense surface and sub-surface data collections, we used statistical methods made to define and retain only the best constrained offset values. These best values are separated by slip increments that are directly related to the successive coseismic slips that we search. The entire analysis revealed that the offsets measured in the sub-surface fill the gaps in the surface record, and that the surface offsets are systematically lower than those measured in the sub-surface on the same markers. Additionally, the buried record is longer than the surface record. Applied to the Hope Fault, our novel approach allowed identifying the last 30-35 strong earthquakes that broke the fault, each had produced a lateral offset at surface of 3.2 ± 1 m and got a magnitude ≈ Mw 7.0-7.4. Applied to the Wellington Fault (at Te Marua site), the approach allowed identifying a minimum of 15 past strong earthquakes, each had produced a lateral offset at surface of 3.7 ± 1.7 m and got a magnitude ≈ Mw 6.9-7.6. My PhD work thus confirms the great potential of pseudo-3D Ground Penetrating Radar survey to detect a significant part of the fault seismic history, and thus to provide critical information to determine the displacements and magnitudes of the past strong earthquakes on faults. Applied to seismogenic faults worldwide, in complement to surface approaches, the geophysical GPR paleoseismology should help better assessing seismic hazard.

J’examine les relations entre propriétés des failles géologiques long-termes et propriétés des forts séismes que produisent ces failles. J’ai compilé les données sismologiques disponibles sur les grands séismes historiques mondiaux, et cartographié, sur images satellitaires, les failles long-termes rompues par ces séismes et les traces des ruptures. L’analyse combinée des données montre que : i) les failles long-termes ont certaines propriétés génériques (organisation des réseaux, segmentation latérale, forme de distribution du glissement cumulé, etc) ; ii) les forts séismes ont également des propriétés communes (similarité de distribution du glissement cosismique, du nombre de segments rompus, de la chute de contrainte sur chaque segment majeur rompu, de la distance relative entre hypocentre et zone de glissement maximum, etc) ; iii) la maturité structurale des failles est la propriété tectonique qui impacte le plus le comportement des forts séismes. Il est probable que cette maturité diminue la friction statique et la complexité géométrique du plan de faille. Elle agit sur la localisation de la zone d’initiation du séisme, sur la localisation et l’amplitude maximum du glissement cosismique, sur la direction de décroissance de ce glissement, sur la « capacité » de la rupture à se propager et donc sur sa vitesse de propagation. Elle dicte le nombre de segments majeurs qui peuvent être rompus, et par conséquent, elle contrôle la longueur totale et la chute de contrainte globale de la rupture. Pour comprendre la physique des forts séismes, il apparaît donc indispensable d’analyser conjointement les propriétés des failles rompues et les propriétés des séismes produits. / I examine the relations between the properties of long-term geological faults and the properties of the large earthquakes these faults produce. I have gathered available seismological information on large historical earthquakes worldwide and mapped in detail, on satellite images, both the long-term fault and the rupture traces. The combined analysis of the data shows that: i) long-term faults have a number of generic properties (arrangement of overall fault networks, lateral segmentation of fault traces, form of cumulative slip distribution, etc); ii) large earthquakes also have generic properties (similarity of envelope shape of coseismic slip-length profiles, of decrease in rupture width along rupture length, of number of broken segments, of stress drop on broken segments, of relative distance between hypocenter and zone of maximum slip, etc); iii) the structural maturity of the faults is the tectonic property most impacting the behavior of large earthquakes. The maturity likely acts in reducing both the static friction and the geometric complexity of the fault plane. It partly governs the location of the earthquake initiation, the location and amplitude of the maximum coseismic slip, the direction of the coseismic slip decrease, the rupture propagation efficiency and speed, the number of major fault segments that are broken, and hence the rupture length and its overall stress drop. To understand the physics of earthquakes, it thus seems necessary to analyze jointly the tectonic properties of the broken faults and the seismological properties of the earthquakes.

