Analyse des intercorrélations du champ d’onde sismique ambiant : Application à la tomographie de l’Ouest de la France

Analysis of seismic ambient wavefield cross-correlations - Application to the tomography of western France

• Auteur / Autrice : Ianis Gaudot
• Direction : Antoine Mocquet, Éric Beucler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre solide et couches profondes, sismologie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Bretagne Loire (2016-2019) - Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Chevrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Mocquet, Éric Beucler, Sébastien Chevrot, Valérie Maupin, Adnand Bitri, Céline Gélis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Maupin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gascogne, Golfe de

Armoricain, Massif (France)

Sismologie

Tomographie sismique

Résumé

L’énergie sismique générée constamment dans les océans peut être utilisée pour l’analyse du champ d’onde ambiant et pour l’imagerie des structures crustales. Une nouvelle approche statistique basée sur la redondance en phase des intercorrélations est développée pour caractériser le champ d’onde sismique. Le déploiement inédit d’un réseau de sismomètres à large-bande passante dans le Nord de l’Espagne, le Sud et l’Ouest de la France, ainsi que l’utilisation de stations permanentes europ éennes, permet une couverture sismique inédite de ces régions par intercorrélation des enregistrements continus. La méthode d’imagerie utilise un algorithme de type Monte-Carlo par chaînes de Markov. Pour chaque paire de capteurs, le diagramme de dispersion de la fonction de Green empirique est transcrit en densité de probabilité de vitesse sismique cisaillante en fonction de la profondeur. Une régionalisation anisotrope permet d’obtenir un modèle de vitesse 3D sous le Massif armoricain et le Golfe de Gascogne avec une résolution latérale d’environ 75 km. Depuis la surface jusqu’à 10 km de profondeur, les cartes de vitesse isotropes sont très bien corrélées avec la géologie : des anomalies négatives sont observées au niveau des bassins sédimentaires, et des anomalies positives au niveau des socles cristallins affleurants, fragments de la chaîne hercynienne. à 20 km de profondeur, la structure à l’aplomb du Golfe de Gascogne se singularise par une anomalie de vitesse positive dont les limites peuvent ˆetre interprétées comme la transition entre les domaines océaniques et continentaux. La structure crustale du Massif armoricain apparaît également hétérogène à l’échelle sub-régionale.

The continuous excitation of the Earth’s surface due to oceanic wave-seafloor coupling, is widely used for both analyzing the seismic ambient wavefield properties and for imaging the deep structures. A new statistical approach based on the phase redundancy of cross-correlations is developed to provide quantitative information on the ubiquitous seismic signal. Two dense arrays of broadband seismometers have been temporarily deployed over the southern and western France, and over the northern Spain, providing a good opportunity to reveal the crustal and uppermost mantle features beneath this region. A Monte-Carlo Markov chain inversion algorithm is used to translate, for each station pair, the frequency dependent energy diagram of the ambient noise cross-correlation, into probability density distribution of the shear wave velocity as a function of depth. The 1D velocity profiles are then combined together using an anisotropic regionalization scheme, to build a 3D velocity model with an unprecedented lateral resolution of 75 km. The isotropic velocity maps correlate well with the geology up to 10 km depth. While negative velocity anomalies are associated with the sedimentary basins, the crystalline Variscan basement displays positive anomalies. At 20 km depth, the Bay of Biscay exhibits positive velocity anomalies, whose eastern boundaries can be interpreted as the ocean-continent transition. The overall crustal structure below the Armorican Massif appears to be heterogenous at the subregional scale.