Active tectonics and paleoseismology of strike-slip faults of Central Iran
Tectonique active et paléosismologie des décrochements de l'Iran Central
Résumé
The Central Iran plateau is experiencing very low GPS deformation rates and appears aseismic during the last few millennia. Nevertheless, it is sliced by several N-striking, right-lateral, strikeslip faults that are hundreds of kilometers long. The slip rate and seismic behavior of three of these faults (from west to east: Dehshir, Anar, and Nayband) have been investigated throughout this dissertation. The paleoseismic records along the 380-km long, Dehshir fault demonstrate the occurrence of at least three large (Mw ≈ 7) earthquakes during the last 22 ka, the most recent event occurring shortly before ∼2 ka. Additional observations yield a slip rate between 0.9 and 1.48 mm yr-1 over the last 42 ka, which agrees with the previous slip rate of 1.2 ± 0.3 mm yr-1 averaged over the last 270 ka. This suggests that the slip rate has remained constant during the late Pleistocene and Holocene. The paleoseismic study on the 200-km long, Anar fault shows that three large earthquakes occurred at 4.4 ± 0.8, 6.8 ± 1, and 9.8 ± 2 ka. The age of the most recent event (3.6-5.2 ka) suggests the fault is approaching the end of its seismic cycle. These results confirm a previous minimum slip rate of 0.8 ± 0.1 mm yr-1 for the Anar fault, indicating that the westernmost prominent faults of Central Iran are characterized by slip rates close to 1 mm yr-1. The slip rate on the 290-km long, Nayband fault is determined using cosmogenic and optically stimulated luminescence dating of cumulative offsets. The offsets range between 9 ± 1 m and 195 ± 15 m with ages from 6.8 ± 0.6 ka to ∼100 ka, yielding a slip rate of 1.8 ± 0.7 mm yr-1. The first paleoseismic record demonstrates the occurrence of at least four large earthquakes during the last 17.4 ± 1.3 ka and two older events (before ∼23 ka and 70 ± 5 ka). Penultimate and antepenultimate events occurred between 6.5 ± 0.4 and 6.7 ± 0.4 ka, whereas the most recent event took place within the last 800 years. Such an irregular earthquake occurrence suggests seismic clustering. Although the most recent earthquakes on the Nayband and Dehshir faults occurred after AD 1200 and shortly before ∼2 ka, respectively, these events went unnoticed in the historical seismic records. These are marked illustrations of the incompleteness of the historical seismic catalogs in Central Iran, challenging any seismic hazard assessment without geologic information. The paleoseismic records show that Central Iran does not behave totally as a rigid block and that its moderate internal deformation is nonetheless responsible for a significant seismic hazard. Thus, large infrequent earthquakes typify the slow-slipping strike-slip faults slicing Central and Eastern Iran, which slip rates summed from the Iran Plateau up to the Afghan lowlands remain difficult to match with the available GPS data.
Le plateau d'Iran central est caractérisé par de très faibles taux de déformation GPS et apparaît asismique pendant les derniers millénaires. Néanmoins, il est découpé par plusieurs décrochements dextres de direction N-S qui s'étendent sur plusieurs centaines de kilomètres. Le taux de glissement et le comportement sismique de trois de ces failles décrochantes (d'ouest en est: Dehshir, Anar et Nayband) ont été analysés dans cette thèse. Les études paléosismologiques sur la faille de Dehshir, longue de 380 km, démontrent l'existence d'au moins trois gros (Mw ≈ 7) séismes pendant les derniers 22 ka, l'événement le plus récent s'étant produit juste avant 2 ka. Nos observations permettent aussi de calculer un taux de glissement pour cette faille compris entre 0.9 et 1.48 mm a-1 au cours des derniers 42 ka, ce taux est identique à celui déterminé antérieurement à 1.2 ± 0.3 mm a-1 et moyenné sur les derniers 270 ka. Cela suggère que le taux de glissement est resté constant au cours du Pléistocène supérieur et de l'Holocène. L'étude paléosismologique de la faille d'Anar, longue de 200 km, montre que trois gros séismes se sont produits à 4.4 ± 0.8, 6.8 ± 1, et 9.8 ± 2 ka. L'âge de l'événement le plus récent (compris entre 3.6 et 5.2 ka) suggère que la faille s'approche de la fin de son cycle sismique. Nos résultats confirment aussi que le taux de glissement minimum de la faille d'Anar est de 0.8 ± 0.1 mm a-1, indiquant que les failles majeures les plus occidentales de l'Iran central possèdent des taux de glissement proches de 1 mm a-1. Le taux de glissement sur la faille de Nayband, longue de 290 km, est déterminé à partir de décalages datés par des mesures de 36Cl ou d'OSL. Ces décalages, qui sont compris entre 9 ± 1 m et 195 ± 15 m avec des âges entre 6.8 ± 0.6 et 100 ka, fournissent un taux de glissement de 1.8 ± 0.7 mm a-1. Nos données paléosismologiques démontrent l'existence d'au moins quatre gros séismes pendant les derniers 17.4 ± 1.3 ka et de deux événements plus anciens (avant 23 ka et 70 ± 5 ka). Les pénultième et antépénultième séismes se sont produits entre 6.5 ± 0.4 ka et 6.7 ± 0.4 ka, tandis que l'événement le plus récent s'est produit il y a moins de 800 ans. Une telle succession irrégulière de séismes suggère un comportement sismique en "clustering". Bien que le séisme le plus récent sur les failles de Nayband et Dehshir se soit respectivement produit après 1200 AD et juste avant∼2 ka, ces séismes n'apparaissent pas dans les chroniques historiques. Ces résultats illustrent clairement l'incomplétude des catalogues de sismicité historique pour l'Iran central, limitant toute évaluation de l'aléa sismique sans données géologiques. L'Iran central n'est pas un bloc totalement rigide, sa déformation interne modérée est néanmoins responsable d'un aléa sismique significatif. Ainsi, des séisme forts et peu fréquents caractérisent les failles décrochantes dextres à faibles taux de glissement qui découpent l'Iran central et oriental. La sommation de ces taux de glissement du Plateau iranien jusqu'à la limite avec l'Afghanistan ne semble pas en accord avec les données GPS disponibles.