Along strike variations of crustal deformation in the Himalayas
Variations latérales de la déformation crustale en Himalaya
Résumé
Several major earthquakes have struck the 2500 km long Himalayan range during the past century. However, both the maximum size of such earthquakes and the probability of occurrence of a magnitude 9 megaquake are still a mater of debate. In this framework it is of key importance to investigate the lateral segmentation of the Himalayan arc in order to deepen our understanding of the mechanisms that control such events as well as their extents. Besides the remarkably uniform tectonic set-up and the fact that most studies on the Himalayas have focused on Central Nepal, several indications of along strike changes can be gathered.This thesis brings new constraints on lateral variations of crustal structure and of deformation between western Nepal (~80°E) and eastern Bhutan (~92°E).The first part of this thesis focuses on the lateral variations of crustal structure. In the past three years we have carried out four land gravity campaigns. We have established 366 new gravity measurement points to fill the data gaps in central and western Nepal as well as in Bhutan. This new dataset, together with available seismological data, is used to constrain thermo-mechanical models of the bending of the India plate underneath the Himalayas. While the inferred crustal geometry does not exhibit major along-strike variations over central and eastern Nepal, the shorter wavelength flexure of the lithosphere in Bhutan is associated with a weaker upper mantle rheology.The second part focuses on the lateral variations of recent deformation in the Himalayas. Fifteen years of paleoseismological investigations have extended the catalogue of major Himalayan events over the last millennium. Combining these information with secular loading, we assess the spatial and temporal stress changes on the Main Himalayan Thrust along the orogen over the last nine centuries. Our calculations indicate that inter-seismic loading has now nearly overcome the Coulomb stress decrease caused by the great ~1100 medieval earthquake. Our results also point out that the 1897 Shillong plateau earthquake does not have a major influence on the stress accumulated on the Main Himalayan Thrust since then. In order to better characterize active tectonics in the Bhutan Himalayas where no studies were done so far, we carried out a morphotectonic analysis in the south-central part of the kingdom. We show that the same amount of Holocene deformation is accommodated on the frontal thrust in Bhutan as on the neighbouring portions of the Himalayan arc. We also find evidences for two major (M>8) earthquakes on this thrust in the Bhutan Himalayas during the last millennium. Our results therefore show that Bhutan cannot be considered as a seismic gap. They also challenge the interpretation of one single ~1100 medieval mega-event that would have ruptured the Main Frontal Thrust from central Nepal to eastern Bhutan.
Au cours du dernier siècle, plusieurs séismes majeurs ont affecté l'Himalaya. Cependant, la taille maximale de ces événements et la probabilité d'occurrence de méga-séismes avec des magnitudes proches de 9 sont toujours matière à débat. L'étude de la segmentation de l'arc Himalayen est donc primordiale afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent ces séismes ainsi que leur extension spatiale. La compréhension du cycle sismique en Himalaya est aujourd'hui essentiellement basée sur des études menées au Népal central, ce qui limite notre connaissance de son fonctionnement tri-dimensionnel. Ce travail de thèse permet d'apporter de nouvelles contraintes sur les variations latérales de la déformation crustale dans la zone comprise entre l'ouest Népal (~80°E) et l'est Bhoutan (~92°E). La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales de la structure lithosphérique. Quatre campagnes gravimétriques ont été réalisées entre 2010 et 2012. Elles ont permis d'étendre le réseau gravimétrique Népalais jusqu'à l'ouest Népal et d'établir le premier réseau gravimétrique Bhoutanais. Ce nouveau jeu de données, combiné avec les données sismologiques disponibles, permet de contraindre des modèles thermo-mécaniques de la flexure de la plaque Indienne sous l'Himalaya. Les résultats suggèrent qu'il n'existe pas de variations latérales majeures du comportement mécanique de la lithosphère Indienne entre le centre et l'est Népal contrairement au Bhoutan où une rigidité flexurale plus faible est nécessaire pour expliquer les données.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales des déformations récentes dans le prisme Himalayen. Les études paléosismologiques menées depuis 15 ans en Himalaya ont permis d'étendre le catalogue des événements majeurs sur le dernier millénaire. En intégrant à la fois les contraintes disponibles sur ces séismes majeurs et le chargement séculaire, nous étudions les variations spatiales et temporelles de l'état de contrainte du chevauchemlent Himalayen principal le long de l'arc. Nos calculs montrent que même dans la cas où un méga-séisme se serait produit en ~1100 en Himalaya, le chargement séculaire a quasiment compensé la chute de contrainte associée. Les modèles montrent aussi que le séisme du Shillong ne joue pas un rôle majeur sur les contraintes accumulées sur le chevauchement Himalayen depuis 1897 au niveau du Bhoutan. Enfin, nous présentons les premières contraintes sur la tectonique active au Bhoutan. L'étude morphotectonique réalisée au centre du Sud-Bhoutan a permis de montrer que la majeure partie de la déformation Holocène est accommodée au niveau du front Himalayen, comme au Népal. Nous montrons aussi des évidences de ruptures de surface avec des décalages verticaux de plusieurs mètres associés à deux séismes majeurs sur le dernier millénaire. Ces évidences remettent en cause l'interprétation d'un méga-séisme en ~1100.
Origine : Version validée par le jury (STAR)