Détermination probabiliste du modèle de vitesses et de la ... · PDF fileAllen,...
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D´ etermination probabiliste du mod` ele de vitesses et de la localisation hypocentrale des s´ eismes armoricains M´ eric Haugmard, ´ Eric Beucler & Antoine Mocuet Laboratoire de Plan ´ etologie et G ´ eodynamique de Nantes. UMR-CNRS . Facult´ e des Sciences et des Techniques, rue de la Houssini ` ere, Nantes Cedex , France planètes environnement et th` ese de doorat (/) ✁ Une meilleure compr ´ ehension de la ruure et de l’ ´ etat de contraintes e recherch ´ ee par une ´ etude pr ´ ecise de la sismicit ´ er´ egionale en am ´ eliorant les techniques de d´ eteion et de localisation des s ´ eismes. Introduion : la sismicit ´ e du Massif armoricain ➤ socle intracontinental en contexte de marge passive ➤ sismicit ´ e: mod ´ er´ ee et diffuse (?) N E S O SE SO NE NO Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain sud - armoricain Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement Cisaillement nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord nord - - - - - - - - - - - - - - armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain armoricain branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche nord branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud branche sud MANCHE PLATEAU SUD ARMORICAIN GOLFE DE GASCOGNE MER D’IROISE 6 ˝ O 4 ˝ O 2 ˝ O 0 ˝ 45 ˝ N 46 ˝ N 47 ˝ N 48 ˝ N 49 ˝ N 50 ˝ N km N N N N N N N N N N N N N N M W :2 M W :3 M W :4 Figure : carte g ´ eologique sch ´ ematique Figure : sismicit ´ e inrumentale de ` a (Si-Hex : Cara, M. & coll., ) 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 nombre de séisme cumulés 1 2 3 4 5 6 magnitude M W 6˚W 4˚W 2˚W 0˚ 46˚N 48˚N 50˚N 0 50 km N (a) incertitudes ´ epicentrales (˘σ ) 0 5 10 15 20 25 profondeur (km) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 effectif cumulé (%) (b) profondeurs ´ eim´ ees Figure : loi de Gutenberg– Richter (Cara, M. & coll., ) Figure : Sismicit ´ e / vue par le C ´ EA-LDG et le R´ eNaSS I. Donn ´ ees : r ´ eseaux (X, FR, RD et GB) et r ´ eponses inrumentales § CEA/DASE (LB) CEA/DASE (CP) RLBP R´ eNaSS BGS (a) § CEA/DASE (R´ eSiF) CEA/DASE (CP) RLBP R´ eNaSS PyrOPE (X) BGS (b) – § A B B A A A A A A A B B B B B B B B B B B B B B B B B B B A B A B CEA/DASE (R´ eSiF) CEA/DASE (CP) autres OSU (?) OSUNA (classe A) OSUNA (classe B) BGS (c) horizon ... § Figure : r´ eseaux sismologiques sur le Massif armoricain -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 Amplitude (dB) 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 fréquence (Hz) -3 dB stations : FR : RENF FR : CAMF ; TRBF ; DOU ; CHIF RD (sauf MFF) 1 Hz fNyquist 120 s 100 s 80 s 60 s 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 période (s) (a) amplitude -180 -90 0 90 180 Phase (degres) 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 fréquence (Hz) stations : FR : RENF FR : CAMF ; TRBF ; DOU ; CHIF RD (sauf MFF) 1 Hz fNyquist 120 s 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 période (s) ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! ? ! X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X : X (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) (?) GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : GB : X RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : RD & FR : ✗ (b) phase Figure : r´ eponses inrumentales de quelques ations FR et RD (canaux HH? et BH?) avec phases oscillantes pour les STS + (JEvalResp, Inrumental Software Technologies, Inc.) – fichiers RespFiles : www.resif.fr (consult ´ e le //). MFF : ! WARNING : Computed and reported (age ) sensitivities differ by more than % " ➠ Les temps d’arriv´ es des ondes P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g , S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g , P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n , S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n sont point ´ ees ` a la main avec une incertitude (˘σ ) mesur ´ ee sur chaque point ´ e. II. D ´ etermination probabilie de la localisation hypocentrale [ λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i , θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i , t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i , z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h ]+[ α α α α α α α α α α α α α α α α α , α α α α α α α α α α α α α α α α α , z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m , α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β ] pb. dire GGGGGGGGGGGGGGGGB FGGGGGGGGGGGGGGGG pb. inverse P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g , S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g , P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n , S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n ➤ des m ´ ethodes de type d ´ eterminie Geiger ()... Figure : ex. de topographie de la fonion co ˆ ut (minima globaux/locaux) s´ eisme de Guingamp (//) ➢ inabilit ´ es : it´ eratif, d ´ eriv ´ ees partielles, inversion matricielle ➢ d´ ependances : ➭ aux param ` etres hypo. initiaux (λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i λ i , θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i θ i , t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i t i , z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h z i h ) ➭ au mod ` ele de terre (α α α α α α α α α α α α α α α α α , α α α α α α α α α α α α α α α α α , z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m , α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β ) ➢ autres : simplex, mod ` ele de terre D, m ´ ethodes jointes (p. ex., Kissling et coll., ), relatives (HypoDD, Waldhauser & Ellsworth, ) ➠ vers des m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques m´ ethodes ochaiques (Billings, ) ➤ une m ´ ethode originale ochaique ➢ m´ ethode de type Monte-Carlo avec chaˆ ınes de Markov (Bayes & Price, ; Metropolis et coll., ) acceptation ou rejet f coˆ ut pp , d obs q“ N N ÿ i “ w i ¨ ˚ ˝ |d i obs ´ d i cal | σ i ˛ ‹ ‚ l “ ➢ m´ ethode adapt ´ ee : ➭ sismicit ´ e mod ´ er´ ee et diffuse ➭ r´ eseau peu dense et inhomog ` ene ➭ absence de localisations a priori ➭ mod ` ele de terre a priori mal contraint ➠ recherche de α α α α α α α α α α α α α α α α α , α α α α α α α α α α α α α α α α α , z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m , α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β ;(‰ BAYHLoc, Myers et coll., ) ➭ un ou plusieurs ´ ev´ enements joints (+ r ´ esidus aux ations) ➭ travail sur les incertitudes des donn ´ ees / des r ´ esultats II. Exemple du s ´ eisme de Vannes (choc principal : // ` a h T.U., M L LDG =,) choc principal + s´ eismes (en h) + ´ ev´ enements (campagne po -s´ eisme) ➤ choc principal (M hypo ď km ): ➢ mod` eles te ´ es : ➢ P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g (), S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g (), P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n (), S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n S n (). ➢ M dur ´ ee =,˘, ➢ r´ esidus aux ations : μ “,˘,(σ )s( donn ´ ees) 0 30 60 90 120 temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) temps (sec) 0 100 200 300 400 dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) dist. hypocentrale (km) Figure : hodochrone -1 0 1 res (s) 0 100 km Figure : r´ esidus (P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g ) , , , , , , , , , , , vitesses des ondes P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g dans la croute, α α α α α α α α α α α α α α α α α (km·s - ) ratio de vitesse, α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β , , , , , vitesses des ondes P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n P n dans le manteau, α α α α α α α α α α α α α α α α α (km·s - ) profondeur du moho, z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m (km) , , , , , probabilit ´ e - - latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , latitude du s´ eisme , λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N = , ◦ N longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , longitude du s´ eisme , θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W = , ◦ W X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) X (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) Y (km) h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, // // // // // // // // // // // // // // // // // , , -, -, profondeur du s´ eisme , z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h (km) temps origine du s ´ eisme , t t t t t t t t t t t t t t t t t (s) , , , , , probabilit ´ e profondeur du s´ eisme , z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h (km) profondeur du moho, z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m (km) α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre mod ` ele de terre s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme s ´ eisme λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α α z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m z m α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre mod` ele de terre s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme s´ eisme λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h z h t t t t t t t t t t t t t t t t t -, -, -, -, -, , , , , , , coefficient de corr ´ elation lin ´ eaire Figure : covariance et matrice de covariance pour les premiers s ´ eismes, enregir´ es ` a Vannes, par les r ´ eseaux nationaux (Tps EXEC = „ min ) III. Campagne po -s ´ eisme (du novembre au d´ ecembre ) ➤ ations CP (LPG-N)+ UIF (RD) + B (CG) ➤ d´ eteion ( a lta , Allen, ), ´ ev´ enements locaux 0 25 50 75 100 effectif -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 résidus (s) Figure : r´ esidus (P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g P g et S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g S g ) Figure : matrice de covariance ( param ` etres) RéNaSS BGS LDG CSEM GEOFON USGS SED IMP PLUM ARZO THEX KERB NENO ARDN QUIF B256 champs carrière -3.3˚ -3.2˚ -3.1˚ -3˚ -2.9˚ -2.8˚ -2.7˚ -2.6˚ -2.5˚ -2.4˚ 47.3˚ 47.35˚ 47.4˚ 47.45˚ 47.5˚ 47.55˚ 47.6˚ 47.65˚ 47.7˚ 47.75˚ 47.8˚ 47.85˚ 47.9˚ 47.95˚ 48˚ 0 10 km N 0 5 10 15 20 25 profondeur (km) 12 tirs de carrière 12h20 23 séismes choc I 4 séismes 9 séismes 1 séisme 1 séisme 1 séisme Figure : localisation des ´ ev´ enements de campagne po -s´ eisme (Tps EXEC = „ h ) Perspeives ➤ donn ´ ees PyrOPE Ouest et VIBRIS : ations ( h de signal, dont % X) ➢ d´ eteion des s ´ eismes locaux par a lta ➢ localisation ochaique des s ´ eismes des bulletins compl ` et´ es ➠ cara ´ erisation de la sismicit ´ e ➠ d´ etermination d’un mod ` ele sismique 1D apparent du Massif armoricain Remerciements : un grand Merci ` a Y. Cano, J. Perrot, P. Gernigon, O. uillard, M. Drilleau, I. Gaudot et M. Bonnin R ´ ef ´ erences Allen, R. V. (1978) : Automatic earthquake recognition and timing from single traces, BSSA, 68(5), 1521–1532. Bayes, M., & M. Price (1763) : An essay towards solving a problem in the doctrine of chances. By the late Rev. Mr. Bayes, F. R. S., Philosophical Transactions, 53(0), 370–418. Billings, S. (1994) : Simulated annealing for earthquake location, GJI, 118(3), 680–692. Cara, M. & coll. (2015) : Si-hex: a new catalogue of instrumental seismicity for metropolitan france, BSGF, 186(1), 3–19. Geiger, L. (1912) : Probability method for the determination of earthquake epicenters from the arrival time only, Bulletin of St. Louis Univ., 8(1), 60–71. Kissling, E., W. Ellsworth, D. Eberhart-Phillips, & U. Kradolfer (1994) : Initial reference models in local earthquake tomography, JGR, 99, 19,635–19,646. Metropolis, N., A. Rosenbluth, M. Rosenbluth, A. Teller, & E. Teller (1953) : Equations of state calculations by fast computing machines, JCP, 21(6), 1087–1092. Myers, S. C., G. Johannesson, & W. Hanley (2007) : A bayesian hierarchical method for multiple–event seismic location, Geophysical Journal International, 171(3), 1049–1063. Waldhauser, F., & W. L. Ellsworth (2000) : A Double-Difference Earthquake Location Algorithm: method and Application, BSSA, 90(6), 1353–1368. ✁ http://lpgnantes.fr/haugmard-m ` emes Rencontre scientifique et technique - octobre [email protected]
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Determination probabiliste du modelede vitesses et de la localisation hypocentrale
des seismes armoricainsMeric Haugmard, Eric Beucler & Antoine Mocquet
Laboratoire de Planetologie et Geodynamique de Nantes. UMR-CNRS .Faculte des Sciences et des Techniques, rue de la Houssiniere, Nantes Cedex , France
planètes environnement
et
these de do�orat (/)
!
Une meilleure comprehension de la ru�ure et de l’etat de contraintes e recherchee par une etude precise de la sismicite regionale en ameliorant les
techniques de dete�ion et de localisation des seismes.
Introdu�ion : la sismicite du Massif armoricain
ä socle intracontinental en contexte de marge passiveä sismicite : moderee et diffuse (?)
