L'évolution tectonique du nord du Chili est contrôlée par la convergence des plaques Nazca et Amérique du Sud. Ce processus entraîne des déformations élastiques qui s'accumulent à proximité de la zone de contact inter-plaque. Celles-ci sont en grande partie relâchées à l'occasion des méga-séismes de subduction, dont la période de retour est légèrement supérieure au siècle. Cependant, une partie de la déformation due à la convergence est transférée de façon permanente au sein de la Plaque Sud-Américaine. Une des manifestations les plus notables de ces déformations permanentes est l'existence de failles dans la croûte continentale. Au cours de cette étude, nous nous sommes intéressés à l'activité sismique des failles superficielles de la Région d'Antofagasta, vers 23°30'S, dans l'avant-arc côtier des Andes, dans une partie hyper-aride du désert d'Atacama. Nous étudions en détail la Faille de Mejillones, située dans la Péninsule de Mejillones au nord de la ville d'Antofagasta, ainsi que la Faille du Salar del Carmen située à l'est de cette ville. La première partie du manuscrit concerne l'influence de l'activité récente de la Faille de Mejillones sur la configuration géomorphologique de la partie nord de la Péninsule. Par la suite, nous étudions la paléosismologie de ces deux failles. Enfin, nous discutons les relations entre l'activité de ces failles superficielles et le cycle des séismes de subduction, à l'aide de modèles calculant les changements de contraintes de Coulomb générés par les séismes interplaques.

En 2004 et 2007, neuf structures d'échappements de fluides (SEF), constituées de volcans de boue (VdB), d'évents de gaz (GS, gas seeps en anglais) et/ou de sources, ont été échantillonnées dans la partie émergée du Bassin de la Côte Est (BCE) de l'île nord de la Nouvelle-Zélande.L'étude granulométrique indique que la boue émise par les VdB, les roches encaissantes et les niveaux de décollement voisins sont composés d'argiles et de silts en majorité. L'étude de la fraction argileuse et de la roche totale par diffraction des rayons X (DRX) a révélé de nombreuses similitudes. Les volcans de boue, les roches encaissantes et les niveaux de décollement présentent ainsi le même assemblage minéralogique, à savoir smectite, illite, chlorite, kaolinite, quartz et feldspaths. Les proportions sont variables d'un échantillon à un autre mais le couple smectite-illite est toujours majoritaire.L'étude géochimique de la fraction solide indique que les échantillons sont riches en Si02, pauvres en Fe2O3, MgO, MnO et en alcalins, à quelques exceptions près. La composition en éléments majeurs s'organise entre un pôle argileux alcalin et un pôle carbonaté. Les spectres de terres rares sont similaires et caractéristiques des argiles ; Ils présentent également un faible degré de fractionnement, lié à la formation des carbonates. Ce sont donc les mêmes minéraux qui contrôlent la chimie des échantillons.L'étude géochimique de la phase liquide montre que l'eau impliquée dans les volcans de boue est d'origine marine essentiellement, et des réactions eau/roche similaires, notamment l'altération de smectite en illite. Cette étude a permis aussi d'obtenir une estimation de la température d'équilibre, comprise entre 60 et 110°C, impliquant une profondeur d'origine de 2 à 3 km, voire plus.L'étude géophysique indique qu'à l'aplomb des VdB et des deux sources chaudes étudiés, la croûte continentale a sensiblement la même épaisseur et que la profondeur de la croûte océanique en subduction avoisine les 20 km. A cette profondeur, la fusion de la péridotite n'est pas possible et la fusion résultante de la croûte continentale, responsable du volcanisme d'arc, non plus. Le gradient géothermique mesuré à TePuia est donc influencé par un autre phénomène, mais la modélisation de la lithosphère ne nous a pas permis de trouver lequel.Ces différentes études mettent en évidence des caractéristiques géochimiques, pétrographiques et minéralogiques communes aux volcans de boue de Nouvelle-Zélande. Les fluides impliqués dans ces structures proviendraient donc d'un même niveau source, recouvert du même assemblage sédimentaire. L'étude géophysique ne nous apporte aucune information à ce sujet mais permet cependant d'établir avec certitude que le régime thermique est le même du Nord de Hawke's Bay au Sud du BCE ; la région de TePuia est un cas particulier, peut-être influencée par le complexe volcanique de Matakaoa.

