Zone lithosphérique à double cisaillement dévoilée par la microsismicité dans une région de déformation lente

Aug 21, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 21066 (2022) Citer cet article

Le style de déformation de la lithosphère continentale est une question pertinente du point de vue de la géodynamique et des risques sismiques. Nous montrons ici la première preuve de deux zones de cisaillement inverse individuelles bien distinctes, à faible angle et à pendage sud-ouest, du système de poussée externe italien en Italie centrale. L'une correspond à la poursuite en aval-pendage du chevauchement basal de l'Adriatique avec son évasement majeur et l'autre à une structure indépendante cachée, éclairée à une profondeur comprise entre 25 et 60 km, sur une étendue longitudinale d'environ 150 km. En combinant des informations géologiques avec des données sismologiques de haute qualité, nous dévoilons cette nouvelle configuration et reconstruisons un modèle de faille géométrique et cinématique 3D détaillé du système de compression, actif de la croûte supérieure jusqu'aux profondeurs du manteau supérieur. De plus, nous rapportons des preuves de volumes de déformation coexistants soumis à des champs de contraintes bien distincts à différentes profondeurs lithosphériques. Ces résultats fournissent des contraintes fondamentales pour une discussion à venir sur le contexte géodynamique du système de plissement et de chevauchement des Apennins en tant que zone de subduction peu profonde ou zone de cisaillement lithosphérique intra-continentale.

Les failles de chevauchement actives en affleurement ou près de la surface peuvent se propager en profondeur avec différents styles structurels, par exemple, à peau fine ou à peau épaisse. Ils peuvent ou non pénétrer dans le socle, atteindre la croûte inférieure et même le manteau supérieur le long de zones de cisaillement localisées1,2,3. Ces configurations sont finalement étayées par les observations de la dislocation des réflecteurs de la croûte profonde et du manteau peu profond et par les données sismiques. Cependant, la définition précise du style de déformation profonde et son lien avec le style de déformation superficielle n’est pas toujours simple. Cela est particulièrement difficile dans le cas de faibles niveaux de sismicité, de manque de systèmes de surveillance appropriés et/ou de localisations inexactes des événements sismiques. Par conséquent, caractériser la géométrie et la cinématique de ces régions est un défi, en particulier dans les zones à faibles taux de déformation et à chevauchement aveugle onshore ou offshore.

Dans la ceinture de plissement et de chevauchement circum-méditerranéen et alpin-hellénide, la compression sismogène se produit principalement à des profondeurs crustales (< 40 km ; Bulletin ISC-EHB4) et avec un motif radial d'axes P perpendiculaires aux tendances structurelles à long terme5. (Fig.1a). À des profondeurs de 40 à 70 km, une sismicité sous-crustale subordonnée est observée sur toute la ceinture6,7. A l’inverse, il n’y a pas de sismicité intermédiaire (70-300 km), hormis le plan Benioff au large de la Calabre et l’Arc Hellenides, où la sismicité atteint respectivement ~ 600 et ~ 300 km8,9,10.

Esquisse sismotectonique de l'Italie centrale et orientale dans le cadre méditerranéen. (a) Les principales ceintures de poussée et la répartition des axes P des séismes inverses/obliques inverses (M ≥ 3,0, profondeurs < 40 km) se sont produites dans la région méditerranéenne au cours de l'intervalle de temps 1962-2016 (base de données World Stress Map5). (b) Bandes de déformation active cinématiquement homogènes15 avec axes P – T issues d'une compilation de mécanismes focaux (intervalle de temps 1968-2018, MW ≥ 3,5, profondeurs < 40 km) : A = extension de la croûte supérieure, B = extension de la croûte moyenne, C = contraction de la croûte inférieure ; D = contraction de la croûte supérieure, E = décrochement de la croûte moyenne à inférieure. Légende : MAR = dorsale moyenne de l'Adriatique. (c) Structures d'extension et de contraction quaternaires et potentiellement sismogènes et domaines tectoniques dans le centre-est de l'Italie. Les tremblements de terre historiques et instrumentaux du catalogue paramétrique des tremblements de terre italiens, CPTI15 v4.026,30 et de la base de données sismologique instrumentale et paramétrique italienne ISISDe28 sont également signalés. Les lignes rouges épaisses représentent la poussée basale de l'Adriatique et son évasement majeur (Near Coast Thrust, NCT) analysés dans cet article ; les fines lignes rouges sont les évasements mineurs de l'ABT. Les étiquettes rouges représentent les tremblements de terre cités dans le texte, et les étoiles jaunes les événements majeurs survenus dans le temps instrumental ; les nombres sont liés aux principales séquences sismiques de la zone d'étude. Légende : 1 = Ancône 1972, MW 4,8 ; 2 = Porto San Giorgio 1987, PM 5,1 ; 3 = Faenza 2000, PM 4,9 ; 4 = Ancône 2013, MW 5,2.