Seismicity and Seismotectonics of the Western Lake Ontario Region La sismicité et la sismotectonique de la partie ouest du lac Ontario Seismik und Seismotektonik des westlichen Teils der Ontario-See-Region

ABSTRACT

The western Lake Ontario region, a traditionally perceived area of low seismic risk, is densely populated and is home to, among other critical facilities, the nuclear reactors of Pickering and Darlington. These and other characteristics of the region call for improved estimates of seismic hazard. Due to a lack of understanding of the causative geological sources and recurrence characteristics of the reported seismic activity, there is considerable uncertainty regarding estimated ground motion parameters, a fundamental component of seismic hazard assessments. To attempt to improve the definition of the seismic source zones and, consequently, seismic hazard assessments, the hypocentres of about 30 local earthquakes were recomputed. A new data compilation, based on the revised locations or those with the least travel-time residuals, shows that local microearthquakes (ML"3.5) generally occur along, or at the intersection of, prominent aeromagnetic or gravity anomalies. A notable seismicity trend extends in a northeast-southwest direction between Toronto and Hamilton, and is bounded by magnetic lineaments. A major geological structure, the Central Metasedimentary Belt Boundary Zone (CMBBZ), coincides with a strong aeromagnetic anomaly which extends to the northeast into the Western Québec Seismic Zone. This magnetic lineament also extends to the south, across Lake Ontario, to join the Akron (Ohio) magnetic boundary that was associated with several historical earthquakes and with a mb=4.9 earthquake in 1986. Most of the seismic events recorded instrumentally in the 20th century have occurred within a depth range of 5 to 20 km. This observation supports the correlation of local earthquakes with deep geophysical and geological features, suggesting contemporary reactivation of basement structures. This may imply that a more conservative deterministic hazard estimate is needed to verify the probabilistic approach currently used to assess seismic hazard in southern Ontario.

RÉSUMÉ

Cette région, habituellement perçue comme étant de faible sismicité, est densément peuplée et abrite notamment les réacteurs nucléaires de Pickering et de Darlington. En vue de cela, on doit réévaluer les risques de séismes dans la région. Afin d'améliorer la détermination des sources sismiques et, par là, l'évaluation des risques sismiques, on a recalculé les hypocentres d'une trentaine de séismes locaux. Une nouvelle compilation des données, fondée sur les localisations corrigées ou sur celles comprenant le temps de propagation résiduel le plus court, montre que les microséismes locaux (ML=s3.5) surviennent généralement le long ou à l'intersection d'anomalies gravitaires ou aéromagnétiques prononcées. Une zone sismique appréciable s'étend du nord-est au sud-ouest, entre Toronto et Hamilton, et est bordée par des linéaments magnétiques. Une structure géologique majeure, l'aire limite de la zone métasédimentaire centrale, coïncide avec une forte anomalie aéromagnétique qui s'étend vers le nord-est, dans la zone sismique de l'ouest du Québec. Ce linéament magnétique s'étend aussi vers le sud, à travers le lac Ontario, pour rejoindre la limite magnétique d'Akron (Ohio) qui a été associée à de nombreux séismes connus et à un séisme de mb=4,9, en 1986. La plupart des séismes enregistrés par des instruments au cours du XXe s. se sont produits à des profondeurs de 5 à 20 km. Cette observation établit la corrélation entre les séismes locaux et les données géologiques et géophysiques en profondeur, indiquant ainsi une réactivation contemporaine des structures du socle. Cette conclusion implique qu'une évaluation déterministe plus classique des risques sismiques doit être faite afin de tester l'approche probabiliste actuellement entreprise pour évaluer les risques sismiques dans le sud de l'Ontario.

ZUSAMMENFASSUNG

Die westliche Ontario-See-Region, die man gewôhnlich fur eine Region mit niedrigem seismischem Risiko hait, ist dicht besiedelt und beherbergt unter anderen bedenklichen Einrichtungen die Kernkraftwerke von Pickering und Darlington. Dièse sowie andere Charakteristika der Region machen eine Verbesserung der Beurteilung des seismischen Risikos not-wendig. Um die Definition seismischer Ursprungszonen und dadurch die Einschàtzung des seismischen Risikos zu ver-bessern, hat man die Hypozentren von etwa 30 lokalen Erdbeben neu berechnet. Eine neue Datenzusammenstellung, gestùtzt auf korrigierte Lagebestimmungen oder solche mit der geringsten Restverbreitungszeit, zeigt, daB ôrtliche Mikroerdbeben (MLL^3.5) gewôhnlich entlang oder an der Kreuzung von deutlichen Aeromagnetik-oder Gravitations-Anomalien auftreten. Eine beachtliche seismische Zone erstreckt sich von Nordost nach Sùdwest zwischen Toronto und Hamilton und ist durch magne-tische Lineamente begrenzt. Eine bedeu-tende geologische Struktur, der Grenz-bereich des zentralen metasedimentâren Gùrtels, stimmt mit einer deutlichen aero-magnetischen Anomalie ùberein, die sich nach Nordosten in die seismische -Zone von West-Québec erstreckt. Dieses magnetische Lineament erstreckt sich auch nach Sùden, quer durch den Ontario-See und ver-bindet sich mit der magnetischen Grenze von Akron(Ohio), welche mit einigen historis-chen Erdbeben sowie einem mb"=4.9 Erdbeben von 1986 in Verbindung gebracht wurde. Die meisten seismischen Vorkom-men, die im 20. Jahrhundert festgestellt wurden, haben in einer Tiefe zwischen 5 bis 20 km stattgefunden. Dièse Feststellung stùtzt die Korrelationen ôrtlicher Erdbeben mit tiefgelegenen geophysikalischen und geologischen Charakteristika und weist auf eine zeitgenôssische Reaktivierung der Grundstrukturen. Dies kônnte zu dem SchluBB fùhren, daB eine mehr konservative deterministische Risikoeinschàtzung notwendig ist, um die gegenwàrtig gebrauchte Wahrscheinlichkeitsmethode bei der Einschàtzung von seismischen Risiken in Sud-Ontario zu ùberprùfen.