Située le long du fleuve Saint-Laurent à quelque 100 km en aval de Québec, la Zone sismique de Charlevoix (ZSC) est la plus active de l'est du Canada avec ses 5 séismes historiques de magnitude entre 6 et 7 et son activité micro-séismique continue. Entre octobre 1977 et décembre 1997, quelque 1500 tremblements de terre de magnitude variant entre -1.0 et 5.0 furent enregistrés par un réseau sismographique local. Les épicentres définissent une ellipse de 30 km par 85 km allongée parallèlement au fleuve, avec 99% des foyers moins profonds que 25 km (D99%). Les séismes ne sont pas distribués uniformément sur toute la superficie de la zone sismique, mais se concentrent en groupes séparés par des régions moins actives.
D'après l'équation de conduction de chaleur et d'un flux de chaleur à la surface typique du Grenville, la température à D99% fut estimée entre 215 and 355oC. Ces températures et les compositions déficientes en quartz présumées de la croûte moyenne et profonde impliquent un passage fragile-ductile plus profond que 25 km. La composition de la croûte moyenne à inférieure est appuyée par les hautes vitesses sismiques révélées par les levés de sismique réfraction. Cette profondeur peut correspondre au passage de l'affaiblissement par vitesse (velocity weakening) au renforcement par vitesse (velocity strengthening) si le début du fluage des feldspaths hydratés se produit autour de 300-350oC. En présumant une différence maximale de contrainte d'environ 200 MPa pour la croûte, la réactivation des failles dans la croûte moyenne peut se produire avec un bas coefficient de friction et/ou avec des pressions de fluide élevées.
Les données de télédétection, magnétiques, gravimétriques et de sismique-réflexion sont utilisées pour définir les positions des failles géologiques. La plupart des failles régionales correspondent à des linéaments ou à des orientations géophysiques généralement parallèles au fleuve Saint-Laurent. La plupart des failles régionales bordent des volumes actifs alors qu'une d'entre elles corrèle avec des foyers de séismes, incluant quelques événements de magnitude > 4. À l'intérieur du cratère météoritique, les séismes sont généralement plus petits, possiblement reliés au haut niveau de fracturation associé à la structure météoritique de Charlevoix.
Les orientations des contraintes locales et des failles réactivées varient dans la ZSC. La comparaison de quelque 20 mécanismes au foyer (la plupart de faille inverse ou inverse-oblique) avec les groupes de séismes et multiplets (moins de 15% des séismes entre 1988 et 1997) suggère que des failles réactivées à orientations variées, pas toujours parallèles aux failles de paléo-rift régionales. La plupart des micro-séismes semblent se produire dans des volumes très fracturés, liés en partie à la structure météoritique. Aucune rupture en surface n'est évidente sur les profils de sismique-réflection sur le fleuve Saint-Laurent.
À partir des données séismiques locales, un modèle multi-couches pseudo-2D est proposé. Des perturbations de vitesse dans la croûte supérieure sont révélées, c'est-à-dire une séquence Appalachienne de 6 km d'épaisseur (vitesse de P entre 6.2 et 6.6 km/s) et le socle Précambrien (vitesse de P entre 6.2 et 6.6 km/s). À partir des rapports Vp/Vs, la structure de vitesse de la ZSC diffère de celle de la région voisine du Parc des Laurentides, où des roches basiques existent près de la surface.
Même en ajoutant les sources de contraintes locales, la ZSC n'est pas sujette à un niveau de contraintes différentielles tellement plus élevé que le reste de l'est du Canada. Par conséquent, l'activité séismique anomale de la ZSC doit être reliée à une faiblesse crustale particulière et/ou à des pressions de fluide élevées. Quoique la présence d'argile de faille pourrait affaiblir quelques failles, l'effet combiné des pressions de fluide élevées et d'un haut niveau de fracturation est l'explication avancée pour expliquer l'activité séismique dans la croûte fragile. Un modèle qualitatif est proposé dans lequel quelques failles de rift agissent comme conduits à des fluides crustaux sous pression, causant des séismes sur ces failles et dans les volumes fracturés adjacents.