Seismo-acoustic conversion at seafloor interface
Conversion sismo-acoustique au passage du fond océanique
Résumé
For more than 15 yr, the recording of hydroacoustic signals with hydrophones moored in a minimum sound-velocity channel, called the SOFAR (SOund Fixing And Ranging) channel, has allowed for detection and localization of many small-magnitude earthquakes in oceanic areas. However, the interpretation of these hydroacoustic signals termed ``T-waves'' fails to provide direct information on the magnitudes, focal mechanisms, or focal depths of the causative earthquakes. These limitations result, in part, from an incomplete understanding of the physics of the conversion, across the seafloor interface, from seismic waves generated by subseafloor earthquakes to hydroacoustic T-waves. To try and overcome some of these limitations, we have developed a 2-D finite-element mechanical model of the conversion process. By computing an exact solution of the velocity field of the waterborne T-waves, our model shows that a double-couple source mechanism of a subseafloor earthquake generates T-waves, whose take-off angles are adequate to allow penetration into the SOFAR channel and efficient trapping by this waveguide. In addition, our model confirms the relative importance of P and S seismic waves in the amplitude of the produced T-wave. Further developments are in progress with a view to modelising the effects of regional or local topographic characteristics of seafloor on T-wave production. In the long term, the use of our code's outputs as inputs to a long range acoustic propagation code could allow T-wave modelling along its whole path, from seismic source to hydrophone.
Depuis plus de quinze ans, l'enregistrement des signaux hydroacoustiques par des hydrophones dans le canal SOFAR (SOund Fixing And Ranging) a permis la détection et la localisation de nombreux séismes de faible magnitude dans l'océan. Cependant, l'interprétation de ces signaux hydroacoustiques appelés ``ondes T'' ne permet pas de fournir une information directe sur les magnitudes, les mécanismes aux foyers et les profondeurs focales des séismes en cause. Cette limitation vient en partie du fait que le mécanisme de conversion des ondes sismiques en ondes acoustiques au passage du fond océanique n'est pas totalement compris à ce jour. Pour tenter de résoudre ce problème, nous avons développé un code mécanique 2D solide-fluide capable de modéliser le processus de conversion sismo-acoustique. En calculant de manière exacte la solution du champ de vitesses de l'onde acoustique produite, notre modèle montre qu'une source en double couple dans la croûte océanique produit des ondes T dans la colonne d'eau avec des angles permettant de se propager dans le SOFAR. Notre modèle confirme également l'importance relative des ondes P et S dans l'amplitude de l'onde T produite. Des développements sont en cours pour modéliser l'effet des caractéristiques topographiques régionales ou locales du fond océanique sur la production des ondes T. A terme, les sorties de ce modèle, utilisées comme entrées d'un code de propagation acoustique longue distance, pourraient permettre de modéliser l'onde T sur l'ensemble de son trajet, de la source sismique à l'hydrophone.