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Cours de Sismologie L3 2007 R. Madariaga M. Delescluse.

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1 Cours de Sismologie L R. Madariaga M. Delescluse

2 Séisme en Martinique hier à 19 GMT 150 km Mw = 7.4 Mo = 1.5 x 1O 20 Nm

3 Sismicité de la Martinique

4 Séisme de Martinique 29/11/07 Section Géoscope

5 P R S Séisme de Martinique 29/11/07

6 P S

7 Observation des oscillations libres sur la terre

8 Sismicité du Globe en 2007

9 24 bits (10 7 ) Standard Instrument Response for the IRIS network

10 Accélérogramme enregistré par la station IQUI Accélération Vitesse du sol Sismogramme Déplacement

11 Quelques sismogrammes Séisme du 14/11/07 à 15:40:38 À Tocopilla Au Nord du Chili P P PKP SSS S 21 min Peru Fort de France Tibet PKP SKS Saint Sauveur R R

12 PKP SKS Saint Sauveur R Love Rayleigh Séisme de Tocopilla Nord du Chili du 14/11/07 à 15:40:38 Ondes de Love et de Rayleigh

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14 La terre est un milieu élastique stratifié avec des perturbations latérales de l'ordre de 1-5% Hodochrones de la terre globale PkP R ~ 4 km/s SkS Multiple S Core shadow D'après Shearer, 2000

15 Contrainte ni = n Déplacement u n Équation de mouvement Équation de lélasticité Equations des ondes élastiques Sources

16 Séparation de léquation dondes Potentiel vectoriel Potentiel scalaire Equation dondes vitessevitesse Vitesse des ondes Dilatation Rotation

17 Front donde k ou p Onde P Onde S Ondes Planes

18 Ondes sphériques R Ondes P Solution espace de Fourier propagation forme donde Solution espace temps Divergence géométrique Front dondes Rai ou rayon

19 Onde S Rayonnement sismique dans milieux homogène Divergence Géométrique Diagramme de rayonnement Signal sismique Onde S MoMo R Onde P

20 Quelques sismogrammes Séisme du 14/11/07 à 15:40:38 À Tocopilla Au Nord du Chili P P PKP SSS S 21 min Peru Fort de France Tibet PKP SKS Saint Sauveur R R

21 PKP SKS Saint Sauveur R Love Rayleigh Séisme de Tocopilla Nord du Chili du 14/11/07 à 15:40:38 Ondes de Love et de Rayleigh

22 Ondes Sphériques dans une terre homogène source station R D Distance parcourueTemps de trajet Distance angulaire Temps de trajet T 2R/

23 La terre est un milieu élastique stratifié avec des perturbations latérales de l'ordre de 1-5% Hodochrones de la terre globale PkP R ~ 4 km/s SkS Multiple S Core shadow D'après Shearer, 2000

24 Hodochrones standard Phases les plus fréquentes

25 PREM !

26 i j Loi de Descartes Angle critique

27 Temps de trajet distance Pn Pg PmP icic Pn Pg c1c1 c2c2

28 Quest ce quune onde Pn icic c1c1 c2c2 i 2 = /2 c2c2 c1c1 On traite le rai, chemin de temps le plus court, comme sil était laxe de propagation Dune onde plane.

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33 Example récent de profil sismique De EOS 25 Octobre 2005

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35 Théorie des rais dans un milieu 1D Variation verticale de la vitesse i vitesse z Point de rebroussement distance z

36 Theorie simplifiée i1i1 i2i2 Approximation de Descartes H X i vitesse z z

37 i i c Rai incident c vitesse de phase p lenteur apparente ou paramètre du rai x z APPROXIMATION DONDES PLANES REELES Dans une onde réelle p 1/a Approximation dondes planes dX dT

38 Tracé des rais dans un milieu 1D Paramètre du rai: Donc on peut intégrer: i dx ds A p constant: z z max X(p)

39 X T Propriétés de lhodochrone dun rai normal p croît p=1/ (0) i dX (0) dT (p) Temps dinterception

40 Tracé de rais Pour un modèle à Gradient presque Constant Cas du manteau Inférieur

41 Tracé des rais en coordonées sphériques Dans un milieu sphérique le paramètre du rai est p r i r sin i rd i dr

42 Integration de la distance Détermination du temps de trajet Integration du temps de trajet

43 Distance angulaire Temps de trajet Propriétés dun rai normal p croît p=r/ (0) i rd (0) dT (p) T(p)

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45 Triplication En présence de fort gradient Les rais se tripliquent Lexample type est la discontinuité de Mohorovicic ou Moho

