Inversion cinématique 3D de la source sismique par la méthode de l'état adjoint.

par Hugo samuel SáNchez Reyes

Projet de thèse en Terre Solide

Sous la direction de Jean Virieux et de Ludovic Metivier.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Terre, Univers, Environnement , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (laboratoire) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    L'exploitation complète de la forme d'onde via une approche d'optimisation fondée sur l'état adjoint est une technique prometteuse pour la reconstruction cinématique de la source sismique et permet une reconstruction de l'évolution de la rupture sismique (Somala et al. 2014) comme la distribution du glissement, la vitesse de rupture et le temps de montée du glissement. Ces quantités sont nécessaires pour une meilleure compréhension de la physique de la rupture sismique. L'inversion dynamique est un problème fort complexe d'une autre taille comme l'illustrent les nombreuses tentatives suivant des approches plus ou moins locales (Das and Aki, 1977; Madariaga, 2007, Peyrat and Olsen, 2004; Díaz-Mojica et al., 2014). Les inversions cinématiques avec des estimations rigoureuses des incertitudes est un passage obligé pour entreprendre cette deuxième approche comme proposés par différents auteurs (Peyrat et al., 2001; Pulido et al., 2000; Mikumo and Yagi, 2003). Dans ce projet de recherche, il est proposé d'étendre à 3D l'inversion cinématique de la source comme introduit en 2D par Tago et al (2014). Il sera fait une étude de l'incertitude formelle au moyen d'une estimation de l'opérateur Hessien de la fonction d'écart entre les sismogrammes observés et les sismogrammes synthétiques. On étudiera systématique la configuration optimale des capteurs pour un type de faille, ainsi que les contraintes possibles qu'il faut introduire pour réduire la contribution de l'espace nulle qui existe toujours dans ce type d'inversion de façon à converger vers la solution physique la plus raisonnable. Des modèles de grande résolution cinématique que la communauté est élaborés comme solutions de référence seront étudiés avant d'aborder l'étude de sismogrammes réels. Ces modèles nous permettront une étude systématique de l'incertitude rendant possible une estimation quand l'approche sera appliquée aux données d'un grand intérêt géodynamique de la zone de subduction du Mexique. On appliquera cette inversion cinématique aux séismes mexicains bien instrumentés que sont le séisme Mw7.2 Papanoa (2014), le séisme Mw7.5 Ometepec (2012) et le séisme Mw7.2 Mexicali (El Mayor-Cucapah, 2010). Les inversions permettront de mieux comprendre le comportement physique de la rupture sismique et apporteront les ingrédients nécessaires au développement des inversions dynamiques des mêmes sources.

  • Titre traduit

    An Adjoint-State method for 3D seismic source inversion.


  • Résumé

    The use of FWI and the adjoint-state method for the kinematic source modeling is a promising strategy to reconstruct unprecedented details of earthquakes rupture (Somala et al. 2014) such as the slip distribution, rupture speed and rise times, which are a starting-point to better understand the physics of the process. The dynamic source inversion of the rupture process implies a much more complex problem because it involves tractions along the fault (i.e., pre-stresses conditions) and the distribution of constitutive friction parameters. The difficulty of this inverse problem lies in the non-unicity of the solution due to the strong non-linearity of the forward problem (Das and Aki, 1977; Madariaga, 2007). Global optimization strategies have been implemented to deal with the non-linearity of the dynamic source inverse problem (e.g. Peyrat and Olsen, 2004; Díaz-Mojica et al., 2014). Some authors have proposed to study the dynamic source process using the final slip distribution on the fault and even its time evolution (kinematic models) as constraints to find the most suitable dynamic scenarios (e.g., Peyrat et al., 2001; Pulido et al., 2000; Mikumo and Yagi, 2003). High resolution Kinematic source models with rigorous uncertainty estimates are thus essential to constrain the earthquake physics. In this PhD project we first propose to extend to 3D the kinematic-source inversion method introduced by Tago et al. (2014) in 2D. We will then perform a comprehensive analysis of uncertainties by means of the Hessian of the misfit function. The resolution of the method will be systematically studied to identify, for instance, the most suitable receiver configuration for a given faulting type, and possible constraints that can be introduced to converge to the most physically reliable solution. High resolution kinematic source models will then be obtained from synthetic (e.g., for well-established international benchmarks) and real seismograms. These models will be systematically evaluated integrating the uncertainty estimates to define to which extent detailed information of the source process may be retrieved from available data in regions of interest as the Mexican subduction zone. The method will be applied to real and well-instrumented mexican earthquakes such as the Mw7.2 in Papanoa (2014), the Mw7.5 in Ometepec (2012) and the Mw7.2 in Mexicali (El Mayor-Cucapah, 2010). Resulting source inversions will be used to constrain the earthquakes physics and setup the basis for the development of a dynamic source inversion technique.