Η παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφει την έρευνα της θαλάσσιας γεωφυσικής διασκόπησης η οποία εκτελέστηκε στον Πατραϊκό κόλπο και παρουσιάζει τα αποτελέσματα της ερμηνείας των γεωφυσικών στοιχείων που συλλέχθηκαν με την βοήθεια του τομογράφου υποδομής πυθμένα. Τα στοιχεία συλλέχθηκαν από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας του τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Η συλλογή, επεξεργασία και ερμηνεία του συνόλου των σεισμικών γραμμών επέτρεψε την χαρτογράφηση των υποθαλάσσιων ρηγμάτων του Πατραϊκού κόλπου. Ο χάρτης με τα υποθαλάσσια ρήγματα αποτελεί έναν τροποποιημένο χάρτη από τον ήδη διαθέσιμο χάρτη ρηγμάτων του Πατραϊκού κόλπου του 1985 από τους Ferentinos et al., 1985. / The present study describes the submarine geophysical survey which was carried out in the Gulf of Patras and presents the results of the geophysical data analysis using a subbottom profiler system. The data were collected by the Laboratory of Marine Geology & Physical Oceanography, department of Geology, University of Patras. A detailed fault map was produced by the data analysis of the collected seismic profiles of the Gulf of Patras. The present fault map is a modified map from a former map that has been produced in a 1985 survey by Ferentinos et al., 1985.

La Méditerranée se situe dans une zone de convergence lente entre les plaques Eurasienne et Africaine (~5 mm/an), où des restes d'anciens bassins Téthysiens sont progressivement consommés par le retrait rapide de zones de subductions (~20-30 mm/an sur la zone de subduction Hellénique). En Méditerranée Orientale, une transition collision-subduction se produit dans l'Ouest de la Grèce (collision de la Plateforme Apulienne au nord et subduction Hellénique au sud), pratiquement à l’extrémité du Golfe de Corinthe et dans une région de propagation potentielle de la faille Nord Anatolienne. Afin d'étudier la cinématique actuelle de l'Ouest de la Grèce, nous adoptons une approche multi-échelle de la déformation:(1) Une modélisation grande échelle du champ de vitesses crustale horizontales mesuré par géodésie est effectuée afin de contraindre la cinématique au voisinage de l'Ouest de la Grèce, à la fois à terre et en mer. Un résultat majeur est qu'une zone d'extension distribuée N-S s'étendant de la Bulgarie à l'Est du Golfe de Corinthe a pour conséquence de désactiver la terminaison Ouest de la faille Nord Anatolienne dans le nord de la Mer Egée. Cette extension d’échelle régionale pourrait être causée par le retrait du slab Hellénique. (2) Une étude tectonique active permet d'établir une cartographie précise des failles actives de la région, leur chronologie relative et une estimation de leur vitesse de déplacement. Le demi-graben actif du Golfe Amvrakikos et la faille active N155° de Katouna-Stamna, qui constituent les frontières Nord et Est d'un bloc Iles Ioniennes-Akarnanie (IAB), sont caractérisés par des vitesses géologiques d'au moins ~ 4 mm/an et des vitesses mesurées par GPS de l'ordre de ~10 mm/an. Ce bloc IAB est limité à l'Ouest par la faille transformante de Céphalonie et semble se comporter de manière rigide.(3) Une fois les frontières du bloc IAB connues, nous montrons que le champ de vitesse GPS mesuré dans la région peut être entièrement expliqué par des effets transitoires de blocage élastique associés aux failles bordières de ce bloc. Le couplage sur l'interface de subduction n'a pas d'expression en surface, ce qui suggère qu'il doit être faible. Enfin, nous justifions l'existence d'un point triple de type Rift-Faille-Faille à la terminaison Ouest du Golfe du Corinthe. / The Mediterranean is a diffuse plate boundary zone between the slowly converging Eurasian and African plates (~ 5mm/yr), where remnants of old Tethyan basins are progressively consumed by fast trench retreat (~20-30 mm/yr at the Hellenic subduction zone). In Eastern Mediterranean, a collision-subduction transition occurs in Western Greece (collision of the Apulian Platform to the north and Hellenic subduction zone to the south), close to the westward Corinth Rift termination and in a region that may be potentially affected by the westward propagation of the North Anatolian Fault. We used a multi-scale deformation approach to investigate Western Greece active kinematics:(1) We run a large scale model of horizontal crustal velocities measured by GPS to constrain the kinematic boundary conditions of Western Greece, both onshore and offshore. A major result is the occurrence of distributed N-S extension spreading from Bulgaria to the Eastern Corinth rift, resulting in de-activation of the western termination of the North Anatolian Fault in North Aegean Sea. This large scale extension could be associated to the retreat of the Hellenic slab.