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Le séisme du Sichuan du 12 mai 2008 Magnitude 7.9

Contacts à l’ENS : Rodolphe Cattin, Julia de Sigoyer, Manu Pubellier

Le laboratoire de Géologie de l’ENS en collaboration avec le CRPG-G2R Nancy, CEREGE Aix et l’EOST (Strasbourg) travaille depuis plusieurs années dans la région du Sichuan (Chine) où vient de se produire le séisme dévastateur du 12 mai 2008 (M 7.9). Nous résumons ici quelques travaux en cours au laboratoire. Ces activités de recherche ont été financées par le Cnrs/INSU (Relief, Dyeti, ANR).

- Les plaques tectoniques en présence

- Le front de chaîne

- La faille sur le terrain

- Le contexte géologique

- Les chantiers engagés sur la chaîne des Longmen Shan et la chaîne de Songpan Garze

- Les missions de terrain dans la région

- Caractérisation des structures à l’échelle lithosphérique : campagne sismologique

Caractérisation des structures à l’échelle du terrain : étude pétrostructurale

- La faille de Beichuan

- Déformation cataclasique sur la faille de Beichuan

- La faille de Wenchuan

- La faille de Wenchuan cassante

Etude géomorphologique

- La thermochronologie : profils verticaux

- Incision des rivières

Pour en savoir plus :

- Le projet Longmen Shan
- USGS


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Cadre géodynamique
Le séisme s’est produit sur la bordure orientale du Tibet, à la frontière tectonique entre celui-ci et le bloc Chine du Sud. Dans cette région, l’Inde vient percuter l’Eurasie à grande vitesse (environ 4 cm/an). Les données GPS récentes montrent peu de mouvement au travers du système de failles qui vient de casser.

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Front de Chaîne
Photo du front de la chaîne des Longmen Shan en regardant vers le bassin du Sichuan à l’Est. C’est cette zone qui a été dévastée par le seisme du 12 mai 2008. Photo prise en avril 2007 par J. Vergne, EOST.

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Faille de Beichuan qui a rompue lors du séisme du 12 mai 2008
Photos de la faille de Beichuan, prises en mai 2004 à quelques kilomètres seulement de l’épicentre. La faille de Beichuan sépare le massif cristallin du Pengguan (socle) de la couverture sédimentaire triassique.

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Carte géologique, séisme (M 7.9) et répliques
Cette carte superpose un fond topographique, la carte géologique simplifiée, l’épicentre du séisme (M 7.9) et les répliques principales pendant les deux jours qui ont suivi le seisme. On constate que l’épicentre se situe sur la bordure sud-ouest du massif cristallin du Pengguan, là où les failles majeures de Wenchuan et de Beichuan se rejoignent. Les répliques semblent suivrent le front de la chaîne. La rupture a probablement affecté la faille de Beichuan et des failles situées plus en avant dans le front de chaîne (affectant la couverture sédimentaire allochtone).

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Carte géologique montrant les zones où notre équipe mène ses recherches
Les points jaunes représentent les points d’échantillonnages et d’observations relatives à 5 missions de terrain géologiques et géomorphologiques de 2002 à 2007. Le rond vert représente l’épicentre du séisme du 12 mai 2008. Cette zone a connu une histoire géologique polyphasée, débutant au Trias. Afin d’appréhender toute la complexité de la zone nous avons adopté une démarche pluridisciplinaire. Ainsi pour obtenir une image des structures à l’échelle lithosphérique une expérience de sismologie passive a été effectuée (2005-07). Des études de géomorphologie ont permis d’identifier les zones de forte dénudation depuis quelques millions d’années. Enfin la caractérisation des structures actuelles et anciennes à l’échelle du terrain a été menée lors de mission de terrain. Une étude pétrologique et géochimique est également en cours dans cette région pour remonter à son histoire thermique. Une dizaine de missions de terrain et sismologiques ont été effectuées dans la région. Nous disposons de données inédites sur la géométrie des structures depuis l’échelle lithosphérique jusqu’à l’échelle de la lame mince.

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Carte géologique du Sichuan et coupe géologique NW-SE.
La chaîne des Longmen Shan est née au Trias de la convergence oblique entre le craton du Yangtze (sur lequel repose le bassin du Sichuan) et le bloc de Songpan Garze (plateau tibétain). Cette chaîne de montagne et les failles qui la limitent (faille de Wenchuan et de Beichuan) ont été réactivées depuis le Tertiaire en réponse à la collision Inde Asie. La faille de Wenchuan-Maowen correspond à la limite ouest du massif cristallin du Pengguan. La faille de Beichuan-Yingxiu se localise à l’est du massif du Pengguan quand il affleure. Elle se trouve entre les sédiments Sinien à Silurien et la nappe de Tangwangzhai lorsque le socle n’est pas exhumé. Des failles et des klippes sont également observées sur le front de la chaîne.