The initiation of subduction requires the formation of lithospheric plates which mostly deform at their edges. Shear heating is a possible candidate for producing such localized deformation. In this thesis we employ a 2D model of the mantle with a visco-elasto-plastic rheology and enabled shear heating. We are able to create a shear heating instability both in a constant strain rate and a constant stress boundary condition setup. For the rst case, localized deformation in our specic setup is found for strain rates of 10-15 1/s and mantle temperatures of 1300°C. For constant stress boundaries, the conditions for a setup to localize are more restrictive. Mantle motion is induced by large cold and hot temperature perturbations. Lithospheric stresses scale with the size of these perturbations; maximum stresses are on the order of the yield stress (1 GPa). Adding topography or large inhomogeneities does not result in lithospheric-scale fracture in our model. However, localized deformation does occur for a restricted parameter choice presented in this thesis. The perturbation size has little effect on the occurrence of localization, but large perturbations shorten its onset time.

Subduction zone megathrusts produce the majority of the world's largest earthquakes. To understand the processes that control seismicity here, it is important to improve our knowledge on the subduction interface characteristics and its spatial variations. Nicoya Peninsula, Costa Rica, extends the continental landmass ~50 km towards the trench, making it a very suitable place to study interface activity from right on the top of the seismogenic zone of the Middle America Subduction Zone (MASZ). We contribute to and utilize an earthquake catalog of 8765 analyst-picked events to determine the spatial variability in the earthquake frequency-magnitude distribution (FMD) in this region. After initial detection, magnitude determination and location, the events are precisely relocated using a locally derived 3-D seismic compressional and shear wave velocity model (DeShon et al., 2006). After restricting the dataset to events nearest the interface and with low formal error (horizontal location error < 5 km), we retain a subset of 3226 events that best resolves interface activity. Beneath Nicoya, we determine the spatial variability and mean FMD of the interface, and focus on the relative relationship of small-to-large earthquakes, termed b-value. Across the region, the overall b-value (1.18 ± 0.04) is higher than the global average (b~1), and much larger than the global subduction zone average (b~0.6). Significant variation in b-value is observed along the active plate interface. A well resolved zone of lower b is observed at and offshore central Nicoya coast, in a previously determined locked patch using deformation observed from Global Positioning System (GPS). Conversely, high b-values prevail over the subducted portion of the Fisher ridge, which likely ruptured in the 1990 Gulf of Nicoya Mw 7.0 earthquake. Observed regions of low b-value approximately corresponds to more strongly-locked segments of the subduction interface resulting in higher differential stress, which may be released in the next large interface earthquake in this part of the MASZ. Across the region the b-value is found to vary inversely with the degree of interface locking. Thus, it is proposed that if sufficient data exist, spatial b-value mapping can be used as a proxy to determine interface locking. This method is especially useful along the subduction megathrust, which is generally offshore making geodetic measurements difficult.

Le long de l'orocline des Andes Centrales, sous l'avant-arc, la sismicité intracontinentale se connecte à la subduction en profondeur s'expliquant probablement par l'accumulation de contraintes générées dans la croûte par le glissement asismique de la zone de transition de l'interface de subduction en période inter-sismique. <br />Le long de l'orocline des Andes Centrales, sous la Précordillère et l'arc volcanique, la sismicité intracontinentale se distribue en essaims superficiels dont les plus grands séismes (Mw>5.0) ont lieu en général quelques mois après de grands séismes de subduction de magnitude Mw>7.5, déclenchés par le changement de contraintes dû à la période cosismique et probablement post-sismique.<br />L'analyse d'images et les observations de terrains interprétées conjointement avec les données sismologiques montrent que la déformation de l'orocline est partitionnée dans la Précordillère et l'arc volcanique le long d'une grande zone de cisaillement parallèle à la marge dont la cinématique varie de sénestre au Sud Pérou à dextre au Nord Chili. Le partitionnement observé est attribué à l'obliquité de la convergence et à l'architecture de l'avant-arc et de l'arc volcanique alors que les variations de la déformation le long de l'orocline sont principalement attribuées à la forme de la marge. <br />L'analyse sismologique, morphologique, et structurale de la déformation indique que le tenseur de contraintes le long de l'arc volcanique est caractérisé par un σ2 vertical et que σ1 et σ3 montrent une rotation anti-horaire depuis le Sud du Coude vers le Nord. En effet, σ1 s'oriente NE-SW au Nord du Chili, NW-SE à l'extrême Sud du Pérou et E-W au sud Pérou.

