Ondes sismiques en milieu complexe : mesure des variations temporelles des vitesses

Seismic waves in complex media : measuring temporal velocity variations

• Auteur / Autrice : Céline Hadziioannou
• Direction : Michel Campillo, Eric Larose
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 17/01/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (Le Bourget-du-Lac, Savoie ; 1975-2010)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Campillo, Eric Larose, Yehuda Ben-Zion
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Pierre Vilotte, Heiner Igel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Green, Fonctions de

Ondes sismiques

Mots clés libres

Corrélations de bruit

Suivi temporel

Fonction de Green

Ambient noise correlation

Monitoring

Green's functions

Résumé

La thèse se concentre sur le suivi temporel des vitesses sismiques, notamment dans des zones de faille actives. En corrélant les signaux générés par le bruit ambiant, il est possible d'estimer la fonction de Green du milieu. Par le suivi continu de ces fonctions, des changements de vitesse dans le milieu peuvent être détectés. Les méthodes de suivi temporel sont appliquées aux données provenant d'une zone de faille active à Parkfield, Californie, ce qui permet de détecter deux chutes de vitesse. Ces dernières coïncident avec des évènements sismiques régionaux, la plus importante concernant un évènement proche des stations. Les deux chutes de vitesse sont suivies d'une récupération postsismique progressive. Pour mieux comprendre la fiabilité des mesures on a effectué des expériences en laboratoire. Un résultat intéressant de ces expériences montre que la reconstruction exacte de la fonction de Green n'est pas nécessaire pour le suivi temporel, ce qui ouvre la voie à de nombreuses possibilités d'applications en sismologie. Grâce à cette connaissance, la série de données de Parkfield a été ré-analysée. En améliorant la résolution temporelle à 1 journée, on montre que la chute de vitesse observée est cosismique avec le séisme de Parkfield. On a établi que les fluctuations de vitesse ne sont pas simplement corrélées aux variations de la distribution de sources du bruit obtenue par formation de voies. Enfin, les méthodes développées sont appliquées à un séisme au Japon. Le réseau étant de taille beaucoup plus grande que celui utilisé pour l'étude de Parkfield, ces données sont analysées pour étudier la dépendance entre la distance stations-séisme et la chute de vitesse mesurée.

The thesis concentrates on monitoring seismic speeds, especially in active fault zones. By correlating signals generated by background noise, one can estimate the Green's function of a medium. When continuously following these functions, wave speed changes in the medium can be detected. Monitoring methods are applied to data from an active fault zone in Parkfield, California, where two wave speed drops, which coincide with regional seismic events, are detected. The largest corresponds to an event close to the stations. Both speed drops are followed by a gradual postseismic relaxation. In order to understand the reliability of the measurements, we perform laboratory experiments. One interesting result of these experiments shows that an exact reconstruction of the Green's function is not necessary for monitoring, which opens up many possibilities of applications to seismology. Armed with this knowledge, the Parkfield data is analysed again. By improving the temporal resolution to 1 day, we show that the observed speed drop is coseismic with the Parkfield event. We establish that the speed fluctuations are not simply correlated to variations in noise source distribution obtained by beamforming. Finally, the developed methods are applied to an event in Japan. Since the array is spatially much larger than the one used at Parkfield, this data is analyzed to study the dependence between station-event distance and the measured seismic speed drop. STAR