Tomographie à l'aide de décalages temporels d'ondes sismiques P : développements méthodologiques et applications

Double-difference tomography : meethod and application

• Auteur / Autrice : Vadim Monteiller
• Direction : Jean-Luc Got
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kīlauea Crater (T.H. ; cratère)

Tomographie sismique

Résumé

Connaître mieux l'intérieur de la Terre nécessite d'améliorer les méthodes d'investigation géophysique. Cette thèse s'est intéressée à une classe importante de ces méthodes : la tomographie sismique. L'approche classique utilise des temps d'arrivée d'ondes sismiques, dont la précision dépend du pas d'échantillonnage et du pointé de l'onde. Lorsque les trains d'onde sont similaires, on peut calculer, avec une précision inférieure au pas d'échantillonnage, le décalage temporel entre les trains d'ondes. Cette thèse a eu pour objectif l'utilisation de telles données en tomographie sismique. Utiliser pleinement la précision de ces données a nécessité une revisite complète des algorithmes de tomographie. Une solution robuste et précise a été trouvée au problème direct. Le problème inverse a été posé suivant une approche Tarantola-Valette, de façon a trouver le modèle de norme minimale qui ajuste les données. La minimisation de cette norme est obtenue par l'introduction d'une fonction de corrélation des paramètres du modèle, dont la longueur et l'amplitude sont ajustées en suivant une procédure d'optimisation. L'algorithme mis au point a été utilisé avec des données provenant de séismes du volcan Kilauea (Hawaii) enregistrés par le réseau local USGS-HVO. Il a permis de retrouver le modèle de vitesse à deux échelles : (1) une échelle régionale, où l'on retrouve le système magmatique profond, sous les calderas et les rifts du Mauna Loa et du Kilauea; le modèle trouvé permet d'expliquer les déformations mises en évidence dans la croûte océanique, la distribution confinée de la sismicité et les déformations intenses du flanc Sud du Kilauea; (2) une échelle locale, où l'on met en évidence un conduit magmatique sub-vertical sous la caldera et le rift Est du Kilauea, indétectable avec d'autres données. Cette méthode, précise, permet de choisir un modèle unique et stable à l'aide un critère d'optimisation objectif

Improving our understanding of crustal processes requires a better knowledge of the geometry and the position of geological bodies. In this study we have designed a method based upon double-difference relocation and tomography to image, as accurately as possible, a heterogeneous medium containing seismogenic objects. Our approach bas been not only to introduce double-difference in tomography, but rather to partly revisit tomographic schemes for chosing accurate and adapted numerical strategies. We used a finite-difference solution to the Eikonal equation (Podvin and Lecomte, 1991) for travel-time computation and a Tarantola-Valette approach for bath the double- difference and the 3D tomographic inversion to find accurate earthquake locations and seismic velocity estimates. Though an efficient estimation of the squared root of the inverse model covariance matrix in the case of the gaussian correlation function, we use correlation length and a priori model variance criteria to determine the optimal solution. Double-difference relocation of similar earthquakes is performed in the optimal velocity model, making absolute and relative locations less biased by the velocity model. Double difference tomography is achieved by using high-accuracy time delay measurements. These algorithms have been applied to earthquake data recorded in the vicinity of Kilauea and Mauna Loa volcanoes for imaging the volcanic structures. They allow to find stable and detailed velocity models : regional tomography allows to retrieve unambiguously the structure of Hawaii island, and double difference tomography shows a detailed image of the southern Kilauea Caldera -East Rift Zone region magmatic complex