Cette thèse traite des problèmes stratigraphiques, pétrographiques et structuraux posés par la région couverte par la feuille géologique de Khorramabad (Zagros, Iran occidentale). Cette région est divisée en deux domaines qui différent par une grande partie de leur histoire géologique et qui sont séparés par une zone d'accidents tectoniques majeurs. Le domaine sédimentaire : Il constitue les montagnes du Zagros et couvre la moitié sud ouest de la feuille ; il appartient à la plaque arabe. On a pu y distinguer également deux zones : - Le Zagros externe (partie sud ouest) montre de puissantes séries de Sédiments à caractère peu profond, sans discordance depuis le Paléozoïque (atteint par forages)) jusqu'au pliocène. - la Crushed zone (partie nord est) a des séries continentales ou de plateforme sans discordance depuis le Cambrien jusqu'au Crétacé supérieur. Le domaine métamorphique : Il couvre toute la partie nord est de la feuille et appartient à la plaque iranienne.

Il est possible de dégager les grands traits de l'histoire géologique de notre région, correspondant à la bordure nord est du massif des Ecrins -Pelvoux (Combeynot-Eychauda) et de les présenter schématiquement comme suit: - au Dévono-Dinantien, la destruction d'un relief proche (socle antéhercynien) alimente une importante sédimentation de type Culm. Ces sédiments sont: - des grauwackes - des arkoses - des grès psammitiques et pélitiques - de rares conglomérats. Ces formations sont très intriquées; on passe de l'une à l'autre par variation progressive de faciès. Elles sont souvent très grossières, traduisant un dépôt dans un bassin de subsidence peu profond. Un puissant volcanisme acide alimente cette sédimentation très détritique. Celui-ci se caractérise par des émissions de rhyolites qui se mettent en place dans ces sédiments. Ces émissions sont formées: - de rhyolites massives - de tufs rhyolitiques. Ces derniers peu consolidés, se mêlent à des sédiments arkosiques. Ce volcanisme est de type spilite-kératophyre. Il est caractéristique de la chaîne hercynienne en Europe occidentale. Cependant, la seule fraction acide de ce volcanisme s'observe dans le massif de Combeynot, sa fraction basique correspond à la série verte de Belledonne. Au cours de l'orogenèse hercynienne, ce complexe volcano - sédimentaire est marqué par les événements suivants: 1/ Métamorphisme extrêmement léger Sous-faciès à quartz - albite - biotite - muscovite - chlorite du faciès schiste vert à faible pression et faible température. Les roches acquièrent une foliation, mais leur structure primitive est peu affectée: la rhyolite possède une légère schistosité les tufs rhyolitiques mêlés aux arkoses se transforment en porphyroides arkosiques les arkoses et grès psammitiques prennent un faux aspect de "gneiss" très métamorphiques les grauwackes sont peu modifiées. Au cours du métamorphisme l'ensemble du complexe est plissé. 2/ Intrusion d'un batholite granitique (type Pelvoux) dans ce complexe Ce granite est remarquable par : - son âge viséen supérieur (330 -31 0 MA) - son caractère hypovolcanique - sa faible activité hydrothermale 3/ Surrection du massif marquée par une tectonique cassante, à dalles isoclinales, découpées par un jeu de failles, comme dans les autres massifs cristallins externes. Cela donne un style "horst et graben". L'érosion va rapidement transformer ce premier relief hercynien en pénéplaine sur laquelle se déposera le Trias. L'orogenèse alpine, enfin, marque profondément la région : - les vieilles structures hercyniennes sont rajeunies - le métamorphisme est pratiquement inexistant: sa seule manifestation est une activité hydrothermale déposant de la chlorite dans les diaclases - le massif atteint son altitude maximale - la bordure nord est du massif des Ecrins-Pelvoux subit un écaillage complexe provoqué par une tectonique tangentielle en nappes de charriàge, tandis que le massif de Combeynot, sous le "coup de butoir » des nappes, tend à chevaucher le synclinal d'Arsine. Ainsi par ses différents caractères - dépôt de formations sédimentaires dévono- d'inantiennes - volcanisme effusif acide la région du massif de Combeynot et du vallon de l'Eychauda s'apparentent aux séries volcano-sédimentaires hercyniennes qui constitutent les autres massifs cristallins externes.

