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Nature (2023)Citer cet article

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Les charges hydrologiques peuvent stimuler la sismicité dans la croûte terrestre1. Cependant, les preuves du déclenchement de grands tremblements de terre restent insaisissables. La faille sud de San Andreas (SSAF) dans le sud de la Californie se trouve à côté de la mer de Salton2, un vestige de l'ancien lac Cahuilla qui s'est périodiquement rempli et asséché au cours du dernier millénaire3,4,5. Ici, nous utilisons de nouvelles données géologiques et paléosismiques pour démontrer que les six derniers tremblements de terre majeurs sur le SSAF se sont probablement produits pendant les hauteurs du lac Cahuilla5,6. Pour étudier les relations causales possibles, nous avons calculé les changements de contrainte de Coulomb en fonction du temps7,8 dus aux variations du niveau du lac. En utilisant un modèle entièrement couplé d'une croûte poroélastique9,10,11 recouvrant un manteau viscoélastique12,13, nous constatons que les charges hydrologiques ont augmenté la contrainte de Coulomb sur le SSAF de plusieurs centaines de kilopascals et les taux de contrainte de faille de plus d'un facteur 2, ce qui est probablement suffisant pour déclencher un tremblement de terre7,8. Les effets déstabilisants de l'inondation du lac sont renforcés par un pendage de faille non vertical14,15,16,17, la présence d'une zone endommagée par la faille18,19 et la diffusion latérale de la pression interstitielle20,21. Notre modèle peut être applicable à d'autres régions dans lesquelles la charge hydrologique, qu'elle soit naturelle8,22 ou anthropique1,23, était associée à une sismicité substantielle.

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Ce travail a été soutenu par le Southern California Earthquake Center (subvention 21091) à MW et NSF (EAR-1841273), la NASA (80NSSC22K0506) et l'USGS (G20AP00051) à YF Cette recherche a bénéficié d'une correspondance avec R. Guyer. Ce projet a utilisé les données de faille quaternaire de l'USGS. Nous reconnaissons l'utilisation du cluster de calcul haute performance CSRC à l'Université d'État de San Diego.

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Ryley G. Hill, Matthew Weingarten et Thomas K. Rockwell

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Ryley G. Hill et Yuri Fialko

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RGH a construit le modèle par éléments finis, effectué une analyse des résultats du modèle et rédigé le manuscrit. MW a géré l'étude, aidé à construire le modèle, fourni l'accès au logiciel de modélisation, obtenu des financements, aidé à concevoir l'expérience et commenté le manuscrit. TKR a réalisé l'analyse paléosismique, conçu l'expérience et contribué au manuscrit. YF a fourni des conseils sur la modélisation et l'interprétation des résultats du modèle et a contribué au manuscrit.

Correspondance à Ryley G. Hill.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature remercie les relecteurs anonymes pour leur contribution à la relecture par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

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Résultats des tests statistiques de Monte Carlo (10 000 échantillons) basés sur l'échantillonnage des distributions PDF des tremblements de terre et des horaires des lacs. Après avoir échantillonné les PDF des tremblements de terre, nous déterminons combien tombent à l'intérieur des horaires du lac lorsque le lac était plein à plus de 70 %. Nous comparons ces temps à une distribution aléatoire uniforme de sept fois sur la même plage de temps de chargement du lac. Nous constatons que les moments moyens qui se produisent dans les lacs sont > 97 % des moments des tremblements de terre d'une distribution aléatoire uniforme qui se produisent dans les lacs.

Domaine du modèle de la méthode des éléments finis 3D. Le maillage du modèle contient environ 2 millions d'éléments de tétraèdre. La couleur bleu clair représente l'étendue de l'ancien lac Cahuilla. La charge verticale prescrite est hydrostatique, jusqu'à la hauteur d'eau maximale du lac (97,2 m). La ligne rouge continue est la trace de défaut SSAF. La zone de faille est modélisée comme une dalle plongeant vers le nord-est à 60° (réf. 54), avec une épaisseur supposée de 200 m (réf. 19, 46, 84).

