Physique de la source sismique

Un séisme est le glissement frictionnel soudain d'une faille qui libère la déformation élastique accumulée, rayonnant des ondes sismiques dont la configuration et l'amplitude encodent la géométrie, l'énergie et la dynamique de la rupture.

Definition

La physique de la source sismique est l'étude des processus mécaniques par lesquels une faille se rompt et rayonne de l'énergie sismique, caractérisant la source par son mécanisme focal, son moment sismique, sa chute de contrainte et sa dynamique de rupture.

Scope

Ce thème aborde la physique de la source sismique : le cadre du rebond élastique et du glissement saccadé (stick-slip), la friction de faille et la nucléation et propagation de la rupture, le système de force à double-couple et son diagramme de rayonnement, les mécanismes focaux, le tenseur du moment sismique et la magnitude de moment. Il traite des paramètres de source tels que la chute de contrainte, la vitesse de rupture et la distribution du glissement, ainsi que des relations d'échelle qui relient les petits et les grands séismes. L'accent est mis sur la manière dont la mécanique des failles détermine le champ sismique rayonné.

Core questions

• Qu'est-ce qui régit la nucléation, la propagation et l'arrêt d'une rupture de faille ?
• Comment le moment sismique est-il défini, et pourquoi la magnitude de moment est-elle préférée pour les événements de grande ampleur ?
• Que révèle le diagramme de rayonnement sur la géométrie de la faille et la direction du glissement ?
• Comment la chute de contrainte et la vitesse de rupture s'échelonnent-elles sur l'éventail des tailles de séismes ?

Key concepts

• Glissement saccadé (stick-slip) et cycle sismique
• Système de force à double-couple et diagramme de rayonnement
• Moment sismique et tenseur du moment
• Magnitude de moment et mise à l'échelle des séismes
• Chute de contrainte, vitesse de rupture et distribution du glissement

Key theories

Rebond élastique et glissement saccadé (stick-slip)

Le modèle de rebond élastique de Reid stipule que le chargement tectonique accumule la déformation élastique le long d'une faille bloquée jusqu'à ce que la rupture frictionnelle permette un glissement soudain ; des expériences de glissement saccadé (stick-slip) en laboratoire ont ensuite fourni le mécanisme frictionnel sous-jacent à ce cycle sismique.

Moment sismique et magnitude de moment

Le moment sismique, produit de la rigidité, de la surface de la faille et du glissement moyen, fournit une mesure physiquement fondée de la taille d'un séisme ; Kanamori l'a utilisé pour définir une magnitude de moment qui ne sature pas pour les grands séismes.

Mechanisms

La contrainte tectonique charge une faille maintenue par la friction ; lorsque la contrainte de cisaillement dépasse la résistance frictionnelle, le glissement se nucléée et se propage comme un front de rupture, la dislocation à travers la faille étant équivalente à un système de force à double-couple qui rayonne des ondes P et S avec un motif à quatre lobes, et la chute de contrainte accompagnant le glissement contrôle l'énergie rayonnée et les amplitudes du mouvement du sol.

Clinical relevance

La physique de la source détermine la taille, la localisation et les caractéristiques de rupture rapportées après un séisme, éclaire la prédiction du mouvement du sol et les modèles d'aléa sismique, et distingue les séismes naturels des explosions dans la surveillance des essais nucléaires.

History

Reid a formulé le concept de rebond élastique à partir du séisme de San Francisco de 1906 ; la représentation à double-couple a été résolue lors de débats au milieu du siècle, et la magnitude de moment de Kanamori de 1977, associée à l'inversion de routine du tenseur de moment, a rendu la caractérisation de la source quantitative et standardisée à l'échelle mondiale.

Key figures

• Harry Fielding Reid
• Hiroo Kanamori
• Christopher Scholz

Seminal works

• reid1910
• kanamori1977
• scholz2019

Frequently asked questions

Pourquoi la magnitude de moment a-t-elle remplacé l'échelle de Richter pour les grands séismes ?

Les magnitudes de Richter originales et apparentées saturent, sous-estimant la taille des plus grands séismes car elles sont basées sur des amplitudes d'ondes à période fixe ; la magnitude de moment est dérivée du moment sismique, une mesure physique directe du glissement et de la surface de la faille, elle reste donc précise pour les événements les plus importants.

Qu'est-ce que la chute de contrainte et pourquoi est-elle importante ?

La chute de contrainte est la différence entre la contrainte de cisaillement sur une faille avant et après son glissement ; elle influence la force avec laquelle un séisme rayonne de l'énergie à haute fréquence et par conséquent l'intensité du mouvement du sol pour une magnitude donnée.