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MANCHE
PLATEAU SUD ARMORICAINGOLFE
DE GASCOGNE
MER
D’IROISE
6˝O 4˝O 2˝O 0˝
45˝N
46˝N
47˝N
48˝N
49˝N
50˝N
km
NNNNNNNNNNNNNNNNN
MW : 2 MW : 3 MW : 4
Figure : carte geologique schematiqueFigure : sismicite in rumentale de a (Si-Hex : Cara, M. & coll., )
100
101
102
103
104
105
no
mb
re d
e s
éis
me
cu
mu
lés
1 2 3 4 5 6
magnitude MW
6˚W 4˚W 2˚W 0˚
46˚N
48˚N
50˚N
0 50km
N
(a) incertitudes epicentrales (˘σ)
0
5
10
15
20
25
pro
fondeur
(km
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
effectif cumulé (%)
(b) profondeurs e imees
Figure : loi de Gutenberg–Richter (Cara, M. & coll., )
Figure : Sismicite / vue par le CEA-LDG et le ReNaSS
I. Donnees : reseaux (X, FR, RD et GB) et reponses in rumentales
§
CEA/DASE (LB)CEA/DASE (CP)RLBP
ReNaSS
BGS
(a) §
CEA/DASE (ReSiF)CEA/DASE (CP)RLBP
ReNaSS
PyrOPE (X)BGS
(b) – §
A
B
B
A
A
A
A
A
A
A
B
BB
B
B
B
B
B
BB
B
B
B
B
B
B
B
B
B
A B
A
B
CEA/DASE (ReSiF)CEA/DASE (CP)
autres OSU (?)OSUNA (classe A)OSUNA (classe B)BGS
(c) horizon . . . §
Figure : reseaux sismologiques sur le Massif armoricain
−30
−25
−20
−15
−10
−5
0
5
10
Am
plit
ude
(d
B)
10−3 10−2 10−1 100 101 102
fréquence (Hz)
−3 dB
stations :
FR : RENF
FR : CAMF ; TRBF ; DOU ; CHIF
RD (sauf MFF)
1 H
z
fNyq
uis
t
120 s
100
s80 s
60
s
10−210−1100101102103
période (s)
(a) amplitude
−180
−90
0
90
180
Ph
ase
(d
egre
s)
10−3 10−2 10−1 100 101 102
fréquence (Hz)
stations :
FR : RENF
FR : CAMF ; TRBF ; DOU ; CHIF
RD (sauf MFF)
1 H
z
fNyq
uis
t
120 s
10−210−1100101102103
période (s)
? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !? !X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :X :XXXXXXXXXXXXXXXXX (?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)(?)
GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :GB :XXXXXXXXXXXXXXXXXRD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR :RD & FR : 77777777777777777
(b) phase
Figure : reponses in rumentales de quelques ations FR et RD (canaux HH? et BH?) avec phasesoscillantes pour les STS + Q (JEvalResp, In rumental Software Technologies, Inc.) – fichiersRespFiles : www.resif.fr (consulte le //).
MFF : !WARNING : Computed and reported ( age ) sensitivities differ by more than %"
à Les temps d’arrives des ondes PgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPg, SgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSg, PnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPn, SnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSn sont pointees a la main avecune incertitude (˘σ) mesuree sur chaque pointe.
II. Determination probabili e de la localisation hypocentrale
[ λiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλi , θiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθi , t ititititititititititititititititi, z
i
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h] + [ ααααααααααααααααα, ααααααααααααααααα, zmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzm , αβ
αβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ]
pb. dire�GGGGGGGGGGGGGGGGBFGGGGGGGGGGGGGGGG
pb. inversePgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPg , SgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSg , PnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPn , SnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSn
ä des methodes de type determini e Geiger () . . .