Les Andes du Sud au Chili se développent sur la marge active du continent Sud Américain, entre la plaque de Nazca et la plaque de l'Amérique du Sud et sont le résultat global de la convergence oblique durant le Cénozoïque. L'arc volcanique quaternaire, représenté par la Zone Volcanique Sud (ZVS: 33º-46ºS) présente une architecture qui peut être mise en rapport avec la déformation crustale développée dans cette marge convergente. Les provinces méridionales de la ZVS, situées entre 37ºS et le Point Triple du Chili (46ºS), coexistent avec la Zone de Faille Liquiñe-Ofqui (ZFLO), une structure d'intra-arc de longue vie. En particulier, l'arc volcanique dans le segment 37º-42° est formé par une série de chaînes volcaniques transversales et des groupes de cônes monogéniques situés sur la ZFLO dont l'évolution est le résultat de l'interaction entre les processus magmatiques et la néotectonique de l'arc volcanique. <br />L'étude de la néotectonique entre 37º-42ºS, avec l'analyse des caractéristiques principales du volcanisme dans cette région, permettent d'établir qu'une telle interaction est complexe au-delà de la relation spatiale évidente entre des volcans et des failles. D'abord, elle souligne l'influence de la croûte continentale fracturée qui est sous-jacente à l'arc volcanique. Tant la configuration préalable de l'arc que les anisotropies du substratum exercent un fort contrôle sur l'ascension, la mise en place et l'évolution des magmas quaternaires comme on peut le signaler, par exemple, dans le cas du Complexe Volcanique Puyehue-Cordón Caulle. <br />Le régime de déformation quaternaire, caractérisé par une transpression générale dextre avec une contrainte horizontale maximale (s1=sHmax) NE-SW, contrôlerait spécialement la distribution et l'évolution des chaînes transversales holocènes ainsi que les cônes de flanc dans les stratovolcans. Ce régime de contraintes régionales, en tout cas, dévie localement en s'adaptant aux structures du substratum. De même, des tenseurs de compression existent dans quelques secteurs et expliqueraient le soulèvement relatif de surfaces qui sont signalées dans la morphologie de la cordillère. Ces mouvements verticaux dans la ZFLO s'associeraient aussi avec des épisodes discrets de volcanisme qui permettent l'ascension de magmas primitifs directement depuis la source asthénosphérique. <br />Cependant, des tenseurs de transpression comme de compression maintiennent un s1=sHmax constant de direction NE-SW, ce qui justifie l'influence de la tectonique dans le transport de magma à travers la croûte comme étant une caractéristique d'échelle régionale. <br />De même, bien que moins récurrent, le déclenchement à distance d'éruptions volcaniques en raison de grands séismes dans la zone de subduction est un facteur additionnel qui explique certains épisodes et il est superposé au régime de déformation corticale à l'intérieur de l'arc volcanique. <br />Finalement, l'étude à l'échelle régionale des régimes de déformation crustale et le volcanisme associé permettent de comprendre comment se forme l'architecture complexe d'un arc volcanique, dont l'évolution spatiale et temporelle est contrôlée par une multiplicité de facteurs mais qui présente d'importantes régularités des transferts de masse à travers la croûte.

