Analyse et traitement de la matrice de covariance de données enregistrées sur des réseaux de stations sismiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Analysis and processing of the covariance matrix of data recorded on networks of seismic stations

Analyse et traitement de la matrice de covariance de données enregistrées sur des réseaux de stations sismiques

Résumé

Green's function estimation from ambient seismic noise relies on the strong hypothesis that noise seismic sources are evenly distributed in the medium. Yet, observations of seismic data show that the noise sources do not provide such good conditions in real cases. Strongly coherent seismic sources or directional noise seismic sources may exist, and are harmful to the application of this in ambient seismic imaging. Several signal processing techniques are nowadays routinely applied to individual seismograms in frequency and temporal domain to improve the quality of reconstruction of the Green's function. The present work takes place in this context. Our approach is inspired by array-processing techniques, and is particularly focused on the covariance matrix of data recorded on seismic arrays. We show that the eigenstructure of this matrix provides crucial information about the seismic wavefield degree of coherence, as a function of time and frequency. This information is important because it allows to identify the time and frequency zones where the Green's function quality is ensured. An original array-processing technique is finally proposed, which consider the equalization of the covariance matrix eigenvalues, to attenuate the wavefield anisotropy such as earthquake-related signals or directive noise sources. We interpret this last method as an extension of the spectral whitening technique widely used in seismology to the spatial dimension encoded by the covariance matrix. We also invoke the analogy with the time-reversal technique that have recently led to a class of passive inverse filtering techniques.
L’estimation des fonctions de Green par corrélation de bruit sismique ambiant repose entre autres sur l’hypothèse forte que les sources de bruit sont réparties de façon homogène dans le milieu. Or, les données sismiques réelles montrent que ces sources de bruit ne respectent pas ces conditions dans la plupart des cas. En particulier, les signaux très cohérents générés par des séismes tectoniques ou des sources de bruit directionnelles existent et sont néfastes à l’utilisation du bruit sismique en imagerie passive. Des techniques de traitement du signal temporelles et fréquentielles sont alors habituellement appliquées aux sismogrammes individuels afin d'améliorer la qualité de reconstruction des fonctions de Green. C'est dans la continuité des études visant à traiter les sismogrammes que ce travail s'inscrit. En s'inspirant de méthodes de traitement d'antenne, nous analysons la matrice de covariance de données enregistrées sur des réseaux de stations sismiques. À travers l'analyse des valeurs propres de cette matrice, nous montrons qu'il est possible de dégager des informations cruciales sur le champ d'onde mesuré, comme le degré de cohérence spatiale dans les dimensions temporelles et fréquentielles. Cette information est importante, car elle permet d'identifier les domaines temps-fréquence du champ d'onde propice à l'estimation des fonctions de Green. Finalement, une méthode d'égalisation des valeurs propres de la matrice de covariance visant à atténuer l'anisotropie des sources est proposée. Cette dernière méthode est interprétée comme une extension de la normalisation spectrale à la dimension spatiale, et également dans l'analogie du retournement temporel, au filtre inverse passif qui a vu le jour récemment.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-03505145 , version 2

Citer

Léonard Seydoux. Analyse et traitement de la matrice de covariance de données enregistrées sur des réseaux de stations sismiques. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Institut de Physique du Globe de Paris, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03505145v2⟩
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