In this thesis, coda waves recorded by local seismographic networks will be analyzed to estimate the three-dimensional spatial distribution of scatterers (SDS). This will be done by using the single scattering approximation. This approach leads to a huge system of equations that can not be solved by traditional methods. For the first time, we will use the Simultaneous Iterative Reconstructive Technique (SIRT) to solve this kind of system in seismological applications. SIRT is slow but provides a means to carry out the inversion with greater accuracy. There is also a very fast non-iterative method that allows to carry out the inversion 102 times faster, with a higher resolution and reasonable accuracy: the Filtered Back-Projection (FBP). If one wishes to use this technique it is necessary to adapt it to the geometry of our problem. This will be done for the first time in this thesis. The theory necessary to carry out the adaptation will be developed and a simple expression will be derived to carry out the inversion.FBP and SIRT are then used to determine the SDS in southern India. Results are almost independent of the inversion method used and they are frequency dependent. They show a remarkably uniform distribution of the scattering strength in the crust around GBA. However, a shallow (0-24 km) strong scattering structure, which is only visible at low frequencies, seems to coincide with de Closepet granitic batholith which is the boundary between the eastern and western parts of the Dharwar craton.Also, the SDS is estimated for the Galeras volcano, Colombia. Results reveal a highly non-uniform SDS. Strong scatterers show frequency dependence, which is interpreted in terms if the scale of the heterogeneities producing scattering. Two zones of strong scattering are detected: the shallower one is located at a depth from 4 km to 8 km under the summit whereas the deeper one is imaged at a depth of ~37 km from the Earth's surface. Both zones may be correlated with the magmatic plumbing system beneath Galeras volcano. The second strong scattering zone may be probably related to the deeper magma reservoir that feeds the system.

タンデトロン加速器質量分析計業績報告 Summaries of Researches Using AMS 1996 (平成8)年度

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Στην παρούσα εργασία γίνεται αρχικά μελέτη τρωτότητας και επικινδυνότητας του ηφαιστείου της Σαντορίνης με σκοπό την μελέτη και μείωση του ηφαιστειακού κινδύνου στο νησί σε περίπτωση έκρηξης. Έπειτα καταλήγει σε προτάσεις που βοηθούν στην πρόληψη και στην σωστή διαχείριση της κατάστασης σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας περιγράφεται ο ηφαιστειακός κίνδυνος και δίνονται συγκεκριμένοι ορισμοί για έννοιες που είναι απαραίτητες γύρο από αυτόν. Ακόμη γίνεται αναφορά σε παραδείγματα άλλων ηφαιστειακών εκρήξεων με μεγάλη έκλυση τέφρας που μας ενδιαφέρουν καθώς και στην πρόσφατη σεισμική δραστηριότητα της Σαντορίνης για τα έτη 2011-2012 και ακολουθεί αναφορά σχετικά με τον στόχο της εργασίας. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στην ηφαιστειότητα της Σαντορίνης. Δίνεται η γενική περιγραφή των ενεργών ηφαιστείων της καλδέρας (Νέα Καμένη και Κολούμπο) και αναλύεται το γεωδυναμικό πλαίσιο, η γεωλογία και η ιστορική εξέλιξη της Σαντορίνης. Ακολούθως αναφέρεται η καθημερινή παρακολούθηση του ηφαιστείου από το ΗΜΠΙΣ και από το οποίο αντλούνται συνεχώς νέες πληροφορίες σχετικά με το ηφαίστειο. