Utilisation des corrélations de bruit micro-sismique pour l'analyse des propriétés du champ d'onde et l'imagerie crustale

par Fabien Hubans

Thèse de doctorat en Terre, univers, environnement. Terre solide

Sous la direction de Anne Paul et de Michel Campillo.

Soutenue en 2010

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (Le Bourget-du-Lac, Savoie1975-2010) (laboratoire) et de Observatoire des sciences de l'univers de Grenoble (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Bouchon.

Le jury était composé de Anne Paul, Michel Campillo, Nikolai M. Shapiro, Hayrullah Karabulut.

Les rapporteurs étaient Valérie Maupin, Eric Debayle.

mots clés

• Ondes de surface
• Corrélations
• Tomographie
• Sources de bruit
• Contrôle de qualité
• Formation de voie
• Région Egée-Anatolie
• Ondes de surface
• Tomographie sismique
• Imagerie sismique

Résumé

Depuis 10 ans, l'imagerie de la croûte par corrélations de bruit a été utilisée dans différentes régions. Ces études sélectionnent les corrélations sur la base du rapport signal sur bruit des signaux utilisés. Selon la théorie, les corrélations convergent vers les fonctions de Green en temps positif et négatif si la distribution des sources est homogène. Seule la vérification de la parité des corrélations permet d'évaluer la qualité de la convergence. Un écart à la parité fournit des informations sur la synchronisation des horloges des stations et la distribution des sources de bruit. Ainsi, l'analyse des variations de temps de propagation des parties causale et acausale nous a permis d'identifier des erreurs d'horloge pour des stations du jeu de données SIMBAAD. Une analyse de polarisation et l'utilisation de la formation de voie sur les corrélations ont permis de localiser des sources de bruit d'ondes P en océan profond. Dans la région Egée-Anatolie, à 15s de période la distribution des sources de bruit est homogène et elle devient hétérogène à plus longues périodes. Nous utilisons la propriété de symétrie pour sélectionner le temps de propagation des ondes de surface (Love et Rayleigh) les plus représentatifs des fonctions de Green. L'inversion de ces temps de propagation permet de reconstruire les variations latérales des vitesses de groupe à toutes les fréquences. Les courbes de dispersion locales obtenues sont inversées pour construire un modèle en 3D de la vitesse des ondes S des la croûte pour la région Egée-Anatolie. Les variations latérales de la vitesse et l'épaisseur de la croûte sont cohérentes avec la structure géologique connue, avec les résultats d'autres études géophysiques et avec la déformation récente.

Titre traduit

How to use noise cross-correlation for the analysis of the wavefieldproperties and the tomography of the crust

Résumé

Since 10 years, crustal tomography based on noise cross-correlations have been used in many regions. In most studies, the noise to signal ratio is used to select the correlations for the tomography. According to the theory, the cross-correlations of two noises records converge to the Green function in positive and negative parts if noise sources are homogeneously distributed around the stations. Therefor, the time symmetry of correlations is related to the quality of its convergence to the Green function. The symmetry properties are related to the spatial distribution of noise sources and synchronisation between stations. We use this property to control the quality of SIMBAAD dataset and some data have been corrected. We use a particle motion analysis and a beamforming on all correlations to identify some sources of P waves in deep oceans. In the Aegean-Anatolian, noise sources are homogeneously distributed at 15s but this distribution become heterogeneous at longer periods. For each pair of stations, we compare different components of the correelation tensor and we check the time symmetry to obtain the closest dispersion curve to the Green function. For each frequency, we inverse all travel times to reconstruct the group velocity maps for Raileigh and Love Waves. We inverse local dispersion curves to construct a 3D model of S wave velocity in the crust in the Aegean-Anatolian domain. We observe some lateral changes for S waves velocity which are coherent to the geological structures (Sedimentary basin, continental crust,. . . ). We also prove there is some lateral changes of the depth of the Moho discontinuity. Our observations are coherent with previous geophysocal studies. The Moho depth seems to be related with the recent deformation (younger than 15 My).