Spatio-temporal change of seismic anisotropy in seismogenic zones.

Résumé : Mon projet de thèse porte sur l'investigation de changements d’anisotropie sismique dans les zones sismogènes et comprend trois aspects différents de la recherche : analyse théorique, investigation numérique et application sur des données réelles. L'anisotropie sismique peut être induite par l'alignement des fissures lorsqu'elles sont soumises à un champ de contrainte. Ainsi, elle peut être utilisé pour mesurer les variations de contrainte dans les zones sismogènes. La première partie du projet consiste en études théoriques et numériques afin de comprendre l'effet de l'anisotropie sur la propagation des ondes de surface, en particulier sur leur polarisation et d’étudier sa signature sur le tenseur de cross-corrélation. Les études numériques ont été effectuées en utilisant la méthode des éléments spectraux (RegSEM, Cupillard et al. 2012). Le code RegSEM permet le calcul de sismogrammes synthétiques dans un modèle anisotrope 3-D. Nous avons étudié l'effet de l'anisotropie sur les cross-corrélations de sismogrammes synthétiques et mesuré l'anomalie de polarisation des ondes de surface qui est due à l'anisotropie. Les résultats indiquent que l'anomalie de polarisation des ondes de surface dans un milieu anisotrope est très significative par rapport à des mesures de temps de trajets. La deuxième partie du projet consiste à développer la méthode pour la surveillance en continu de l’anisotropie sismique en utilisant la cross-corrélation du bruit sismique ambiant et en appliquant la méthode à différents contextes tectoniques, tels que : le tremblement de terre d'Iwate-Miyagi en 2008 et la région de Mt. Fuji lors du tremblement de terre de Tohoku en 2011. Abstract : My thesis project is about investigating changes of seismic anisotropy in seismogenic zones and it includes three different aspects of research: theoretical analysis, numerical investigation and application on real data. In fact, seismic anisotropy can be induced by the alignment of cracks distribution when subject to a stress field. Thus, it can be used as a stress meter in seismogenic zones. The first part of the project consists of theoretical and numerical investigations in order to understand the effect of anisotropy on the propagation of surface waves, in particular on their polarization and investigate its signature on the cross-correlation tensor. The numerical investigations were performed using the spectral element method (RegSEM, Cupillard et al. 2012). The code RegSEM permits the computation of synthetic seismograms in a 3-D anisotropic model. We investigated the effect of anisotropy on the cross-correlations of synthetic seismograms and measured the polarization anomaly of surface waves that is due to anisotropy. Results show that the polarization anomaly of surface waves in an anisotropic medium is very significant compared to travel time measurements. The second part of the project is devoted to the application to real seismic data. It consists of developing the method for monitoring continuously seismic anisotropy using cross-correlation of ambient seismic noise and applying the method to different tectonic contexts, such as: the 2008 Iwate-Miyagi earthquake and the data of Mt. Fuji for the 2011 Tohoku earthquake.