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή για το κλίμα της Σαντορίνης και δίνονται τα ανεμολόγια που χρησιμοποιήθηκαν στην μελέτη για τον υπολογισμό της επικινδυνότητας για κάθε μήνα ξεχωριστά. Στο τέταρτο κεφάλαιο δίνονται οι μελέτες που έχουν γίνει μέχρι σήμερα για το θέμα και αναλύονται τα 4 σενάρια μελέτης και οι λόγοι επιλογής τους. Αυτά είναι με βάση την πηγή της έκρηξης (Κολούμπο ή Νέα Καμένη) σε συνδυασμό με το είδος της έκρηξης (υπό-Πλινιακή, Πλινιακή) iii Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την έκθεση πληθυσμού και τρωτότητας για την Σαντορίνη και οι υποδομές που υπάρχουν στο νησί. Στο έκτο κεφάλαιο δίνεται η ανάλυση επικινδυνότητας για διάχυση τέφρας στην ατμόσφαιρα σε περίπτωση έκρηξης του ηφαιστείου και για κάθε σενάριο ξεχωριστά. Για τη συγκεκριμένη ανάλυση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό πρόγραμμα Tephra2 και έπειτα σχεδιάστηκαν οι ζώνες επικινδυνότητας αναλυτικά για κάθε μήνα και συγκεντρωτικά για κάθε περίοδο (τουριστική-χειμερινή). Στο έβδομο κεφάλαιο έγινε η τελική εκτίμηση του ηφαιστειακού κινδύνου. Αυτή προέκυψε από τις προηγούμενες μελέτες (πληθυσμού, τρωτότητας και επικινδυνότητας) και δημιουργήθηκαν ζώνες για διαφορετικά επίπεδα κινδύνου. Το όγδοο κεφάλαιο αναφέρεται στη διαχείριση του κινδύνου. Αρχικά δίνονται γενικές πληροφορίες για τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν σε περίπτωση ηφαιστειακής έκρηξης και καταλήγει με συγκεκριμένες προτάσεις για κάθε ένα από τα σενάρια που μελετήθηκαν στη παρούσα εργασία. Από τη μελέτη προκύπτει ότι θα επηρεαστεί μεγάλο μέρος του νησιού ιδιαίτερα στα νότια λόγω έκρηξης του ηφαιστείου ακόμη και αν είναι μικρού μεγέθους. Έτσι φαίνεται η σημαντικότητα δημιουργίας ενός συγκεκριμένου σχεδίου έκτακτης ανάγκης εστιασμένο στη περίπτωση της Σαντορίνης πέρα από το γενικό σχέδιο ‘’Ξενοκράτης’’, το οποίο υπάρχει στην Ελλάδα για περιπτώσεις φυσικών καταστροφών. Τέλος ως συνέχεια της εργασίας μπορεί να γίνει μελέτη του ηφαιστειακού κινδύνου με τη χρήση του προγράμματος ΒΕΤ_VH (όμως δε λαμβάνει υπόψη μετεωρολογικά δεδομένα) και να γίνει σύγκριση των τελικών αποτελεσμάτων. / Hazard analysis due to Tephra fall, risk assessment and mitigation management for Santorini volcano In this project, firstly, it is given a study for the vulnerability and hazard assessment of Santorini’s volcano, Greece, with primary aim the further study and elimination of the volcanic risk on the island, in case of an eruption. Finally, it concludes with suggestions about the appropriate mitigation and management strategies in case of an emergency situation. On the first chapter of the project it is stated the description of the volcanic risk and all the significant definitions and meanings concerning volcanic risk. In addition, there is a description of other volcanic eruptions, which ended in a huge amount of Tephra fall and of the recent seismicity during 2011-2012 in Santorini. Then, the main reason and target of the presented project are presented. The second chapter presents the volcanism of Santorini. There is a deepest description of the 2 main volcano sources of the caldera (Nea Kameni and Kolumbo), and an analysis of the geodynamics, geology and history of Santorini. Also, the Institute for the Study and Monitoring of the Santorini Volcano (I.S.M.O.SA.V.) provides Santorini with an integral monitoring system, which guarantees the timely prediction of a possible volcanic eruption and undertakes the responsibility of disproving any false statements or rumors regarding a negative state of the volcano. The climate of the island and the meteorological data, which were used for the study of the hazard assessment are analyzed on the third chapter for every month separately. There are already some studies about the hazard assessment in Santorini. These studies and the 4 new scenarios of study for this project are given on the fourth v chapter. The 4 new scenarios combine the