Une nouvelle histoire d'origine pour la faille mortelle de Seattle.

6 février 2024

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par Rebecca Dzombak, de l'American Geophysical Union

La zone de la faille de Seattle est un réseau de failles peu profondes qui traversent les basses terres du Puget Sound, menaçant de provoquer des séismes dommageables pour les plus de quatre millions de personnes qui y vivent.

Une nouvelle histoire de l'origine, proposée dans une nouvelle étude, pourrait expliquer les premières années du système de failles et aider les scientifiques à améliorer le modèle de risque pour cette région densément peuplée. L'étude est publiée dans le journal Tectonics.

La faille de Seattle est active aujourd'hui en raison des forces exercées sur la région par la déformation tectonique continue, à la fois vers l'ouest et vers le sud, mais cela n'a pas toujours été le cas. Le paysage de Washington à l'époque de l'Eocène était différent d'aujourd'hui, avec une ligne de côte bien à l'est de l'endroit où se trouve aujourd'hui Seattle et une chaîne d'îles volcaniques ponctuant l'horizon en mer.

L'étude suggère qu'il y a environ 55 millions d'années, cette chaîne d'îles a été attirée vers le continent. Lorsqu'elle a heurté la plaque nord-américaine, une partie est passée au-dessus de la croûte tandis que le reste a été aspiré en dessous. La croûte aurait été soumise à de fortes contraintes et déchirée entre ces deux parties. Cette ancienne zone de déchirure a préparé le terrain géologique pour la faille de Seattle moderne, affirment les auteurs de l'étude.

"C'était une surprise totale", déclare Megan Anderson, géophysicienne à la Washington Geological Survey et autrice principale de l'étude. "Ce n'était pas quelque chose que nous recherchions initialement, mais nos résultats prédisent une ancienne faille majeure à l'endroit où se trouve aujourd'hui la faille de Seattle."

Le Nord-Ouest Pacifique se situe juste à l'intérieur de la zone de subduction de Cascadia, où la croûte océanique dense est attirée sous le continent. En 1700, une rupture d'environ 1000 kilomètres (620 miles) de la zone de subduction a provoqué un séisme massif d'une magnitude comprise entre 8,7 et 9,2 ; des séismes plus petits ont secoué la région tout au long du XXe siècle et, plus récemment, lors du séisme de Nisqually en 2001.

La faille de Seattle a été notablement activée en 923-924 après J.-C., selon les traditions orales locales indigènes et les preuves géologiques le long du littoral du Puget Sound.

Malgré l'activité sismique de la région, les scientifiques n'ont commencé à étudier sérieusement la zone de la faille de Seattle qu'à partir des années 1990.

"Il y a beaucoup plus d'incertitude concernant la faille de Seattle que, par exemple, la faille de San Andreas", explique Anderson. "La faille de Seattle pourrait générer un séisme d'une magnitude d'environ 7,2, et nous voulons être préparés. Il y a encore beaucoup à apprendre pour que les géologues en génie civil puissent réaliser de meilleures simulations de séismes et comprendre les risques potentiels pour nos communautés."

Les travaux précédents visant à déterminer la géométrie de la faille de Seattle en profondeur reposaient principalement sur des données sismiques, qui sont des ondes sonores se déplaçant à travers les couches rocheuses souterraines et y étant réfléchies. Les données ont révélé des failles et des structures géologiques interprétées différemment par les sismologues et les géologues. Ils savaient que la région abritait une grande zone de failles, mais les scientifiques avaient proposé différentes manières dont les parties de la faille sont connectées, sa profondeur et sa pente à travers le socle rocheux.

Anderson et ses coauteurs ont entrepris de tester les hypothèses existantes sur la géométrie de la zone de faille en cartographiant le socle rocheux sur des kilomètres de profondeur à travers l'ouest de Washington et en dressant une image plus complète de la structure géologique de la région. La gravité et les champs magnétiques varient à la surface de la Terre en fonction de la densité et de la composition des roches, Anderson a donc compilé ces données pour l'ouest de Washington et les a associées aux données sismiques.

Les chercheurs ont également prélevé des échantillons de roches dans des formations géologiques correspondant à différentes parties de la faille et du système montagneux anciens.

Les chercheurs ont utilisé des modèles informatiques pour voir lesquels, le cas échéant, des hypothèses correspondaient aux données de gravité, de magnétisme et de sismicité. Les données de gravité ne montraient pas de motif complexe, mais les données magnétiques révélaient un secret clé qui avait échappé aux données sismiques : en profondeur dans la croûte, le socle rocheux alternait de manière cohérente entre une plus grande et une plus faible magnétisation, suggérant des couches inclinées de roches changeantes.

En vue de la carte, les caractéristiques de chaque côté de la zone de la faille de Seattle s'éloignent l'une de l'autre ; au nord de la zone de la faille de Seattle, les structures sont orientées nord-nord-ouest, tandis qu'au sud, elles sont orientées nord-nord-est.

Ces orientations déconcertantes ont interpellé Anderson ; elles laissaient entrevoir une ancienne chaîne de montagnes, mais pour le vérifier, Anderson devait faire correspondre les données de vue de la carte avec des roches plus profondes. Pour relier la vue de la carte à la géologie connue en profondeur du socle rocheux, Anderson a modélisé un profil vertical des roches souterraines et a constaté que certaines de ces structures s'inclinent à des orientations différentes en profondeur également.

'These are all very different orientations,' Anderson said. 'It's very hard to do that unless there's a place where the structures get disconnected from each other and then restart.'

Anderson had stumbled upon a new possible explanation for the Seattle fault zone's early history and why it's reactivated today.

The data suggested that about 55 million years ago, as the subduction zone pulled in a string of oceanic islands, the northern half of the island chain was subducted, but the southern half was added to the top of the crust, or obducted. Over a couple million years, as the islands were obducted, they crumpled into a fold-and-thrust mountain belt with topography similar to the Blue Ridge Mountains of Appalachia today.

The zone where the islands switched from being subducted to being accreted would have been under incredible strain and been ripped apart.

'It would have been this slow, ongoing tear, almost like the crust unzipping itself,' Anderson said. 'As this progressed, the tear fault got longer and longer.'

And that 'torn' region overlaps perfectly with the modern Seattle fault zone.

The intense tearing would have stopped after the islands were crunched into the continent, but the damage was done. The zone of intense tearing created a fragmented, weakened crust, setting the geologic stage for the modern Seattle fault zone.

Beyond explaining why the fault zone exists, the study's results about the geometry of Washington's more ancient faults and geologic structures provide valuable details about the bedrock under and within the Seattle basin. This basin is filled with kilometers of looser sedimentary rock, which makes seismic ground shaking stronger, and the new data can help scientists make more accurate models of future ground shaking in the area.

Anderson is excited to use her findings to study western Washington's active faults next.

'This buried tectonic story was so much fun to discover, and now it will provide a great basis for getting back to answering our original questions about active fault geometry for the Seattle fault and other faults in western Washington,' Anderson said.

Provided by American Geophysical Union