Pression interstitielle (MPa) sur le SSAF en fonction du temps (année CE) à 7 km de profondeur pour l'emplacement 21, un point sur la faille près du centre du lac (voir Fig. 5 supplémentaire). Chaque modèle est basé sur la perméabilité variable de la faille, le modèle 1 étant le plus perméable et le modèle 5 la zone sans dommage (Extended Data Table 2).

Modèle analytique 1D de la pression interstitielle pour une variété de profondeurs différentes (bleu) avec la pression interstitielle au niveau du lac de surface (noir). Le plus petit profil de surface de 1905 à nos jours est le Salton Sea2. Le modèle 2 de la méthode des éléments finis à 7,2 km de profondeur (ligne verte) montre l'effet de la diffusion 3D avec une zone endommagée par une faille à haute perméabilité intégrée dans une roche hôte à faible perméabilité. Le modèle de la méthode des éléments finis à 7,2 km ressemble à la pression interstitielle dans le cas analytique 1D à 1 km, démontrant comment une zone endommagée par une faille peut transmettre efficacement la pression interstitielle à la profondeur. y = 0,1685 ; kdéfaut = 1e−15 (m2) ; khost/modèle 1D = 1e−18 (m2).

Similaire à la Fig. 4a mais pour un point plus éloigné du centre du lac (point 24 dans la Fig. 5 supplémentaire).

Les effets instantanés et transitoires des effets non drainés et drainés. A t = 0, l'effet non drainé se fait sentir presque instantanément dans tout le milieu poroélastique sous le lac. Au fil du temps, cet effet tente de s'équilibrer en profondeur. A t = 0, l'effet drainé ne se fait sentir que pour le milieu poroélastique de surface et le fond du lac. Au fil du temps, cet effet augmente la pression interstitielle à mesure que la diffusion entraîne le fluide de la surface vers le bas. De plus, lorsque la charge du lac est appliquée, des zones de compression se forment immédiatement sous le lac, tandis que des zones d'extension se forment près des bords.

Ce fichier contient des figures supplémentaires. 1–11.

Calcul des tranches d'âge probables sur la base des mesures de radiocarbone de Rockwell et al.6.

Évolution spatio-temporelle de la pression interstitielle. Cette vidéo décrit le changement de pression interstitielle relative à travers le SSAF pour chaque pas de temps dans notre modèle des six cycles de charge de lac de l'ancien lac Cahuilla qui inclut également la charge de la mer de Salton. Le point * sur la faille est l'emplacement de la pression interstitielle maximale pour une profondeur sismogène moyenne de 7 km. La pression interstitielle à chaque étape associée à * est tracée à droite. Deux autres courbes sont tracées qui représentent un rapport de quelle partie de la faille a une pression interstitielle positive. La ligne noire correspond à la pression interstitielle à 7 km de profondeur et la ligne grise correspond à la pression interstitielle sur l'ensemble de la faille.

Évolution spatio-temporelle du SFC. Cette description est la même que pour la vidéo supplémentaire 1, sauf pour le CFS au lieu de la pression interstitielle.

Évolution positive/négative du SFC. Cette vidéo décrit le CFS positif binaire (rouge) par rapport au CFS négatif (bleu) à travers le SSAF pour chaque pas de temps dans notre modèle. Un * noir tracé sur le plan de faille représente l'emplacement à chaque pas de temps avec le CFS maximum pour l'ensemble de la faille. Deux lignes sont tracées sur la droite, qui représentent le rapport positif (rouge) contre négatif (bleu) pour le CFS sur le SSAF.

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Réimpressions et autorisations

Hill, RG, Weingarten, M., Rockwell, TK et al. Séismes majeurs du sud de San Andreas modulés par des événements de remplissage de lac. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06058-9

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Reçu : 15 juillet 2022

Accepté : 05 avril 2023

Publié: 07 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-023-06058-9

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