possible eruption source (Kolumbo, Nea Kameni) with the type of the volcanic eruption (sub-Plinian, Plinian). On the fifth chapter are presented the results of the population (value) and vulnerability assessment, as well as all the infrastructures stated on the island. On the sixth chapter is given the analysis of hazard assessment for the case of Tephra diffusion in the atmosphere and for each scenario of study. For the above analysis, the software Tephra2 was used and thereafter more specific hazard zones where formed for every month of the year and for every season (touristic-winter). On the seventh chapter is given the final estimation of the volcanic hazard. This estimation is a result of the previous studies (value, vulnerability and hazard) and every zone presents a different risk level. Finally, the eighth chapter is the part of the risk management. In the beginning of the chapter are given general mitigation strategies in case of a volcanic eruption and ends in more specified suggestions for every scenario of study separately. This project shows that a big part of the caldera, mainly in the south will be affected in case of a volcano eruption even if the eruption is of a small scale. That necessitates the creation of an emergency plan specialized for the Santorini case, different from the general national emergency plan ‘’Xenokratis’’, which already exists in Greece for possible natural disasters. For future study, it can be carried out a study of the volcanic risk with the use of the BETH_VH software (does not includes meteorological data) and to compare the final results of the two studies.

This research project on volcanic debris avalanches aims to provide a better understanding of the influence of the volume, fall height and topography on the deposit location and morphology. This will enable improvements in delineation of the areas at risk from volcanic debris avalanches, and improvements in management of a disaster should it occur. Undertaken to fulfil the requirements for a double degree (Geological Engineering and MSc in Hazard and Disaster Management) this work is the result of a collaboration between Polytechnic Institute LaSalle-Beauvais in France and the University of Canterbury in New Zealand. Following a brief introduction to the topic, statistical analyses of volcanic debris avalanche deposits are undertaken. Multiple variables analyses (Principal Components Analyses and Regressions) were carried out using a database of 298 volcanic debris avalanches derived from modification of Dufresne’s recent database. It was found that the volume has the main influence on the deposits rather than the fall height; the latter seems to have greater effect on avalanches of small volume. The topography into which the deposit is emplaced mainly determines its geometrical characteristics. These statistical results were compared with the results of laboratory-scale analogue modelling. A model similar to that used by Shea in 2005 provided data indicating similar trends of the influence of volume, fall height and topography on mass movement deposits at all scales. The final aspect of this project was a numerical simulation of a large debris avalanche from the north flank of the Taranaki volcano in the direction of the city of New Plymouth. The numerical code VolcFlow developed by Kelfoun in 2005 was used, after being tested against the laboratory experiments to verity its accuracy. The simulations showed that the Pouaki range protects the city of New Plymouth form major impacts from Taranaki collapses, but also indicated some potential problems with the hazard zoning and evacuation zones presently in place.

