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1 LGIT - Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique

Abstract : This work focuses on the seismic response of a volcano to different magmatic processes with the aim of sheding light on their driving physics as tracked by seismicity. We study seismic time series recorded at basaltic volcanoes and identify generic seismicity patterns characteristic of i inter-eruptive, ii reservoir feeding, iii reservoir leak, and iv dyke injection phases of volcanic activity. Seismicity recorded during repose phases mimics the behavior of -ordinary- tectonic seismicity. During the last phase immediately before an eruption, the stationary seismicity rate accompanying the dyke injection we observe on different volcanoes, reveals that the fluid-driven crack propagation is a scale independent stationary process. This is reminiscent of the brittle creep damage recorded in strain driven settings and it prevents any prediction of the eruption time. It argues for the stationary seismicity rate accompanying the intrusion to be a proxy for a constant magma supply rate from the magma reservoir. Through a numerical model of dyke propagation we validate the hypothesis of constant magma flow rate feeding the dyke in the volcano dynamics setting. The impact of such a model allows us to bound a minimum size for the magma reservoir and a maximum value for the magma overpressure at Piton de la Fournaise volcano. The exploration of the seismic sequence driven by the 2000 Izu Islands Japan dyke intrusion allows us to quantify the stress perturbations induced over space and time by this giant intrusive episode. We show that the dyke intrusion can be assimilated to a -slow event- mainshock, which allows to follow the evolution of the brittle damage of the rock matrix during fracture propagation. On Ubinas andesitic volcano, we resolve an average acceleration of Long Period LP seismicity prior to both, explosions and LP events. It brings new evidence for LP events to be brittle damage events within a fluid-filled conduit.

Résumé : Dans ce travail nous étudions la réponse sismique d-un volcan à différents processus magmatiques, avec l-objectif de remonter à la physique qui les dirige. Les séries temporelles de sismicité enregistrées sur des volcans basaltiques nous ont permis d-identifier des motifs caractéristiques d-activité sismique pendant les phases i inter-éruptive, ii d-alimentation du réservoir, iii de fissuration du réservoir et fuite du magma, et iv d-injection de dyke. La sismicité enregistrée pendant les phases de repos reproduit le comportement de la sismicité tectonique ordinaire. Pendant la dernière phase immédiatement précédente l-éruption, nous observons un taux de sismicité stationnaire sur différents volcans, qui accompagne l-injection du dyke. Il nous révèle que la propagation de la fracture, guidée par le fluide, est un processus stationnaire, indépendant de léchelle. De telles caractéristiques évoquent l-endommagement enregistré lors d-essais de fluage à déformation contrôlée, et impliquent l-impossibilité de prédire le temps d-occurrence de l-éruption. Cela suggère que le taux de sismicité stationnaire qui accompagne une intrusion est proportionnel à un taux constant d-approvisionnement de magma du réservoir. Grâce à un modèle numérique de propagation de dyke, nous avons validé l-hypothèse qu-un flux constant de magma qui alimente le dyke est en accord avec la dynamique du volcan. L-application de ce modèle nous permet alors de contraindre une taille minimale pour le réservoir magmatique et une valeur maximale pour la surpression du magma dans le réservoir du Piton de la Fournaise Réunion. L-exploration de la séquence sismique induite par l-intrusion d-un dyke en 2000 aux Îles Izu Japon nous permet de quantifier les perturbations de contrainte induites en temps et en espace par ce gigantesque dyke. Nous montrons que l-intrusion d-un dyke peut être assimilée à un -événement lent-. Cela nous permet de suivre l-évolution de l-endommagement de la matrice rocheuse au cours de la propagation de la fracture. Pour le volcan andésitique Ubinas Pérou, nous identifions une accélération moyenne de sismicité Long Période LP précédant les explosions et autres LP. Cela apporte de nouvelles évidences que les LP correspondent à un endommagement fragile au sein d-un conduit rempli de fluide.

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Keywords : seismology forcing volcano mechanics dynamics modeling statistics damage earthquakes Vesuvius

Mots-clés : sismologie séismes dyke fracture magma forçage intrusion réservoir volcan mécanique dynamique modélisation statistique endommagement Piton de la Fournaise Etna Vesuve Izu Miyakejima





Autor: Paola Traversa -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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