Inversion de forme d'onde de données sismiques multitraces longue-flûte : contribution à l'étude du bassin avant-arc de Sanak en Alaska

2D long-streamer seismic waveform tomography imaging : contribution to the study of the Sanak forearc basin, Alaska subduction zone

• Auteur / Autrice : Amin Kahrizi
• Direction : Matthias Delescluse, Manuel Pubellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 08/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Déverchère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthias Delescluse, Jacques Déverchère, Alessandra Ribodetti, Sylvie Leroy, Javier Escartín, Hélène Carton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandra Ribodetti, Sylvie Leroy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sciences de la Terre

Mots clés libres

Failles

Sismique

Géophysique marine

Bassin sédimentaires

Inversion

Subduction

Faults

Seismics

Marine geophysics

Sedimentary basins

Inversion

Subduction zone

Résumé

Cette thèse discute l'application de l'imagerie par inversion de forme d'onde (FWI) à deux sections sismiques de 45 km de long traversant le bassin de Sanak en Alaska, où l'évaluation de l'activité récente d'une faille normale à vergence continentale est cruciale pour comprendre le comportement du segment de subduction non couplé de Shumagin. Le traitement sismique conventionnel montre que l'extension d'une partie du bassin est en fait principalement localisée sur des failles à vergence océanique plutôt que continentale. Nous montrons également que des courants de fonds affectent l'enregistrement sédimentaire de l'activité des failles. Par conséquent, la nature et le timing de l'extension n'est pas claire dans le bassin. Après la tomographie de temps de trajet, l'inversion FWI est tentée en domaine fréquentiel, mais la nécessité de masquer des ondes guidées au niveau de la plateforme rend indispensable l'utilisation d'un code FWI en domaine temporel. Le champ de vitesse à haute résolution final cofirme l'effet des courants de fonds sur l'un des profils. L'imagerie FWI détecte également une inversion de vitesse correspondant à un BSR (bottom simulating reflector) qui explique bien les variations d'amplitudes inattendues posant problème pour l'interprétation sismique. Des anomalies de vitesses lentes sont imagées au niveau de plusieurs hauts de socles très bien définis. Ces anomalies pourraient correspondre à des échappements de fluides, mais on ne détecte pas de discontinutés significatives du champ de vitesse le long des failles. Tous nos résultats sont finalement compilés avec des données pré-existantes afin de redessiner une carte structurale de l'avant-arc du segment Shumagin. Nous suggérons que le bassin oblique de Sanak Central est un bassin pull-apart résultant de l'apparition à cette longitude du partitionnement de la convergence oblique aléoutienne. Dans ce nouveau contexte, il est possible que l'activité récente des failles sédimentaires à vergence continentale ne soit pas nécessairement liée à un mouvement sur le réflecteur profond associé. Nous concluons sur l'utilité de l'imagerie FWI pour localiser l'échantillonage de fluides lors de futures investigations.

This thesis discusses the application of full waveform inversion (FWI) to two 45-km-long 2D seismic sections crossing the Sanak forearc basin in Alaska, where evaluating the recent activity of a previoulsy imaged deep landward-dipping normal fault is crucial to understand the creeping Shumagin segment of the subduction zone. Conventional processing shows that the extension in part of the basin is mainly localized on seaward-dipping faults rather than landward-dipping fault. We also show that bottom currents affect the sedimentary record of the faults' activity. As a result, the nature and timing of the extension is unclear in the basin. After streamer traveltime tomography, FWI is first tried in frequency domain, but muting of shelf guided waves led to time-domain FWI imaging. Variable water velocity in the water column also had to be dealt with. The final high resolution velocity models confirm the effect of bottom currents in one of the profile. FWI also image a velocity inversion from a bottom simulating reflector (BSR), explaining previously unexpected amplitude variations that were troublesome for seismic interpretation. Low velocity anomalies above several well-defined basement highs are imaged that could indicate fluid escapes, but there are no major velocity discontinuities along the faults. All our results are then compiled with legacy data in order to redraw a structural map of the forearc around the Shumagin segment. We suggest that the oblique Central Sanak basin is a pull-apart basin resulting from the onset of the partitioning of the Aleutian oblique convergence. In this new context, it is possible that recent activity on landward-dipping sedimentary faults is not necessarily related to motion on the associated deep reflector and we conclude on the usefullness of FWI images to locate sampling of fluids in future investigations.