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Expérience de sismologie passive (Jérôme Vergne, Gérard Wittlinger, Zhu Jieshou, Alexandra Robert, Véronique Farra, Georges Herquel)
De novembre 2005 à mars 2007, 35 stations sismologiques ont été déployées (cf. figure) à travers la chaîne des Longmen Shan, la zone de Songpan-Garze et la partie NE de la faille de Xianshuhe. Cette expérience a comme principal objectif de préciser la géométrie des principales interfaces lithosphériques (Moho, LAB, interfaces intra-crustales) ainsi que les propriétés (vitesse, anisotropie) des différentes couches qu’elles délimitent. Cette expérience a été réalisée en collaboration et avec le soutien de nos partenaires chinois de l’Université Technologique de Chengdu (prof. Zhu Jieshou). En parallèle, une campagne de micro-gravimétrie, pilotée par nos collègues de l’Université de Hong Kong (Prof. Lung Chan) a été effectuée le long de la partie Est du profil. Les données sismologiques sont actuellement en cours de traitement (thèse d’Alexandra Robert).

La faille de Beichuan

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La faille de Beichuan données géologiques et pétrologiques. Etude menée par Julia de Sigoyer et Manuel Pubellier
Ce document contient des photos de part et d’autre de la faille de Biechuan et des données pétrologiques acquises sur ces échantillons. L’étude que nous avons menée a permis de montrer que la faille de Beichuan (que l’on voit sur la première figure) est une faille essentiellement chevauchante (un peu de décrochement a été décrit sur cette faille). Elle sépare le massif cristallin de Pengguan à l’ouest, des sédiments triassiques à l’est. La déformation dans le massif cristallin se localise dans des veines dans lesquelles cristallisent des minéraux métamorphiques caractéristiques du faciès schistes verts (chlorite-épidote-micas blancs). La déformation dans les sédiments est cataclasique. Une étude des équilibres multiples chlorite-micas a été effectuée sur cette bordure du massif du Pengguan. Elle montre que ces roches ont subi une exhumation depuis 10 kbar (équivalent à 30 km de profondeur) à basse température (<400°C). La thermometrie sur la matière organique effectuée par spectroscopie Raman dans les sédiments cataclasés montrent des températures de l’ordre de 350°C sous le chevauchement. L’accès à cette faille est souvent difficile à cause du couvert végétal.

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Faille de Beichuan -cataclase
Photo de détail de la faille de Beichuan dans la zone de l’épicentre du seisme du 12 mai 2008. Cette photo montre une déformation cataclasique sur cette faille. Photo prise en octobre 2007 par A. Billerot.

La faille de Wenchuan

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Etude pétrostructurale de la zone de cisaillement de Wenchuan menée par Julia de Sigoyer et Manuel Pubellier
La zone de cisaillement de Wenchuan est une zone de déformation ductile qui peut atteindre 10 km de largeur. La zone de cisaillement ductile se caractérise par une schistosité sub verticale compatible avec un jeu décrochant plus ancien. Des plis en fourreau sont associés à cette phase de déformation. L’étude métamorphique de cette zone de cisaillement montre qu’elle a permis d’exhumer des roches chaudes (environ 580°C) mais de relativement faible profondeur 6kbar (18km de profondeur). Cette zone de déformation ductile est recoupée par une faille cassante tardive. Différentes générations de stries sont reconnues sur les miroirs de faille cassante, impliquant différents types de mouvements sur la faille (inverse, normale puis décrochant dextre).

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Faille cassante de Wenchuan
Photo du miroir de faille de la faille de Wenchuan montrant la réactivation cassante de cette faille. Photo prise en avril 2004 par J. de Sigoyer

Géomorphologie-Thermochronologie

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Carte d’échantillonage de l’expérience thermochronologie menée par Vincent Godard, Jérome Lavé, Raphaël Pik, Rodolphe Cattin
Afin de dater la surrection et le rôle des failles de Wenchuan et Beichuan dans l’exhumation du massif du Pengguan, une étude thermochronologique a été éffectuée. Pour ce faire des roches cristallines ont été échantillonnées le long de profils verticaux de part et d’autre des accidents. Les zircons et les apatites de ces roches ont été datés en U-Th-He.

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Carte d’incision des rivières établie par Vincent Godard