Volatile heavy metals are liberated from magmas during eruptive and passively degassing volcanic activity. Volcanic emanations have been estimated to contribute 20-40% of volatile elements such as Bi, Pb, As or Sb, and up to 40-50 % of Cd and Hg annually (Nriagu, 1989). Some workers, however, believe these ranges are too high (Hinkley, 1999) or too low (Zreda-Gostynska and Kyle, 1997) leading to considerable differences in global inventory budgets of these metals and the degree to which they load the atmosphere. The objective of this work is to investigate the behavior of volatile heavy metals such as Au, Tl, As, Pb etc. in subaerially erupted magmas and experimentally in silicate melts. Analysis of natural pumice samples confirm the futile, sporadic nature of Hg and associated heavy metals, suggesting these metals are fully degassed prior to deposition. Diffusion experiments were conducted in natural basalt, dacite and synthetic rhyolite (Ab-Or-Qz minimum eutectic) over a range of temperatures (1200 – 1430 °C) at 0.1 MPa. Starting compositions were doped with a heavy metal cocktail (Bi, Pb, Tl, Au, Re, Sb, Sn, Cd, Mo, As, Cu) and loaded into open top Pt capsules. One set of experiments examined the effect of melt composition (polymerization) on element diffusion, and the second investigated the effects of ligands on diffusion by adding known concentrations of Cl and S. During experiments of varying duration, concentration gradients arose in the volatile trace metals due to their varying volatility, as measured (normal to the melt/gas interface) by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) in quenched glasses. Diffusion profiles followed an Arrhenius relationship from which diffusion coefficients (D) and activation energies (Ea) were obtained for Au, Tl, As, Cd, Re, Pb and Bi (in decreasing order of volatility). Results show Au and Tl are the most volatile in dacite and rhyolite yielding LogDDac Au = -10.7 ± 0.1 m2/s and LogDDac Tl = -10.9 ± 0.1 m2/s in dacite, and LogDRhy Au = -10.9 ± 0.1 m2/s and LogDRhy Tl = -11.3 ± 0.3 m2/s in rhyolite respectively. The D for Au could not be measured in basalt but Tl was the fastest diffusing species LogDBas Tl = -10.8 ± 0.2 m2/s. Ligands Cl and S were shown to increase the volatilities of all metals, with S having a more profound effect. Diffusivities were applied to a simple 1D bubble growth model (Smith 1955). Model results indicate diffusion coefficients play a major role in metal fractionation processes occurring at depths that ultimately dictate what metal ratios are measured at the surface of volcanoes.

L'éruption de 2010 du Merapi est la première grande éruption explosive du volcan qui a été observée instrumentalement. Dans ce travail, nous étudions les précurseurs de l'éruption et le comportement du volcan avant l'éruption en reliant les caractéristiques sismiques avec d'autres observations disponibles. Nous présentons les principaux aspects de l'activité sismique au cours de la crise de 2010, tels que la chronologie de la sismicité, l'évolution spatio-temporelle des positions de source de séisme et les changements de vitesse sismique. En effectuant des localisations absolues et relatives, nous obtenons des preuves de l'existence de zones asismiques, concordant avec des études antérieures, que nous interprétons comme des zones plus ductiles. La migration du magma de la partie profonde à la partie superficielle du conduit à travers la zone asismique supérieure est mise en évidence par un déplacement vers le haut des hypocentres. Nous analysons l'énergie sismique quantifiée par le RSAM calculé pour plusieurs bandes de fréquences. Ces fonctions affichent des accélérations claires dans les dernières semaines avant l'éruption. Ce comportement est utilisé pour effectuer des prévisions d'éruption volcanique rétrospective avec la méthode « Material Failure Forecast » ou FFM. Le début de la première éruption est estimé avec une bonne précision. Nous proposons une méthode originale de détection d'événement basée sur un rapport d'énergie. En utilisant cette méthode et la corrélation de la forme d'onde, nous identifions 10 familles de séismes similaires. Ces multiplets sismiques sont situés en dessous ou au -dessus de la zone asismique supérieure et sont composés soit d'événements volcano-tectoniques soit d'événements basse fréquence. Certains de ces groupes ont été actifs pendant plusieurs mois avant la crise éruptive alors qu'une famille qui comprend 119 événements répétitifs est apparue 20 heures avant le début de l'éruption. Nous estimons des variations de vitesse sismique, liées principalement à l'activité magmatique, en utilisant la coda des multiplets et les fonctions d'intercorrélation du bruit sismique. Ces variations montrent une forte variabilité spatiale et temporelle de leur amplitude et de leur signe. Bien qu'elles ne puissent pas être décrites par une simple tendance unique, ces variations de vitesse peuvent être considérées comme un précurseur de l'éruption. En utilisant les résultats précédents ainsi que d'autres observations, nous déterminons les particularités associées à la grande éruption explosive de 2010. En outre, nous