Extension des méthodes d'imagerie par corrélation de bruit sismique : atténuation et anisotropie sous AlpArray

Extension of imaging methods by seismic noise cross-correlations : attenuation and anisotropy under AlpArray

• Auteur / Autrice : Dorian Soergel
• Direction : Helle Anette Pedersen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre Solide
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• 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 : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Nikolai M. Shapiro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Diane Rivet, Laurent Stehly
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christoph Sens-Schönfelder, Götz Bokelmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alpes (France)

Anisotropie

Sismologie

Lithosphère

Mots clés libres

Lithosphère

Bruit sismique

Sismologie

Anisotropie

Atténuation

Alpes

Lithosphere

Seismic noise

Seismology

Anisotropy

Attenuation

Alps

Résumé

Nous avons adapté des méthodes utilisées sur les enregistrements de séismes aux corrélations de bruit dans les Alpes, en tirant parti des données du projet AlpArray et des stations permanentes en Europe. D'abord nous montrons qu'il est possible de mesurer le facteur de qualité de la coda sur des corrélations de bruit. Nous parvenons ainsi à obtenir le facteur de qualité de la coda entre 2.5 s et 5 s et 5 s et 10 s, des bandes de périodes inaccessibles pour les mesures de coda de séismes. Le facteur de qualité de la coda est indépendant de l'azimut pour des distances interstation inférieures à 200 km et dépend du nombre de jours utilisé pour calculer la corrélation, les mesures se stabilisant à partir de 200 jours de corrélation. À partir de 10 secondes de période, les mesures perdent leur cohérence géographique et à partir de 20 seconde de période, il n'y a plus de coda visible. Nous obtenons des valeurs de facteur de qualité faibles dans la plaine du Pô et des valeurs plus élevées dans la chaine Alpine. Ensuite nous avons corrélé la coda des corrélations pour explorer les possibilités en termes de répartition et de choix des sources de coda. Nous parvenons à améliorer significativement la qualité des corrélations de coda de corrélations par un choix judicieux des sources, cependant le choix des sources de coda dépend de la bande de période utilisée. Ayant confirmé avec les corrélations de coda de corrélations l'absence de fort biais azimutal de vitesse de groupe des corrélations de bruit, nous adaptons une méthode de beamforming utilisée sur des téléséismes pour imager l'anisotropie azimutale avec des petits réseaux et l'appliquons aux Alpes pour obtenir des cartes d'anisotropie azimutale des ondes de Rayleigh entre 15 secondes et 70 secondes. Les mesures de vitesse de phase montrent une anisotropie visible, mais également des biais ponctuels lié au hétérogénéités présentes dans la chaîne alpine, que nous parvenons à quantifier. Les résultats aux périodes supérieures à 40 secondes sont globalement en accord avec les travaux existants, mais à plus courte période ils mettent en évidence une anisotropie faible dans les Alpes elle-mêmes, la présence d'une zone de forte anisotropie au nord-ouest des Alpes ainsi qu'une anisotropie perpendiculaire à la chaîne dans les Apennins, toutes probablement situées dans la croûte.

We have adapted methods used on earthquake recordings to the noise cross-correlations in the Alps, taking advantage of data from the AlpArray project and permanent stations in Europe. First we show that it is possible to measure the coda quality factor on noise cross-correlations. We thus manage to obtain the coda quality factor between 2.5 s and 5 s and 5 s and 10 s, period bands that are inaccessible for earthquake coda measurements. The coda quality factor is independent of azimuth for interstation distances less than 200 km and depends on the number of days used to calculate the correlation, with measurements stabilizing after 200 days of correlation. From 10 seconds of period on, the measurements lose their geographical coherence and from 20 seconds of period on, there is no more visible coda. We obtain low quality factor values in the Po plain and higher values in the Alpine chain. Then we correlated the coda of the cross-correlations to explore the possibilities in terms of distribution and choice of coda sources. We manage to significantly improve the quality of the correlations of the coda of correlations by a judicious choice of sources, however the choice of coda sources depends on the period band used. Having confirmed with the correlations of coda of correlations the absence of strong azimuthal group velocity bias of the noise correlations, we adapt a beamforming method used on teleseisms to image the azimuthal anisotropy with small arrays and apply it to the Alps to obtain maps of the azimuthal anisotropy of Rayleigh waves between 15 seconds and 70 seconds. Phase velocity measurements show a visible anisotropy, but also point biases related to the heterogeneities present in the Alpine chain, which we manage to quantify. The results for periods longer than 40 seconds are generally in agreement with existing work, but for shorter periods they show a weak anisotropy in the Alps themselves, the presence of a zone of strong anisotropy in the north-western part of the Alps as well as an anisotropy perpendicular to the chain in the Apennines, all probably located in the crust.