Hétérogénéité 3D de la croûte supérieure sous la Mer de Marmara: Tomographie sur une grille de sismomètres fond de mer et de profils de tirs

Devant le jury composé de: Eduard KISSLING Professeur ETH Zurich (Suisse) ............. Rapporteur Josep GALLART Professeur CSIC (Espagne) .................... Rapporteur Jean-Paul MONTAGNER Professeur Université Paris VII ........ Examinateur Tuncay TAYMAZ Professeur Istanbul Technical University ..... Examinateur Alferd HIRN Physicien IPGP ................................. Directeur de thèse Mireille LAIGLE Chargé de recherches IPGP .................. Co-directrice de thèse Résumé: L’hétérogénéité 3D de vitesse des ondes P de la partie supra-crustale du Fossé de la Mer de Marmara est approchée à partir d’une inversion tomographique (Simulps) d’un ensemble de 16000 lectures de temps de premières arrivées de tirs de la campagne Seismarmara enregistrés par un réseau de 35 sismomètres fond de mer (OBS) et de 5 stations à terre. Après avoir exploré la sensibilité des résultats, du modèle a priori en testant plusieurs modèles initiaux 1D, nous avons élaboré un modèle 3D initial constitué de trois modèles 1D auquel on a rajouté la profondeur du fond marin puis la tendance topographique du socle. La fiabilité du modèle final est validée à la fois par des tests synthétiques et par la comparaison avec la sismique multi-trace et la sismique grand-angle. Les résultats tomographiques montrent que dans la mer de Marmara la forte topographie du socle n’est pas limitée entre le fossé profond et son pourtour où les variations de profondeur atteignent 8 km mais existe aussi des dépressions du socle de 2 km dans une distance de 6 km dans le fossé profond. Cette étude fournit une vue 3D de la topographie du socle et l’épaisseur sédimentaire ainsi étend la connaissance des études antérieures essentiellement le long des profils 2D en une vision 3D. L’utilisation original d’un code dédié à la tomographie des séismes locaux (LET) pour cette inversion des tirs permet l’intégration du modèle final 3D comme model initial pour les études de LET sans perte d’information afin d’améliorer les relocalisations des séismes. Abstract: The 3D velocity heterogeneity of the upper-crustal part of the North Marmara Trough (NMT) is approached by a tomographic inversion (Simulps) of a set of 16000 first arrival times of the shots of the Seismarmara survey recorded by a network of 35 ocean bottom seismometers (OBS) and 5 land stations. In a first step we have checked the sensitivity of the results from the control parameters such as the grid geometry and a priori 1D model. In a second step we have designed a 3D a priori model by taking into account the sea-floor depth and the topographic trend of the basement from the basins to the basin rims. The reliability of the model is validated by synthetic tests and by the comparison with the seismic reflection and refraction profiles which principal characteristics such as the sedimentary infill and basement geometry are remarkably recovered by the inversion in the well resolved regions. This study provides a 3D view of the sedimentary thicknesses and of the basement topography which shows large vertical throws which may reach up to 7 km. It reveals also the variations of more than 2 km of the basement topography in a distance of 5 km along the sea-bottom trace of the North Anatolian Fault and its basins. The original use of a code designed for the local earthquake tomography for this inversion of shots allows also the integration of the final 3D model as an initial model for accurate relocation of the recorded earthquakes.