(2) An active tectonics study has been performed to provide an accurate mapping of active faults in the region, to constrain their relative chronology and to estimate their geological slip-rate. The Amvrakikos Gulf active half-graben and the N155° active Katouna-Stamna Fault, which form the northern and eastern boundaries of a Ionian Island-Akarnania block (IAB), have geological slip rates of at least ~ 4mm/yr and GPS slip-rates of ~ 10 mm/yr. The IAB is bounded to the west by the Kefalonia transform fault and appears to behave rigidly.(3) Once the IAB boundaries are defined, we show that the velocity field measured by GPS in the region can be totally accounted by transient elastic loading along the IAB bordering faults. Subduction interface coupling has no surface expression, suggesting low coupling. Finally, we justify the occurrence of a Rift-Fault-Fault triple junction at the western termination of the Corinth Rift.

La partie ouest du rift de Corinthe, en Grèce, s'ouvre à une vitesse d'environ 15 mm par an générant un taux de déformation parmi les plus élevés au monde, quelques séismes destructeurs de magnitude M>6 par décennie, et une forte activité microsismique irrégulière spatialement et temporellement. Afin de mieux comprendre les mécanismes liés à cette déformation crustale et de préciser les structures majeures actives, ce travail de recherche exploite la base de données sismologiques du Corinth Rift Laboratory de 2000 à 2015 en analysant finement les microséismes et leur évolution spatio-temporelle. La relocalisation globale des sources sismiques ainsi que leur classification en multiplets ont permis de préciser la géométrie des failles et d'identifier des comportements mécaniques différents. La zone ouest, au milieu du golfe, est affectée par des variations de pressions de fluides dans une couche géologique, entraînant des migrations des essaims de microséismes à des vitesses d'environ 50 m par jour. Les multiplets profonds de la partie centrale, près de la côte nord, sont persistants et semblent déclenchés par des épisodes de glissements lents asismiques sur un détachement immature pouvant atteindre la croûte ductile. Le faible pourcentage de déclenchement dynamique par les ondes sismiques suggère que l'état global du système de failles n'est pas au seuil critique de rupture. La magnitude des séismes est corrélée à l'impulsivité initiale de la rupture. Ces résultats précisent la dynamique de déformation du rift, les interactions sismique-asismiques, et permettront d'améliorer les modèles d'aléas sismiques de la région / The western part of the Corinth Rift in Greece is opening at about 15 mm per year, generating one of the highest deformation rates in the world, some destructive earthquakes of magnitude M>6 per decade, and high microseismic activity irregular in space and time. In order to better understand the mechanisms related to this crustal deformation and to specify the major active structures, this research work makes use of the seismological database of the Corinth Rift Laboratory from 2000 to 2015 by finely analyzing microearthquakes and their spatio-temporal evolution. The global relocation of the seismic sources and their classification into multiplets enable to refine the geometry of the faults and to identify different mechanical behaviors. The western zone, in the middle of the gulf, is affected by fluctuations of fluid pore pressures in a geological layer, resulting in microseismic swarm migrations at a velocity of about 50 m per day. The deep multiplets of the central part, near the northern coast, are persistent and appear to be triggered by episodes of slow aseismic slip along an immature detachment, which can reach the ductile crust. The low percentage of dynamic triggering by passing seismic waves suggests that the overall state of the fault system is not at the critical breaking point. The magnitude of earthquakes is correlated with the initial impulsiveness of the rupture. These results specify the dynamics of the rift deformation, the seismic-aseismic interactions, and will make possible the improvement of the seismic hazard models of the region