3D seismic reflection data were acquired by the R/V Langseth and used to extract heat flow information using bottom-simulating reflector (BSR) depths across the southern Costa Rica convergent margin. These data are part of the CRISP Project, which will seismically image the Middle America subduction zone in 3D. The survey was conducted in an area approximately 55x11 km, northwest of the Osa Peninsula, Costa Rica. For the analysis presented here, seismic data were processed using a post-stack time migration. The BSR—a reverse polarity seismic reflection indicating the base of the gas hydrate phase boundary—is imaged clearly within the slope-cover sediments of the margin wedge. If pressure is taken into account, in deep water environments the BSR acts as a temperature gauge revealing subsurface temperatures across the margin. Two heat flow models were used in this analysis. In the Hornbach model BSR depth is predicted using a true 3D diffusive heat flow model combined with Integrated Ocean Drilling Program (IODP) thermal conductivity data and results are compared with actual BSR depth observations to constrain where heat flow anomalies exist. In the second model heat flow values are estimated using the heat flow equation. Uniform heat flow in the region should result in a deeper BSR downslope toward the trench due to higher pressure; however results indicate the BSR is deepest at over 325 meters below the seafloor (mbsf) further landward and shoals near the trench to less than 100 mbsf, suggesting elevated heat flow towards the toe of the accretionary prism. Heat flow values also reflect this relation. In addition to this survey-wide trend, local heat flow anomalies appear in the form of both circular patterns and linear trends extending across the survey, which can be related to mounds, thrust faults, folds, double BSRs, and seafloor erosion imaged in the seismic data. I suggest that these areas of higher local heat flow represent sites where advection of heat from deep, upward-migrating, thermogenically-sourced fluids and/or gases may be taking place. These heat flow trends have implications for not only earthquake nucleation, but also methane hydrate reserve stability. / text

The 2004 Sumatra-Andaman and the 2011 Tohoku-Oki earthquakes demonstrate the importance of understanding subduction zone earthquakes and the faults that produce them. Faults that produce earthquakes and/or tsunamis in these systems include plate boundary megathrusts, splay faults (out of sequence thrusts), and strike-slip faults from strain partitioning. Offshore Japan, IODP Exp. 314 collected logging while drilling (LWD) data across several seismically-imaged fault splays in the Nankai Trough accretionary prism. I combine LWD resistivity data with a model of fluid invasion to compare the permeabilities of sands. My results indicate that sands within faulted zones are 2-3 orders of magnitude more permeable than similar undisturbed sands. Therefore fault zones are likely to be fluid conduits within the accretionary wedge. Fluids can affect the physical and chemical properties of the faulted material, increasing pore pressures and effectively lubricating the faults. Fluids play an important role in fault slip, but hazard analysis also requires an understanding of fault geometry and slip direction. Both Japan and Sumatra exhibit strain partitioning, where oblique convergence between tectonic plates is partitioned between the megathrust and strike-slip faults proximal to the arc. Offshore Sumatra, I combine profiles from a 2D seismic survey (SUMUT) with previous bathymetry and active seismic surveys to characterize the West Andaman Fault adjacent to the Aceh forearc Basin. Along this fault I interpret transpressional flower structures that cut older thrust faults. These flower structures indicate that the modern West Andaman Fault is a right lateral strike-slip fault and thus helps to accommodate the translational component of strain in this highly oblique subduction zone. Offshore the Kii Peninsula, Japan, I analyze a trench-parallel depression that forms a notch in the seafloor just landward of the megasplay fault system, along the seaward edge of the forearc Kumano Basin. Using a 12 km wide, 3D seismic volume, I observe vertical faults and faults which dip toward the central axis of the depression, forming apparent flower structures. The along-strike geometry of the vertical faults makes predominantly normal or thrust motion unlikely. I conclude, therefore, that this linear depression is the bathymetric expression of a transtensional fault system. While the obliquity of convergence in the Nankai Trough is small (~15 degrees), this Kumano Basin Edge Fault Zone could be due to partitioning of the plate convergent strain. The location of the West Andaman Fault and KBEFZ within the forearc may be controlled by the rheology contrast between active accretionary wedges and the more stable crust beneath forearc basins. / text

No description available.

No description available.