Spectral element simulation of waveforms obtained by correlation of ambient seismic noise
Simulation par la méthode des éléments spectraux des formes d'onde obtenues par corrélation de bruit sismique
Résumé
The waveform we can obtain by correlating ambient seismic noise recorded at two different stations gives an interesting signature of the media between these stations. This provides a new type of data that can be used to investigate the Earth's structure, as the earthquakes records do. Only the phase information has been considered from noise correlations for now and we would like to know in this work whether the amplitude can also be used or not. Ultimately, our aim is to process a spectral element simulation of the entire waveforms. In a first time, we study the features of correlations generated with synthetic seismic noise. Both uniform and non-uniform sources distributions are investigated and the effect of attenuation is carefully detailed for raw, 1-bit and whitened noise. In a second time, we compute a spectral element simulation of these synthetic correlations. The main difficulty is to take into account the amplitudes of the anisotropic noise flux that goes across the stations network. To do so, we use the time-reversal technique and we create a extended source that is positioned at a station and then propagated with the SEM ina certain Earth's model to retrieve waveforms corresponding to correlations between this station and the other receivers of the network. The result is demonstrated numerically as well as theoretically using the representation theorem. Moreover, the spectral element code we use is presented, with an accurated validation and two examples of wavefields generated by earthquakes in a 3D model of Europe. To end up, we apply our time-reversal process to correlations from real seismic noise. We discuss problems due to space-time variations of the noise sources and we show very encouraging results
La forme d'onde que l'on peut obtenir en corrélant le bruit de fond sismique enregistré à deux stations distinctes constitue une signature extrêmement intéressante du milieu qui sépare les deux stations. Récemment apparu, ce type de données vient compléter les enregistrements de séismes pour étudier la structure interne de la Terre. Malheureusement, seule l'information sur la phase a été considérée jusqu'ici, et nous nous demandons dans ce travail de thèse s'il est également possible d'utiliser l'amplitude, le but ultime étant d'élaborer une simulation des formes d'onde en question par la méthode des éléments spectraux (SEM). Dans un premier temps, nous nous intéressons aux caractéristiques de corrélations obtenues grâce à du bruit généré de manière synthétique. Deux distributions de sources sont alors envisagées, l'une uniforme et l'autre non-uniforme, et l'atténuation est soigneusement étudiée, que le bruit corrélé soit brut, binarisé ou blanchi. Nous procédons ensuite à la simulation éléments spectraux de ces corrélations synthétiques. Pour cela, il est nécessaire de prendre en compte les amplitudes spectrales du flux de bruit anisotrope qui traverse le réseau de stations considéré. Nous nous servons alors du renversement temporel et créons une source étendue qui, placée en un récepteur et se propageant grâce à la SEM dans un milieu donné, permet de retrouver les corrélations de bruit effectuées entre ce récepteur et les autres stations du réseau. Le résultat est démontré non seulement numériquement mais aussi d'un point de vue théorique en manipulant le théorème de représentation. Par ailleurs, le code éléments spectraux utilisé est présenté en détails avant d'être validé. Il permet de modéliser la propagation des ondes sismiques à l'échelle régionale et est employé, à titre d'exemple, pour simuler des séismes dans un modèle 3D de l'Europe. Enfin, une application à des corrélations issues du bruit sismique réel est exposée. Nous y discutons les problèmes liés à la variation spatio-temporelle des sources de bruit et montrons des résultats qui laissent présager un bel avenir à notre méthode
Domaines
Géophysique [physics.geo-ph]| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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