This dissertation focuses on the active tectonics of Afghanistan|slip-rate estimation of the Chaman fault and assessing seismic hazard in the Kabul basin. Afghanistan is a tectonically complex zone developed as a result of the collision between the Eurasian plate and the Indian plate to the southeast and the Arabian plate to the south. For seismic hazard mitigation, there is no large-scale active fault map in Afghanistan. I, therefore, mapped active and presumed active faults mainly based on interpretation of 1-arcsecond SRTM anaglyph images, and calculate the slip rate of the Chaman fautl based on 10Be TCN dating. / 博士(理学) / Doctor of Philosophy in Science / 同志社大学 / Doshisha University

La mesure et la modélisation des concentrations en $^{36}$Cl accumulé au sein d'un plan de faille normal permet d'estimer l'âge et le glissement des forts séismes passés ayant successivement exhumé ce plan de faille. Si cette méthode présente l'avantage de fournir des enregistrements paléo-sismologiques continus sur des périodes de temps relativement longues (10 000 à 20 000 ans), la modélisation de données repose jusqu’à présent sur un modèle direct qui permet difficilement d'attester de l'unicité du scenario proposé, et d'estimer précisément les incertitudes associées, et ne tient pas compte de l'histoire long-terme du plan de faille, avant son exhumation post-glaciaire (héritage). Nous avons développé dans un premier temps un nouveau modèle qui inclut l’histoire d'héritage, et mis en place une procédure d'inversion des données permettant de 1) déterminer l'ensemble des paramètres de l'histoire sismique d'exhumation, 2) d’attester de l'unicité du scénario proposé, et 3) de contraindre précisément ses incertitudes. Nous appliquons notre méthode d’inversion à 11 failles des Apennins Centraux et montrons une grande variabilité dans leur activité sismique au cours des derniers 10 000 à 45 000 ans, avec des accélérations représentant 2 à 20 fois la vitesse long-terme de la faille. Nos résultats suggèrent en particulier que l'activité sismique des failles des Apennins Centraux pourrait être contrôlée par les propriétés intrinsèques des failles (vitesse long-terme, longueur, segmentation, état de maturité structurale), ainsi que par des processus d'interactions visco-élastiques agissant entre les failles. / The use of $^{36}$Cl cosmogenic nuclide as a paleo-seismological tool to determine the seismic history of normal faults provide continuous records over the past 10 000 to 20 000 yrs. The modeling of the $^{36}$Cl concentrations measured at the surface of an exhumed fault-plane allows determining the age and the displacement of the past seismic events that successively exhumed the fault-plane. The available modeling approach is however unable to attest for the unicity of the inferred scenario, which makes the estimate of the associated uncertainties difficult. An other limitation concerns the long-term history of the fault-plane prior its post-glacial exhumation (inheritance), that is not fully accounted for in this model (Schlagenhauf et al., 2010). We have developed a reappraisal of this model that accounts for the inheritance history, and includes a procedure of data inversion to 1) determine all parameters of the exhumation history at once, 2) attest for the unicity of the proposed scenario, and 3) precisely determine the associated uncertainties. Applying our new modeling to 11 normal faults previously studied in Central Apennines, we observe a large variability of their seismic activity over the last 10 000 - 45 000 yrs, with slip-rate acceleration reaching 2-20 times their long-term slip-rate. In particular, our results suggest that the seismic activity of normal faults in Central Apennines could be controlled by intrinsic properties of the faults (such as their long-term slip-rate, fault-length, segmentation, state of structural maturity), and by visco-elastic stress transfers between faults.