Figure : ex. de topographie dela fon�ion cout (minimaglobaux/locaux)seisme de Guingamp (//)
â in abilites : iteratif, derivees partielles,inversion matricielle
â dependances :í aux parametres hypo. initiaux (λiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλiλi , θiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθiθi , t it
itititititititititititititititi, z
i
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hzi
hzi
hzi
h)
í au modele de terre (ααααααααααααααααα, ααααααααααααααααα, zmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzm , αβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ)
â autres : simplex, modele de terre D, methodesjointes (p. ex., Kissling et coll., ), relatives(HypoDD, Waldhauser & Ellsworth, )
à vers des methodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iquesmethodes ocha iques (Billings, )
ä une methode originale ocha ique
â methode de type Monte-Carlo avec chaınes de Markov (Bayes &Price, ; Metropolis et coll., )
acceptationou rejet
fcoutpp,dobsq “N
Nÿ
i“wi
¨
˚
˝
|di
obs´di
cal|
σi
˛
‹
‚
l“
â methode adaptee :
í sismicite moderee et diffuseí reseau peu dense et inhomogeneí absence de localisations a priorií modele de terre a priori mal contraint
à recherche de ααααααααααααααααα, ααααααααααααααααα, zmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzm, αβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ ; (‰ BAYHLoc, Myers et coll., )
í un ou plusieurs evenements joints (+ residus aux ations)í travail sur les incertitudes des donnees / des resultats
II. Exemple du seisme de Vannes (choc principal : // a h T.U., MLLDG=,)
choc principal + seismes (en h)+ evenements (campagne po -seisme)
ä choc principal (Mhypo ď km) :â modeles te es : â PgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPg (), SgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSg (), PnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPn (), SnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSn ().â Mduree=,˘,â residus aux ations :
µ “,˘,(σ) s ( donnees)0
30
60
90
120
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
temps(sec)
0 100 200 300 400
dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)dist. hypocentrale (km)
Figure : hodochrone
−101
res (
s)
0 100
km
Figure : residus (PgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPg)
, , , , ,,
,
,
,
,
,
vitesses des ondes PgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPg dans la croute, ααααααααααααααααα (km·s−)
rati
od
evi
tess
e,α βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα βα β
, , , , ,
vitesses des ondes PnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPnPn dans le manteau, ααααααααααααααααα (km·s−)
pro
fond
eur
dum
oho,
z mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz mz m(k
m)
,
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,
,
,
pro
babi
lite
-
-
latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme ,latitude du seisme , λλλλλλλλλλλλλλλλλ = ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦N= ,◦Nlongitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme ,longitude du seisme , θθθθθθθθθθθθθθθθθ = ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W= ,◦W
X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)X (km)Y
(km
)Y
(km
)Y
(km
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(km
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(km
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)Y
(km
)
h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :, h :,//////////////////////////////////
,
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-,
-,
profondeur du seisme , zhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzh (km)
tem
ps
orig
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αβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ
mod
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ααααααααααααααααα ααααααααααααααααα zmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmzmαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβαβ
λλλλλλλλλλλλλλλλλ θθθθθθθθθθθθθθθθθ zhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzhzh
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modele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terremodele de terre seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme seisme
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-,
-,
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-,
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,
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coeffi
cien
td
eco
rrel
atio
nli
neai
reFigure : covariance et matrice de covariance pour les premiers seismes, enregi res a Vannes,par les reseaux nationaux (TpsEXEC = „min)
III. Campagne po -seisme (du novembre au decembre )
ä ations CP (LPG-N) +QUIF (RD) + B (CG)
ä dete�ion ( alta
, Allen, ), evenements locaux
0
25
50
75
100
effectif
−1.0 −0.5 0.0 0.5 1.0
résidus (s)
Figure : residus (PgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPgPg et SgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSgSg)Figure : matrice decovariance ( parametres)
RéNaSSBGS
LDG
CSEM
GEOFON
USGS
SED
IMP
PLUM
ARZO
THEX
KERB
NENO
ARDN
QUIF
B256 champs carrière
−3.3˚ −3.2˚ −3.1˚ −3˚ −2.9˚ −2.8˚ −2.7˚ −2.6˚ −2.5˚ −2.4˚47.3˚
47.35˚
47.4˚
47.45˚
47.5˚
47.55˚
47.6˚
47.65˚
47.7˚
47.75˚
47.8˚
47.85˚
47.9˚
47.95˚
48˚
0 10km
N
0 5 10 15 20 25
profondeur (km)
12 tirs de carrière
12h20
23 séismes choc I
4 séismes
9 séismes
1 séisme
1 séisme
1 séisme
Figure : localisation des evenements de campagne po -seisme (TpsEXEC = „h )
Perspe�ives ä donnees PyrOPE Ouest et VIBRIS : ations (h de signal, dont %XXXXXXXXXXXXXXXXX)
â dete�ion des seismes locaux par alta
â localisation ocha ique des seismes des bulletins completesàcara�erisation de la sismicite
àdetermination d’un modele sismique 1D apparent du Massif armoricain
Remerciements : un grand Merci a Y. Cano, J. Perrot, P. Gernigon, O.Quillard, M. Drilleau, I. Gaudot et M. Bonnin
References
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!http://lpgnantes.fr/haugmard-m emes
Rencontre scientifique et technique - octobre � [email protected]
