Tomographie anisotrope haute résolution d'une frontière de plaque transformante : application à la Californie du Sud

High resolution anisotropic tomography of Southern California using three-dimensional sensitivity kernels

• Auteur / Autrice : Noémie Favier
• Direction : Sébastien Chevrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sismologie
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes sismiques

Anisotropie

Tomographie sismique

Mots clés libres

Noyaux de sensibilité

Anisotrope sismique

Ondes SKS

Tomographie anisotrope

Californie du sud

Résumé

Cette thèse développe une nouvelle théorie, celle des noyaux de sensibilité pour les paramètres anisotropes, qui permet de réaliser la première tomographie anisotrope tridimensionnelle haute-résolution en utilisant la biréfringence des ondes SKS. En utilisant la théorie de Born dans un milieu de référence homogène isotrope et pour des perturbations transverses isotropes dont l'axe rapide est dans le plan horizontal, les noyaux de sensibilité pour l'intensité du splitting sont dérivés de manière analytique. Pour l'étude de la lithosphère, l'influence des différents termes de champ lointain, moyen, proche et local des noyaux de sensibilité est discutée. Pour l'étude de l'anisotropie lithosphérique, tous les termes sont à prendre en compte, et surtout le terme de champ moyen dont l'importance est réelle jusqu'à une profondeur de l'ordre de la longueur d'onde utilisée. Pour des incidences faibles et un axe rapide horizontal, l'intensité du splitting dépend principalement de deux paramètres anisotropes gc et gs, liés à l'azimut et à la différence relative des vitesses des ondes S. En Californie, les mesures de l'intensité du splitting montrent des variations rapides à la fois de la direction de l'axe rapide et de l'amplitude de l'anisotropie. Les effets de fréquence finie doivent donc être pris en compte. En utilisant les noyaux de sensibilité, il est possible de construire un problème inverse et de déterminer la structure tridimensionnelle anisotrope de la région. Le modèle anisotrope obtenu, comparé à un modèle isotrope de la région montre que l'anisotropie est beaucoup plus forte et plus variable dans la lithosphère que dans l'asthénosphère. . .

Shear wave splitting observations are often used to constrain upper-mantle anisotropy. In this thesis, the effects of transverse isotropic perturbations of the elastic parameters on shear-wave splitting are investigated taking the finite-frequency content of the shear wave field into account. The theory, based on the first-order Born approximation, allows the analytical derivation of three-dimensional sensitivity kernels for a new seismic observable called splitting intensity. We investigate the influence of near-field terms of the Green's tensor on the sensitivity kernels for splitting intensity. As a result, near-field terms must be used in tomographic studies of the lithosphere that rely on long period body waves. In California, splitting intensity measurements at the surface show small-scale lateral variations for both the fast axis direction and the delay time. We present three-dimensional high resolution anisotropic tomography of Southern California. To our knowledge, this is the first high resolution regional study of anisotropy using sensitivity kernels for shear wave splitting. The anisotropic structure is determined from the analysis of shear wave splitting and takes into account the finite frequency content of SKS waves.