46 Effet dune réduction de vitesse Apparition dune zone dombre P est continu est discontinu

47 PREM !

48 La terre est un milieu élastique stratifié avec des perturbations latérales de l'ordre de 1-5% Hodochrones de la terre globale PkP R ~ 4 km/s SkS Multiple S Core shadow D'après Shearer, 2000

49 Phases sismiques du noyau PKIKP P manteau PKiKP PKP B

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52 Londe SKS : une source fabuleuse dinformation: La vitesse de P (K du SKS) est 8 km/s en haut du noyau La vitesse de la S sur lenoyau est de 7.2 km/s Il y a donc triplication.

53 Observation des SKS et de lanisotropie du manteau SIsmogrammes

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55 Le noyau de la terre change au cours du temps Zhang et al Science 2005

56 Rayonnement des ondes S : SV SH Rayonnement des ondes P : Diagramme de rayonnement

57 M 0 (t) temps M0M0 Rayonnement sismique Moment sismique final temps M 0 (t) M0M0 ° Signal sismique idéalisé Durée ~ 2a a

58 Section Sismique Globale R2 R3 R4 P X Dans cette section on a sommé nombreux sismogrammes Daprès Shearer, 2000

59 Glissement D Surface de la faille S Définition de Moment sismique M o = D S Constante élastique Définition de M w

60 ? Glissement (m) ?1000? Durée (s) Longueur (km) Moment (Nm) Magnitude (M w ) Mesure dun tremblement de terre

61 Séisme de Tarapaca, Chili 23 juin 2005, m=7.8 IQUI 14/11/07 23/06/05 M w 7.8 M w 7.7

62 Séisme de Tarapaca, Chili 23 juin 2005, m=7.8

63 Accélérogramme enregistré par la station IQUI Accélération Vitesse du sol Sismogramme Déplacement

64 Articles proposés pour la présentation orale Barruol & Ben Ismail Upper mantle anisotropy beneath the African IRIS and Geoscope stations Geophys Journal International, 146, 2001 Edward J. Garnero A new paradigm for the Earth's core-mantle boundary Science 304: , 2004 Keller et al. Resolution of tomographic models of the mantle beneath Iceland. Geophysical Research Letters, 2000 Kawakatsu and Watada, Seismic evidence for deep-water transportation in the Mantle Science, 316, , 2007 X. Yuan, J. Ni, R. Kind, J. Mechie, E. Sandvol Lithospheric and upper mantle structure of southern Tibet from a seismological passive source experiment Journal Geophysical Research 102, B12, 27,491 Laigle et al. Variation of seismic coupling with slab detachment and upper plate structure along the western Hellenic subduction zone. Tectonophysics, 2004 Park et al. Earths Free Oscillations Excited by the 26 December 2004 Sumatra-Andaman Earthquake Science:308. no. 5725, pp , 2005 PM Shearer Imaging global body wave phases by stacking long-period seismograms. Authors: Journal of Geophysical Research, Volume 96, B12, p Wolfe et al. Seismic structure of the Iceland mantle plume. Nature, 385, (16 January 1997) Jian Zhang, Xiaodong Song, Yingchun Li, Paul G. Richards, Xinlei Sun, and Felix Waldhauser Science 309: , 2005

65 Section Sismique Globale R2 R3 R4 P X Dans cette section on a sommé nombreux sismogrammes Daprès Shearer, 2000

66 Theorie simplifiée i j Approximation standard TWT X H CourbureNMO

67 Théorie des rais Front donde T=const. Rai p P p vecteur lenteur tangent au rai Équation de lEikonal s Équations de tracé des rais: Donc

68 Gradient de vitesse Gradient de lenteur Rai tourne vers le gradient de la lenteur Dans un milieu à gradient contant Les rais sont des cercles

69 Theorie simplifiée i j Approximation standard TWT X H CourbureNMO

70 i i c p c vitesse de phase p lenteur apparente paramètre du rai x z ONDES PLANES REELES Dans une onde réelle p 1/ approximation

71 c p c vitesse de phase p lenteur apparente paramètre du rai x z ONDES PLANES dINTERFACE ONDES INHOMOGENES Dans une onde inhomogène p > 1/ c Onde inhomogène: Décroissance exponentielle propagation horizontale


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