Investigation of suspected Holocene fault scarp near Montréal, Québec: The first paleoseismic trench in eastern Canada

Le Québec se situe dans une région intraplaque sujette à de nombreux séismes ayant causés desdommages (e.g. 1732 M5.8 Montréal, 1663 M7 Charlevoix, 1935 M6.2 Témiscamingue). Malgré une activité sis-mique régulière, la végétation dense, la déglaciation récente, les données sismiques sporadiques et le rythmede déformation lent ne concourent pas à l’identification de failles actives au Québec. Plusieurs modèles nu-mériques topographiques (MNT) dérivés d’imagerie lidar (2016) du sud de la province ont été examinés afind’identifier des candidats de failles sismiques post-glaciaires atteignant la surface, et montrent clairement unescarpement situé à∼50 km au Nord de Montréal. Trois méthodes géophysiques (géoradar, bruit ambiantsismique et réfraction sismique) ont été employées sur l’escarpement, qui montrent un décalage du soclerocheux à faible profondeur, confirmé par une première excavation de l’ordre de 1 m de profondeur. Ces ob-servations ont justifié l’excavation en juillet 2023 de la première tranchée paléosismique effectuée au Qué-bec, afin de confirmer la présence d’une faille sismique récente atteignant la surface. Cette tranchée révèlela présence d’un diamicton ne contenant aucun signe de déformation syn- ou post-glaciaire. Cet article pré-sente les observations ayant faussement mené à l’identification d’un escarpement érosif comme étant unefaille sismique. Il montre ainsi l’importance de réaliser des tranchées paléosismiques lors de l’identificationde failles actives, spécialement dans des environnements complexes. Cette étude permettra d’optimiser lesrecherches à venir dans le domaine de la paléosismologie au Québec et dans des environnements intracrato-niques au passé glaciaire.

Abstract

Québec has experienced historical damaging earthquakes in several seismic zones (e.g. 1732 M5.8 Montréal, 1663 M7 Charlevoix, 1935 M6.2 Témiscamingue). Despite a high seismicity rate, no surface-rupturing faults have been discovered due to a combination of dense vegetation cover, recent glaciation, sparse earthquake records, and low regional strain rates. We manually searched lidar-derived digital elevation models (DEMs) of the region to search for potential post-glacial surface-rupturing faults across southern Québec and identified a scarp ~50km north of Montréal. We performed three geophysical surveys (ground penetrating radar, depth estimates from ambient seismic noise, and refraction seismology) that revealed a buried scarp, confirmed with a <1 m-deep hand-dug test pit. These observations convinced us to excavate the first paleoseismic trench in Québec to test for the presence of a surface-rupturing fault in July 2023. We found a glacial diamict containing no signs of syn- or post-glacial deformation. In this paper, we present the observations that led to the identification of a scarp and hypothesized faulting. We highlight the importance of trenching to confirm recent fault scarps in challenging environments. We hope our study can be used to optimize future paleoseismic research in the province of Québec and similar intracratonic glaciated landscapes.

Mots clés

• neotectonics
• active faults
• earthquake hazard
• Remote Sensing