Inversion conjointe des données magnétotelluriques et gravimétriques : application à l'imagerie géophysique crustale et mantellique

Joint inversion of magnetotelluric and gravity data : geophysical applications for crust and mantle imaging

• Auteur / Autrice : Yassine Abdelfettah
• Direction : Pascal Tarits, Marcia Maïa, Sophie Hautot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie sismique

Géophysique marine

Prospection géophysique

Mots clés libres

Magnétotellurique

Gravimétrie

Imagerie géophysique haute résolution

Inversion conjointe

Contrainte géométrique

Approche structurale

Turkana

Rift Est africain

Résumé

Pour mieux comprendre les résultats géophysiques en termes de géologie, il est important d’utiliser différents types de données acquises par plusieurs méthodes. Une seule méthode géophysique n’a pas nécessairement la résolution suffisante pour expliquer la géologie. Avec une seule méthode, il peut être difficile de donner un sens géologique aux anomalies observées dans les modèles. L’inversion conjointe, en revanche, est une approche permettant de combiner des données de différentes natures. L’inversion conjointe peut être réalisée de deux façons structurale ou pétrophysique. On peut subdiviser les inversions conjointes en deux groupes l’inversion conjointe de méthodes sensibles au même paramètre physique comme les sondages électriques DC-DC et AC-DC, et l’inversion conjointe de méthodes sensibles aux paramètres de natures différentes, comme la gravimétrie et la sismique ou la sismique et la magnétotellurique (MT). Dans ce travail de thèse, je présente la solution de l’inversion conjointe de données MT et gravimétriques. La bonne résolution verticale mais la faible couverture spatiale des données MT peuvent être complémentaire des données gravimétriques qui possèdent une excellente couverture spatiale mais une faible résolution verticale. Le problème qui se pose dans l’inversion conjointe de données de différentes natures, est comment relier les différents paramètres. Des formules analytiques entre les vitesses sismiques et les densités ou entre les résistivités électriques et les densités sont destinées a des études spécifiques. En général, il n’est pas évident de relier les paramètres par des relations pétrophysiques. Par conséquent, il est nécessaire de développer des algorithmes qui n’imposent pas de relation spécifique entre les paramètres. L’approche d’inversion conjointe présentée ici est assez générale. Je pose une fonction de condition géométrique (GCF) sous laquelle les paramètres varient dans le même domaine pour imager les mêmes milieux. La méthodologie développée durant cette thèse est testée et validée sur des modèles synthétiques. Une application est réalisée sur les données réelles acquises dans la région de Turkana, Nord Kenya, une branche du Rift Est Africain. Les résultats obtenus ont permis de confirmer certaines conclusions apportées par les résultats de la sismique réflexion et d’apporter de nouvelles informations. L’étude a permis, en effet, de mettre en évidence deux bassins en forme de demi-graben et de déterminer l’épaisseur des basaltes, jusque la inconnus. Une stratigraphie est proposée pour les bassins de Turkana et de Kachoda, concernant l’étude de la lithosphère, nos résultats montrent une croûte très hétérogène et un manteau supérieur homogène. Deux anomalies (conductrices et moins denses) ont été mises en évidence entre la croûte inférieure. Ces anomalies peuvent être des zones de fusion partielle a priori déconnectées du manteau supérieur ou s’est initié la fusion.

Understanding geology from geophysical investigation is best when information is obtained from different kinds Of data. A single method may not have sufficient resolution to provide the expected information. Joint inversion is a step forward to quantitatively combine data of different nature. Joint inversion may be considered in two different ways, petrophysical or structural. We may ubdi vide a joint inversion into two categories, joint inversion of data function of the same physical parameter, such as DC-DC or AC-DC resistivity soundings, and joint inversion of data of different nature such as gravity and seismic or seismic and magnetotelluric (MT). Here, I present a solution for the joint inversion between MT and gravity data. The depth resolution but poor spatial coverage of MT data may be complementary of gravity data with excellent spatial coverage but little vertical resolution. With data of different nature, the most important problem in the joint inversion is to define how to link both parameters. Analytical formulation between for instance seismic velocity and density or electrical resistivity and density are seldom and very specific. It is in general not obvious to link them through petrophysical relationships. As a consequence, it is necessary to develop algorithms that are free of any explicit formulation between the parameters. The inversion scheme presented here is quite general I set a geometrical condition function (GCF) under which parameters must vary in similar domains to image the same underground layers. The method presented here was tested and validated on synthetic examples, joint inversion were realized on field data which were acquired in turkana area, northern kenyan, branch of East African rift system. The results obtained confirmed reflection seismic results obtained in the same area, and brought new information about the subsurface structure. This study allowed to define two basins (half-graben basin) and determine the thickness of turkana volcanics, which unknown until now. A stratigraphic sequence is proposed for both Turkana and Kachoda basins. The results of lithospheric study showed a heterogeneous crust and homogeneous upper mantle. Two anomalies are localized on the lower crust. They are interpreted as partial fusion area without upper mantle connection.