Tomographie à partir de corrélations de bruit de fond sismique

Tomography using seismic ambient noise

• Auteur / Autrice : Laurent Stehly
• Direction : Michel Campillo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sismologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes de surface

Tomographie

Sismologie

Géophysique

Résumé

Ce travail a pour but est d'estimer si le bruit de fond sismique peut-être utilisé en sismologie pour faire de la tomographie à l'échelle régionale. D'un point de vue théorique, les corrélations de bruit de fond enregistré par deux stations distantes permettent de retrouver la fonction de Green complète entre ces deux stations à si le bruit respecte la condition d'équipartition. Ceci signifie que tous les modes du milieu doivent être excités avec un même niveau d'énergie et une phase aléatoire. Une fois reconstruites, ces fonctions de Green peuvent être inversées afin de retrouver le milieu dans lequel les ondes se propagent. En premier lieu, nous étudions l'origine du bruit de fond sismique entre 5 et 40s de période. Nous montrons que le bruit est généré en permanence le long des côtes entre 5 et lOs de période, tandis qu'entre 10 et 20s sa provenance change ave4 la saison: il provient des océans de l'hémisphère nord en hiver et de l'hémisphère sud en été. Ainsi moyenné sur un an l~ distribution des sources est presque isotrope. Ensuite la stabilité des mesures de vitesse des ondes de surface réalisées grâce aux corrélations de bruit de fond sismique est évaluée. Nous montrons que nos mesures sont suffisamment précises pour mettre en évidence des erreurs d'horloge de stations de l'ordre du dixième de seconde. Nous utilisons ensuite les corrélations de bruit de fond pour faire la tomographie de l'Europe et des Alpes. Sur la base d'un an d'enregistrements continus à 150 stations nous sommes en mesure de présenter des cartes de vitesse de groupe des ondes de surface entre 5 et 80s de période. Ces cartes sont inversées afin de trouver la profondeur du Moho sous les Alpes.

The aim ofthis work is to see ifit is possible to use sei smic noise correlations for seismic imaging. Theoretically, the Green function between two stations can be retrieved by simply correlating ambient noise recorded at these 2 stations. However this is only possible if the noise is fully equipartitionned. This means that aIl the eigen modes of the medium have to be excited by the noise with the same level of energy. Once the Green functions between several pairs of statiom have been reconstructed they can be inversed to obtain an image of the medium. The first question ifto see if the real sei smic ambient noise respect the requirement of the theory or not. We studied the origin of the seimic noise at period ranging from 5 to 40s. We show that the noise is generated along the coastlines at periods between 5 and lOs. Between 10 and 20s, the noise is generated by the oceans of the northern hemisphere during the winter, and from the southern hemisphere during the summer. The next step is to assess the precision of the velocity measurements performed on noise correlations. Using 13 years of continuous records at 3 Californian stations, we show that group velocity measurements are accurate enough to detect anc correct stations clock errors of less than one tenth of seconds. Ln the last part we use seismic noise correlations to perform the tomography of the Alps and Western Europe. Using one year of continuous records at 150 stations, we were able to measure the velocity of the fundamental mode of Rayleigh and Love waves between more than 3000 stations pairs. These measurements make group velocity maps between 5 and 80s ofoeriod. Thevare inverted to determine the deoth of the Moho in the Aloin region.