Lithospheric structure of the volcanic province of cameroon from geophysical data

Abstract

La Province Volcanique du Cameroun est repartie en divers reliefs que sont les montagnes, les plateaux et les rifts. Cette diversité a alimenté la culture des géoscientistes de par la multitude des travaux déjà effectués le long de cette zone. Dans la continuité de ces travaux, nous étudierons la structure de la lithosphère à partir des données de tremblements de terre et plus particulièrement des téléseismismes ayant eu lieu dans le monde entre les années 2005 et 2007. La banque des dites données à trois composantes ayant servi à cette étude, a été enregistré par chacun des 32 sismomètres installés au Cameroun pendant cette période lors de la campagne sismique effectuée par une équipe de géoscientistes de l’Université de Yaoundé I, de l’Institut de recherche géologique et minière du Cameroun en partenariat avec les chercheurs de l’Université Penn State aux États Unis. La déconvolution itérative appliquée sur les ondes P- téléseismiques obtenues après sélection a permis d’obtenir des << fonctions récepteurs-P>>. Ces dernières sont par la suite inversées afin d’obtenir des modèles de vitesse des ondes S, fonction de la profondeur, associées à des fonctions récepteurs synthétiques permettant d’expliquer le comportement de l’onde et de la structure du milieu traversé. La zone d’étude, avec sa variation de relief, présente trois principaux résultats qui diffèrent selon les structures géologiques rencontrées. (1) Dans la partie Sud regroupant les Monts, la lithosphère dans sa partie crustale, présente un comportement mince et hétérogène avec une profondeur moyenne de 26,4 km dans la région du mont Cameroun et 35,8 km dans les autres localités de cette partie. La vitesse moyenne des ondes S est de 3,8 km/s. Dans sa partie mantellique, la lithosphère présente un comportement épais avec une limite variante entre 57,6 km et 78 km pour une vitesse moyenne des ondes S de 4,1 km/s. Cette limite de la lithosphère a été déterminée grâce à l’existence d’une zone de faible vitesse dont, la profondeur varie également entre 57,6 km et 118,8 km. La non-uniformité observée sur la profondeur en dessous de cette partie de la Province Volcanique du Cameroun serait due d’une part, à la présence de la zone de transition entre la partie continentale et océanique de la ligne volcanique du Cameroun qui, n’est rien d’autre que la Région du mont Cameroun et d’autre part à la variation des paramètres géologiques. (2) Dans la partie Nord, la lithosphère dans sa section crustale présenterait une structure également hétérogène mais épaisse avec une profondeur moyenne de 35,1 km dans la Région du plateau de l’Adamaoua, mince et hétérogène dans la région du rift de Garoua avec une profondeur moyenne de 28 km pour des vitesses des ondes S de 3,7 km/s et 3,8 km/s respectivement. La lithosphère dans sa partie mantellique, a un comportement contrairement mince en dessous de la Région du plateau de l’Adamaoua et épais en-dessous de la Région du Rift de Garoua moyennant une vitesse des ondes S de 3,9 km/s. La profondeur de la lithosphère varierait respectivement entre 73,8 km et 85 km d‟une part dans la Région du plateau de l’Adamaoua et entre 42 km et 67,2 km d’autre part dans a Région du Rift de Garoua. Ces valeurs de la profondeur de la lithosphère traduit bel et bien le faite que, la lithosphère est moins profonde sous les rifts que sous les plateaux et les monts. La zone de faible vitesse ayant permis de délimiter ces profondeurs de la lithosphère a également des épaisseurs variantes entre 73,8 km et 116,7 km d’une part dans la Région du plateau de l’Adamaoua et entre 42 km et 118,8 km dans la Région du rift de Garoua d’autre part. (3) Les fonctions récepteurs synthétiques associées aux modèles de vitesse des ondes S ont permis de ressortir des phases converties Ps, des phases converties multiples PpPs et PpSs traduisant le fait que, l’onde a réellement subit des conversions au niveau du Moho. Le temps de ces phases et phases multiples diffèrent néanmoins par rapport au type et la localité traversée. Ceci traduisant ainsi le caractère hétérogène de la croûte sous la Province Volcanique du Cameroun. Mais, certaines exceptions ont été obtenu aux stations CM09, CM15, CM21 et CM31 respectivement situées dans les localités de Ekona, Nkongsamba, Tibati et Yagoua où, les résultats n’ont pas été facile à interpréter. Ceci serait due au développement d’une activité volcanique dans les localités de Ekona et Nkongsamba d’une part et au développement d’une activité de faille dans les localités de Tibati et Yagoua d’autre part. Les dits résultats ainsi obtenus sont par la suite comparés à ceux existants déjà dans la littérature. Des similitudes ont été obtenues (la profondeur et le comportement structural de la croûte suivie de la vitesse des ondes S, l’existence de la zone de faible vitesse, les phases et phases multiples converties de l’onde au niveau du Moho). Mais, également des légères différences (le temps de phase et phases multiples converties de l’onde S et la profondeur de la croûte et de la lithosphère) qui, seraient dues aux types de données utilisées dans d’autres études d’une part (données gravimétriques, sismiques explosives et des ondes de surface) mais, également de la méthode employée d’autre part (méthodes potentielles, stack des fonctions récepteurs) dans d’autres études.