Détermination non-linéaire des paramètres hypocentraux et structuraux : application à la sismicité intracontinentale du Massif armoricaine

par Méric Haugmard

Thèse de doctorat en Terre solide et couches profondes

Sous la direction de Antoine Mocquet et de Éric Beucler.

Le président du jury était Jean Van Den Driessche.

Le jury était composé de Sophie Lambotte, Thomas Bodin.

Les rapporteurs étaient Bertrand Delouis, Jacques Déverchère.


  • Résumé

    La détermination de la source d’un séisme (épicentre, profondeur et temps origine) par les algorithmes déterministes classiques, dépend fortement de connaissances a priori. Une procédure non-linéaire est développée permettant la détermination jointe des paramètres hypocentraux et structuraux d’un ou plusieurs séismes, locaux ou régionaux. Cette procédure s’affranchit alors d’une solution initiale et minimise l’influence des vitesses sismiques mal contraintes utilisées pour le calcul des temps de propagation. La méthode repose sur des explorations de type Monte-Carlo par chaines de Markov, échantillonnant en parallèle les distributions de probabilités a posteriori des paramètres recherches. Les incertitudes sur les temps d’arrivées des ondes directes et réfractées sur la discontinuité de Mohorovičić sont pointées manuellement puis pleinement exploitées par l’inférence bayésienne, guidant ainsi l’exploration. L’étude des covariances entre les paramètres, tout comme la projection des variations des paramètres de structure dans l’espace des paramètres de source, caractérise l’influence d’un réseau de stations peu dense et hétérogène, ou d’un modelè de vitesse inadéquat. Cette procédure est appliquée a la sismicité modérée et diffuse du Massif armoricain, socle intracontinental en contexte de marge passive, dont on n’appréhende encore la structure qu’avec de grandes incertitudes. La localisation précise de 350 séismes, grâce a l’acquisition de plus de 7 000 temps d’arrivées d’ondes sismiques sur les réseaux permanents et temporaires déployés entre 2011 et 2013, offre un nouveau regard sur la sismicité et la structure du Massif armoricain.

  • Titre traduit

    Nonlinear determination of hypocentral and structural parameters : application to the intracontinental seismicity of the Armorican Massif


  • Résumé

    The most widely used inversion schemes to determine local or regional earthquake sources (epicenter, depth and origin time), are based on iterative linearized leastsquares algorithms and strongly depend on an a priori knowledge. We introduce a joint structure-source determination approach for one or several events. This procedure manages to get away from dependence on an initial solution and minimizes the influence of poorly known seismic velocity structure used for calculating the propagation time. The exploration relies on parallel Markov chain Monte Carlo techniques, which sample models within a broad range of parameters, distributed according to the posterior distributions. The arrival time uncertainties of direct and refracted waves on the Mohorovičić discontinuity, defined by hand-picking, are fully exploited by Bayesian inference and lead the nonlinear determination. The analysis of covariances between parameters and the projections of the structure parameter variations on the source parameter space provide information about the influence of the seismic network geometry (sparse and/or azimuthally inhomogeneous), or an inappropriate velocity structure. This procedure is applied to the moderate and diffuse local seismicity of the Armorican Massif (western France), an extensive outcrop of the Variscan basement, which crustal structure is apprehended with large uncertainties. The accurate location of 350 earthquakes, with a set of more than 7,000 onset time of seismic-waves recorded by permanent and temporary networks between 2011 and 2013, sheds new light on the seismicity and the structure of the Armorican Massif.


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