CE49 - Planétologie, structure et histoire de la terre

Corrélation du Bruit Microsismique et de la Coda des Grands Séismes pour l'Imagerie de la Terre Profonde – TerraCorr

Corrélation du Bruit Microsismique et de la Coda des Grands Séismes pour l'Imagerie de la Terre Profonde

Comment utiliser de manière opportune le champ d'ondes produit par les grands événements océaniques et les réverbérations persistantes produites par les grands tremblements de terre pour éclairer la Terre profonde ?

Produire des observables sismiques robustes par interférométrie

L'objectif principal du projet est d'explorer la possibilité d'utiliser les champs d'ondes sismiques émergeant de la corrélation d’enregistrements continus (ou interférométrie sismique) pour sonder la Terre profonde. En pratique, nous voulons construire et exploiter un nouvel ensemble de données sismiques, complémentaires aux données issues de l’enregistrement des séismes, pour améliorer l'imagerie du manteau profond et du noyau. Le projet se concentre sur la région de la limite noyau-manteau (CMB). TerraCorr doit permettre de mieux comprendre les possibilités et limites de l’utilisation des signaux sismiques continus pour l’imagerie de la Terre profonde.

Deux approches méthodologiques sont explorées : les corrélations d’évènements microsismiques liés à l’activité océanique, et celles basées sur la coda des séismes majeurs. Le traitement nécessaire des données pour calculer les corrélations du second pic microsismique s’appuie sur un modèle global d'excitation par la houle océanique d’ondes sismiques. Ces corrélations seront utilisées pour contraindre la structure en vitesse du manteau inférieur. La corrélation des coda réverbérées des grands séismes sera utilisée pour questionner l'existence d'une couche stratifiée au sommet du noyau externe. La géodynamique de ces deux cibles fait encore l'objet de débats, principalement en raison d'observables limitées.

Le projet se compose de 3 tâches principales («work-packages ») :
- (1) corrélation de d’évènements microsismiques pour l’imagerie du manteau inférieur
- (2) corrélation de Coda réverbérée pour l’imagerie des derniers kilomètres du noyau
externe
- (3) développements méthodologiques

Nous avons obtenu plusieurs résultats importants concernant la tache (1) :
- Construction d’un catalogue d’évènements cibles à partir d’un modèle océanique et de données sismologiques. Le catalogue obtenu rassemble des milliers de sources, classées par force effective, étendue spatiale, localisation, sur une période de 1994 à 2020.
- Une chaine de traitement a été construite et validée par des observations pour permettre de mesurer des interférences particulières ciblant le manteau inférieur et le noyau. Ainsi, pour une source unique dans l’Océan Atlantique Nord s’étalant sur seulement quelques heures, il est possible d’observer à grande distance des interférences de type PP-P, PKPPKP-PKP ou encore PKPPcP-PKP.

Pour la tache (2), les trois éléments nécessaires à l’analyse prévue sont opérationnels :
- Le code de rapatriement et de prétraitement des données sismologiques et les adaptations nécessaires au calcul des corrélations pour ce cas particulier d’interférométrie de la coda des séismes est validé.
- Un outil numérique de calcul de sismogramme synthétique à l’échelle globale a été sélectionné (Axisem) et adapter de manière à pouvoir être combiné à un calcul interférométrique.
- Un outil de tracé de rais sismiques, adapté aux phases non causales issues d’interférences des réverbérations, et permettant l’interprétation des interférences observées, est en cours de validation.

Enfin, plusieurs avancées importantes ont été réalisées au sujet de la tâche (3), en lien avec (1) et
(2).
- Un travail d’ouverture à petite échelle (crustale) a permis de mieux comprendre comment évaluer la sensibilité des mesures interférométriques dans le cadre d’une interférence directe entre deux ondes de volume (e.g. P et PP). Des outils numériques de calcul de ses noyaux de sensibilité sont en cours de développement.
- Le code utilisé pour le pré-traitement des données, le calcul et la gestion des corrélations a largement évolué. Il contient notamment toute la sélection opportune des pairs de station en fonction des paramètres de la source et de la phase cible.

Le principal résultat marquant de ce début du projet correspond à la validation par des observations de la possibilité d’observer des interférences de phases sismiques à grande distance issue d’un évènement océanique unique. Par exemple, une tempête de quelques heures en Atlantique Nord permet d’observer des ondes PcP (réfection sur le noyau externe) entre l’Australie et l’Antarctique par la corrélation d’enregistrements sur des pairs de stations rigoureusement sélectionnées. L'objectif principal à moyen terme est d'étendre ce type d'observation à d'autres régions/sources et de valider la qualité de ces nouvelles observables pour des applications d'imagerie.

- Zhang, R., Boué, P., Campillo, M., Ma, J.. Quantifying P-wave secondary microseism events: a comparison of observed and modeled back projection. Geophysical Journal International, submitted

- Boué, P., Tomasetto, L.. Opportune Detections of Global P- Wave Propagation from Microseism Interferometry. Comptes Rendus Géosceinces, submitted

- P Boue, L Tomasetto, Detection of Teleseismic P-waves in the Correlation Wavefield from Significant Secondary Microseism
Events. AGU Fall Meeting Abstracts 2021, S35A-10

Le projet vise à explorer la possibilité d'utiliser des signaux sismiques reconstruits par corrélation d’enregistrements continus pour sonder la Terre profonde. Nous souhaitons construire et exploiter un nouvel ensemble de données, complémentaires aux données issues des séismes, pour améliorer l'imagerie du manteau et du noyau. Le projet aura pour cible principale la limite manteau-noyau. Deux méthodes sont explorées à l'échelle globale : la corrélation de signaux microsismiques d’origine océanique, et la corrélation des coda réverbérées après les grands séismes. Avec l’aide de modèles d'excitation océanique, la corrélation de signaux microsismiques sera utilisée pour l'imagerie du manteau inférieur. La corrélation de coda sera utilisée pour détecter la présence d'une couche stratifiée au sommet du noyau externe. TerraCorr ouvrira la voie à une utilisation plus large de ce type de signaux pour améliorer notre connaissance sur l'histoire et la dynamique de notre planète.

Coordination du projet

Pierre Boué (Institut des Sciences de la Terre)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ISTERRE Institut des Sciences de la Terre

Aide de l'ANR 292 680 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2021 - 48 Mois

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