How wide is the seismogenic zone of the Lesser Antilles forearc?
| Other titles | Quelle est la largeur de la zone sismogène de l’avant-arc des Petites Antilles? | ||||||||||||
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| Type | Article | ||||||||||||
| Date | 2013 | ||||||||||||
| Language | English | ||||||||||||
| Author(s) | Gutscher Marc-Andre1, Westbrook Graham2, 4, Marcaillou Boris3, Graindorge David1, Gailler Audrey1, Pichot Thibaud1, 4, Maury Rene1 | ||||||||||||
| Affiliation(s) | 1 : Univ Brest, Univ Europeene Bretagne, CNRS, UMR6538,Lab Domaines Ocean,IUEM, F-29280 Plouzane, France. 2 : Univ Birmingham, Sch Geog Earth & Environm Sci, Birmingham B15 2TT, W Midlands, England. 3 : Univ Antilles Guyane, F-97157 Pointe a Pitre, Guadeloupe. 4 : IFREMER, Ctr Brest, F-29280 Plouzane, France. |
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| Source | Bulletin De La Societe Geologique De France (0037-9409) (Soc Geol France), 2013 , Vol. 184 , N. 1-2 , P. 47-59 | ||||||||||||
| DOI | 10.2113/gssgfbull.184.1-2.47 | ||||||||||||
| WOS© Times Cited | 5 | ||||||||||||
| Mot-Clé(s) | Zone sismogène, Séisme chevauchant, Modélisation thermique, Prisme d’accrétion, Petites Antilles | ||||||||||||
| French abstract | L’absence de grands séismes récents à mécanismes chevauchants dans la zone de subduction des Petites Antilles rend difficile l’évaluation de l’aléa sismique lié à de tels événements. L’arc des Petites Antilles est caractérisé par une faible vitesse de subduction et par la présence d’un prisme d’accrétion très développé à son extrémité méridionale. Afin d’évaluer les effets de la largeur de ce prisme sur la genèse des séismes, nous avons étudié six sections perpendiculaires à l’arc, du nord au sud de celui-ci, pour déterminer la largeur de la zone sismogène prédite par les modèles thermiques appliqués à chacune de ces coupes. La géométrie de ces dernières est contrainte par les profils sismiques publiés, par les modèles de structure crustale déduits des données gravitaires et sismiques, et enfin par la distribution des hypocentres des séismes. Un contrôle important permettant de tester la validité des modèles thermiques en profondeur est qu’une température minimale de 1 100oC, compatible avec la fusion partielle du manteau hydraté, doit être atteinte sous l’arc volcanique actif. Par ailleurs, le flux thermique en surface prédit par ces modèles doit être compatible avec les mesures de flux de chaleur. Les modèles thermiques retenus d’après ces critères montrent une augmentation du simple au double vers le sud de la largeur de la zone sismogène, qui correspond à un élargissement considérable de la taille du domaine avant-arc. En effet, la largeur minimale de la zone sismogène (définie comme la distance entre les intersections de l’interface des plaques avec les isothermes 150o et 350oC) augmente d’environ 80 km au nord de 16oN jusqu’à 230 km à 13oN. La largeur maximale de cette zone (définie par les intersections de l’interface avec les isothermes 100o et 450oC) augmente, quant à elle, d’environ 150 km au nord jusqu’à 320 km au sud de l’arc. Cette variation considérable est la conséquence de l’augmentation de la largeur du prisme d’accrétion, elle-même causée par l’accumulation croissante des sédiments déposés sur la plaque plongeante. Les largeurs de la zone sismogène prédites à l’aide des modèles thermiques sont en bon accord avec les rares données disponibles sur les séismes à mécanismes chevauchants dans la partie nord de l’arc. Les scénarios possibles relatifs à des méga-séismes de ce type n’excluent pas de futurs événements atteignant des magnitudes de 8 à 9. | ||||||||||||
| Keyword(s) | Seismogenic zone, Thrust earthquake, Thermal modeling, Accretionary wedge, Lesser Antilles | ||||||||||||
| Abstract | The Lesser Antilles subduction zone has produced no recent strong thrust earthquakes, making it difficult to quantify the seismic hazard from such events. The Lesser Antilles arc has a low subduction rate and an accretionary wedge that is very wide at its southern end. To investigate the effect of the wedge on seismogenesis, numerical models of forearc thermal structure were constructed along six transects perpendicular to the arc in order to determine the thermally predicted width of the seismogenic zone. The geometry of each section is constrained by published seismic profiles and crustal models derived from gravity and seismic data and by earthquake hypocenters at depth. A major constraint on the deep part of the model is that mantle temperature beneath the volcanic arc should achieve a temperature of 1,100 degrees C to generate partial melts. Predicted surface heat flow is compared to the available heat flow observations. Thermal modeling results indicate a systematic southward increase in the width of the seismogenic zone, more than doubling in width from north to south and corresponding to a dramatic southward increase in forearc width (distance from the arc to the deformation front of the accretionary wedge). The minimum width of the seismogenic zone (distance between the intersections of the subduction interface with the 150 degrees C and 350 degrees C isotherms) increases from about 80 km, north of 16 degrees N, to 230 km, at 13 degrees N. The maximum width (between the 100 degrees C and 450 degrees C isotherms) ranges from about 150 km in the north to up to 320 km in the south. This large variation in the width of the seismogenic zone is a consequence of the increasing width of the accretionary wedge to the south, caused by the increased thickness of sediment on the subducting plate. There is good agreement between the thermally predicted seismogenic limits and the sparse distribution of recorded thrust earthquakes, which are observed only in the northern portion of the arc. Possible scenarios for mega-thrust earthquakes are discussed. Depending on the segment length (along-strike) of the rupture plane, the occurrence of an event of magnitude 8-9 cannot be excluded. | ||||||||||||
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