Secondary microseisme Love wave generation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Secondary microseisme Love wave generation

Génération d'onde de Love de microséismes secondaires

Shipra Sethi
  • Fonction : Auteur

Résumé

Seismic noise is the continuous oscillation of the Earth recorded at every station in the absence of earthquakes . The interaction of atmosphere, ocean waves and earth creates them. The dominant signal, called secondary microseisms in the frequency band 0.1-0.3 Hz have known to be formed due to the non-linear interaction between two oppositely traveling ocean gravity waves. The resulting pressure fluctuations close to the ocean surface generates a seismic signal which is dominantly Rayleigh waves (R). Many authors reported the observations of Love wave content (L) in the seismic signal. However the L/R amplitude ratio is shown to vary depending on the area investigated. The generation mechanism of Rayleigh waves due to these noise sources interacting with the sea-bottom is well understood and modeled. The explanation why Love waves are generated is unclear because the source in the ocean cannot generate shear motion. We have shown the existence of Rayleigh and Love waves recorded by the Alaska and California network. We then investigate the effect of ocean-continental slope boundary on the seismic noise amplitude of secondary microsiesm and quantify the Rayleigh-to-Love wave conversion. In order to do that, we use the spectral element method to numerically simulate the seismic wave field in 3D media. The primary focus of this study is on investigating several factors that can influence the seismic noise amplitude recorded on the continent in the frequency band 0.1-1 Hz. Those factors are a) the ocean-thickness, b) the source-site effect i.e., source close to the boundary and far from the boundary, c) the sedimentary layer beneath the sea-bottom and d) the effect of ocean-continental slope angle. We observe that Love waves can be generated at the ocean-continental boundary, however the amplitude change is frequency dependent. We observe energy in the transverse direction in a model that cannot generate Love waves as a result of conversion at the ocean-continental slope boundary. The strongest Love wave amplitude is recorded in a model with 6 km deep ocean at resonant frequencies in the ocean when the source is far from the coast. However at other frequencies, shallow oceans and source close to the boundary generates highest Love wave amplitude. In the presence of sediments, the amplification of Love waves is higher at shorter periods for both sources. The reduction in slope angle diminishes the Love wave amplitude. For both source close and far from the boundary, the L/R amplitude ratio vary strongly with frequency and ocean thickness. Among all the factors, highest L/R amplitude ratios are generated due to sediments when the source is close to the boundary.
Le bruit sismique est l'oscillation continue de la Terre enregistrée à chaque station en l'absence de tremblement de terre. Il résulte de l'interaction entre l'atmosphère, les océans et la terre solide. Le signal dominant, appelé microséismes secondaires dans la bande de fréquences 0,1-0,3 Hz, a pour origine l'interaction non linéaire entre des ondes de gravité océaniques de même fréquence et de directions opposées. Les fluctuations de pression qui en résultent près de la surface de l'océan génèrent un signal sismique. Le signal dominant est constitué d'ondes de Rayleigh (R). Plusieurs études montrent également l'existence d'ondes de Love (L) mais le rapport d'amplitude L/R entre les ondes de Love et de Rayleigh varie en fonction de la zone étudiée. Le mécanisme de génération des ondes de Rayleigh dues à l'interaction de ces sources de bruit avec le fond marin est bien compris et modélisé. Cependant, le mécanisme de génération des ondes de Love reste mystérieux car une source dans l'océan ne peut pas générer de mouvement de cisaillement. Dans ce travail, nous montrons l'existence d'ondes de Rayleigh et Love enregistrées par le réseau de l'Alaska et de la Californie. Nous étudions ensuite l'effet de la pente océan-continentale sur l'amplitude du bruit sismique des microséismes secondaires et quantifions la conversion des ondes de Rayleigh et de Love. Pour ce faire, nous utilisons la méthode des éléments spectraux pour simuler numériquement le champ d'ondes sismiques dans les milieux 3D. L'objectif est de déterminer les facteurs qui ont une influence sur l'amplitude des ondes de Love enregistrées sur le continent dans la bande de fréquences 0,1-1 Hz. Ces facteurs sont a) l'épaisseur de l'océan, b) l'effet de site à la source, c) la présence d'une couche sédimentaire sous le fond océanique et d) l'angle de la pente océan-continent. Nous observons que des ondes de Love peuvent être générées à la frontière océan-continental, et que la variation de leur amplitude dépend de la fréquence. La plus forte amplitude des ondes de Love est enregistrée dans un modèle avec 6 km d'océan, 6 km de croûte et 10 km de manteau à des fréquences de résonance dans l'océan lorsque la source est loin de la côte. Cependant, à d'autres fréquences, les océans peu profonds et les sources proches de la frontière de la ocean-continent generent des ondes de Love d'amplitude maximale. En présence de sédiments, l'amplification de Love est plus élevée à des périodes plus courtes pour les deux sources. La réduction de l'angle de pente diminue l'amplitude de l'onde de Love. Pour les sources proches et éloignées de la frontière océan-continent, le rapport d'amplitude L/R varie fortement selon la fréquence et l'épaisseur de l'océan. Parmi tous les facteurs, les rapports d'amplitude L/R les plus élevés sont générés dans les sédiments lorsque la source est proche de la frontière.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03139966 , version 1 (12-02-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03139966 , version 1

Citer

Shipra Sethi. Secondary microseisme Love wave generation. Earth Sciences. Université Paris Cité, 2019. English. ⟨NNT : 2019UNIP7164⟩. ⟨tel-03139966⟩

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