Effets sismiques d’un matériau crustal profond à haute densité dans le sud‑est de la péninsule coréenne

Un poids caché sous la croûte

Pourquoi deux des plus forts séismes enregistrés en Corée du Sud ont‑ils frappé presque la même région à seulement un an d’intervalle ? Cette étude dépasse les explications classiques fondées sur les collisions de plaques et les activités humaines pour se concentrer sur un acteur beaucoup moins visible : une dalle rocheuse dense enfouie profondément dans la croûte sous le sud‑est de la péninsule coréenne. En modélisant la façon dont ce matériau dense fléchit la croûte et reconfigure les contraintes sur les failles, les auteurs montrent que ce qui se trouve à des dizaines de kilomètres de profondeur peut discrètement préparer les failles à produire de puissants séismes en surface.

Une région à secousses inhabituelles

Les séismes de Gyeongju en 2016 et de Pohang en 2017, tous deux de magnitude 5,5, sont survenus près du système de failles de Yangsan dans le sud‑est de la Corée, une zone déjà connue pour son activité sismique relativement élevée. L’événement de Pohang a attiré l’attention internationale car il a été lié à l’injection de fluides lors d’un projet géothermique, mais le volume d’eau injectée était trop faible pour expliquer complètement l’importante énergie libérée par le séisme. Parallèlement, les mesures gravimétriques sur cette région révèlent une forte anomalie positive, indice de la présence d’un matériau inhabituellement dense en profondeur. Des études sismiques et magnétiques antérieures suggéraient la présence d’une épaisse zone de roches mafiques, riches en fer et magnésium, considérée comme formée par l’accumulation et la solidification de magma à la base de la croûte lors de l’ouverture de la mer de l’Est il y a des millions d’années.

Une dalle enfouie qui plie la croûte

Les chercheurs ont cherché à comprendre comment ce matériau à haute densité, interprété comme un sous‑plaquage magmatique, modifie les contraintes dans la croûte et influence les failles majeures. Ils ont d’abord utilisé des données gravimétriques et sismiques détaillées pour construire une coupe bidimensionnelle de la densité crustale depuis l’intérieur des terres coréennes jusqu’à la mer de l’Est, puis l’ont convertie en un modèle tridimensionnel de la région. Dans leurs simulations, le corps dense se situe juste au‑dessus de la frontière croûte‑manteau, et il est plus épais à l’est sous la zone côtière et plus mince vers l’ouest à l’intérieur des terres. Parce qu’il est plus lourd que la roche environnante, il agit comme un poids enfoui qui enfonce lentement la croûte là où il est épais, tout en provoquant un fléchissement ascendant modéré près de ses bords.

Chaleur, écoulement et redistribution des contraintes

La température joue un rôle crucial dans ce récit. Les mesures terrestres et marines montrent que le sud‑est de la Corée et le bassin adjacent d’Ulleung sont plus chauds que la moyenne de la péninsule coréenne. Les roches plus chaudes dans la croûte inférieure et le manteau supérieur sont plus ductiles et s’écoulent plus facilement, permettant au corps dense de s’enfoncer davantage et de fléchir plus fortement la croûte sus‑jacente. L’équipe a exécuté des modèles viscoélastiques 3D avec différentes températures à la discontinuité croûte‑manteau, allant de conditions relativement fraîches à assez chaudes. Dans les cas les plus chauds, la couche dense a tiré plus vers le bas, amplifiant les variations de contrainte dans la partie supérieure de la croûte. Directement au‑dessus de la partie orientale plus épaisse, le poids subsident a créé une contrainte supplémentaire en compression ; vers la marge occidentale plus mince, le fléchissement a généré des zones de tension. Ces différences de contrainte s’étendaient vers le haut jusqu’aux profondeurs où se produisent les séismes et vers l’extérieur sur plusieurs dizaines de kilomètres.

Des failles plus proches de la rupture

Pour évaluer comment ce chargement profond pourrait influencer les séismes réels, les auteurs ont calculé les changements d’une grandeur appelée contrainte de rupture de Coulomb sur des failles cartographiées, y compris les plans qui se sont rompus lors des événements de Gyeongju et de Pohang. Des changements positifs signifient qu’une faille est poussée vers une rupture plus proche ; des changements négatifs signifient qu’elle est stabilisée. Même sans le corps dense, la compression tectonique lointaine due aux mouvements des plaques chargeait déjà de nombreuses failles dans le sud‑est de la Corée. L’ajout de la couche à haute densité a toutefois augmenté de façon systématique la contrainte de rupture d’environ 0,2 à 1 mégapascal sur les plans de faille de Pohang et Gyeongju et sur plusieurs segments de failles voisins, en particulier au‑dessus de la partie orientale plus épaisse du corps. Ces augmentations de contrainte étaient supérieures aux variations de contrainte directes estimées pour l’injection de fluides de Pohang, et elles devenaient plus importantes à mesure que la croûte modélisée devenait plus chaude et mécaniquement plus faible.

Repenser l’aléa sismique dans les régions « stables »

Ce travail conclut qu’une tranche profonde et lourde de roche sous le sud‑est de la Corée a, discrètement et sur de longues périodes, augmenté la contrainte de fond sur les failles, ce qui aide à expliquer pourquoi cette région a connu les séismes récents les plus marquants du pays. Les activités humaines telles que l’injection de fluides peuvent encore agir comme le déclencheur final, mais seulement parce que les failles étaient déjà proches d’un état critique en raison d’un chargement tectonique amplifié par le corps dense enfoui. Pour les populations vivant dans des zones souvent considérées comme géologiquement stables, le message est clair : l’aléa sismique n’est pas défini uniquement par les limites de plaques. Des variations subtiles de densité crustale, de température et de rhéologie peuvent concentrer les contraintes loin des bords de plaque ; des évaluations robustes du risque sismique doivent donc sonder en profondeur, en intégrant gravimétrie, flux de chaleur et imagerie souterraine détaillée aux côtés des modèles tectoniques classiques.

Citation: Kim, M., Choe, H., Cheon, Y. et al. Seismic effects of deep crustal high-density material in the southeastern Korean Peninsula. Commun Earth Environ 7, 328 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03345-x

Mots-clés: séismes intraplaques, aléa sismique, sous‑plaquage magmatique, contraintes crustales, péninsule coréenne