proposons un scénario chronologique de l'activité pré- éruptive du Merapi. / The 2010 eruption of Merapi is the first large explosive eruption of the volcano that has been instrumentally observed. In this work, we study the eruption precursors and the pre-eruptive volcano behaviour by linking seismic features with other available observations. The main characteristics of the seismic activity during the 2010 crisis, including the chronology of seismicity, the spatio-temporal evolution of earthquake source positions and the seismic velocity changes, are presented. By performing absolute and relative locations, we obtain evidences of aseismic zones which are consistent with earlier studies and are interpreted as more ductile zones. Magma migration from the deep to the shallow part of the conduit through the upper aseismic zone is revealed by an upward shift of the hypocenters. We analyse the seismic energy quantified by RSAM calculated for several frequency bands. These functions display clear accelerations in the last few weeks before the eruption. This behaviour is used to perform hindsight eruption forecasting with the Material Failure Forecast method (FFM). The onset of the first eruption is estimated with a good precision. We propose an original method of event detection based on energy ratio. Using this method and waveform correlation, we identify 10 families of similar earthquakes. The seismic multiplets are located either below or above the upper aseismic zone and are composed of either volcano-tectonic or low-frequency events. Some of the clusters were active during several months before the eruptive crisis while a family that includes 119 repeating events appeared 20 hours before the eruption onset. Seismic velocity variations associated mainly with magmatic activity are estimated using the coda of both multiplets and noise cross correlation functions. These variations display strong temporal and spatial variability of their amplitude and sign. Although they cannot be described by a unique simple trend, these velocity variations can be considered as an eruption precursor. Using the preceding results together with other observations, we determine the specific features associated with the large explosive eruption of 2010. Furthermore, we propose a chronological scenario of the pre-eruptive activity of Merapi 2010 unrest.

Les muons atmosphériques sont des particules élémentaires créées lors de l’interaction des rayons cosmiques de haute énergie avec les atomes de la haute atmosphère. Leur capacité à traverser de grandes quantités de matière et leur abondance au niveau du sol permet d’utiliser leur flux comme support à la radiographie de grands objets. Cette technique, la muographie, possède notamment comme sujet d’application possible l’étude de volcans. La collaboration Tomuvol, au sein de laquelle cette thèse s’est déroulée, vise à mettre au point un détecteur et les techniques d’analyse permettant la réalisation d’une telle mesure avec comme sujet d’étude un volcan auvergnat : le Puy de Dôme. Ce manuscrit présente les contributions à ce travail du point de vue instrumental tout d’abord, avec la calibration et l’optimisation des performances des chambres GRPC utilisées pour la mesure. Les performances du détecteur lors des diverses campagnes de prise de données qui se sont déroulées au pied du Puy de Dôme sont également résumées. Dans une deuxième partie, l’accent est porté sur l’analyse physique des données obtenues avec, dans un premier temps, la description des travaux de simulation Monte-Carlo mis en œuvre avec le logiciel GEANT4. Puis, une technique d’estimation du flux transmis de muons atmosphériques à l’aide d’une méthode de type noyaux est présentée, et la carte de densité estimée du Puy de Dôme qui en découle est comparée aux résultats issus de techniques géophysiques. / Atmospheric muons are elementary particles originating from the interaction of high energy cosmic rays with atoms in the upper atmosphere. Their ability to travel through a large amount of matter and their abundance at ground level allows for their flux to be used as a probe for the radiography of big objects. This technique, muography, can in particular be of interest for the study of volcanoes. The Tomuvol collaboration, within which this thesis took place, aims at developing a detector and analysis techniques allowing to perform such a measurment, using a volcano from Auvergne as a case study : the Puy de Dôme. This document describes the author’s contributions to this work, focusing on the intrumentation aspect first, with the calibration and optimisation of the GRPC chambers used to perform the measurment. The performances of the detector during the various campaigns of data acquisition at the base of the Puy de Dôme are also sumed up. A second part is dedicated to the physical analysis of the data with, firstly, the description of the Monte-Carlo simulations that were developed using the GEANT4 software. Then, a kernel-like estimation method of the transmitted flux of atmospheric muons is described, and the density map of the Puy de Dôme thus obtained is compared to results coming from geophysical techniques.