Caractérisation de failles actives en Asie centrale et en Chine à l'aide d’une méthode géophysique légère

Abstract

La caractérisation de failles actives constitue un enjeu majeur pour l’évaluation de l’aléa sismique. L’objectif principal de ce mémoire est de tester la méthode Horizontal to Vertical Spectral Ratio (HVSR) sur des failles décrochantes en évaluant sa capacité à identifier leur présence sur base de la polarisation potentielle, induite par la faille, des ondes sismiques. Pour ce faire, deux failles décrochantes d’Asie centrale et de Chine ont été étudiées au cours de deux missions. La première est la faille de Talas-Fergana. Située au Kirghizistan, elle est la plus longue faille décrochante dextre d’Asie centrale. La deuxième est la faille de Xianshuihe. Localisée dans le sud-ouest de la Chine, elle est l’une des failles les plus actives du pays. À cela s’ajoute l’étude de glissements de terrain provoqués par le mouvement de ces failles. Le principe de la méthode HVSR repose sur l’enregistrement du bruit sismique ambiant en trois composantes, à partir duquel est calculé le rapport spectral H/V, dans le but d’identifier la fréquence de résonance caractéristique du site. Cette fréquence permet ensuite de déterminer la profondeur d’interface entre les dépôts sédimentaires et le substratum rocheux sous-jacent. Contrairement aux méthodes géophysiques classiques lourdes comme la sismique réflexion ou la tomographie électrique, cette méthode est dite légère en raison de sa facilité à mettre en œuvre et son coût d’exécution relativement peu élevé. Suites aux deux campagnes de terrain, un total de 76 mesures HVSR réparties sur six sites a été effectué. Malgré l’importance de ces deux failles, les résultats montrent que la présence de celles-ci ne peut pas être clairement mise en avant. Le signal enregistré va notamment être influencé par une épaisseur importante de sédiments non impactés par la faille ou un effet topographique provoqué par des éléments tels qu’une crête de montagne ou un escarpement. En revanche, les mesures réalisées sur les glissements de terrain ont permis de les délimiter spatialement en termes de profondeur. La base de l’avalanche rocheuse de Karasuu a pu être estimée à 200 m de profondeur soit 193 m d’épaisseur. Il est donc conclu que la méthode HVSR à elle seule ne constitue pas une méthode géophysique adaptée à l’identification de failles décrochantes en milieu montagneux.

The characterization of active faults is a major challenge in seismic hazard assessment. The primary objective of this thesis is to test the Horizontal to Vertical Spectral Ratio (HVSR) method on strike-slip faults by evaluating its ability to identify their presence based on the potential polarization of seismic waves induced by the fault. To this end, two strike-slip faults in Central Asia and China were studied during two field missions. The first is the Talas-Fergana Fault. Located in Kyrgyzstan, it is the longest rightlateral strike-slip fault in Central Asia. The second is the Xianshuihe Fault. Situated in south-west China, it is one of the country’s most active faults. In addition, landslides triggered by the movement of these faults were also studied. The principle of the HVSR method is based on the recording of ambient seismic noise in three components, from which the H/V spectral ratio is calculated, with the aim of identifying the characteristic resonance frequency of the site. This frequency is then used to determine the depth of the interface between sedimentary deposits and the underlying bedrock. Unlike conventional heavy geophysical methods such as reflection seismics or electrical tomography, this method is considered light due to its ease of implementation and relatively low execution cost. Following the two field campaigns, a total of 76 HVSR measurements distributed across six sites were carried out. Despite the significance of these two faults, the results show that their presence cannot be clearly highlighted. The recorded signal is notably influenced by a substantial thickness of sediments unaffected by the fault, or by topographic effects caused by features such as a mountain ridge or an escarpment. On the other hand, measurements taken on the landslides made it possible to spatially delineate them in terms of depth. The base of the Karasuu rock avalanche was estimated at a depth of 200 m, corresponding to a thickness of 193 m. It is therefore concluded that the HVSR method alone does not constitute a suitable geophysical method for identifying strike-slip faults in mountainous environments.