Blind deconvolution and seismology: seismic source time function and site effect assessment
Déconvolution aveugle et sismologie: estimation de la source sismique et des effets de site
Résumé
For around twenty years, the signal processing community has developed, for digital communication, different methods of blind deconvolution making it possible to retrieve the unknown convolutive components of one known signal. In this work, we study the way to apply these blind deconvolution technics to seismology in order to estimate the source function or the site effects from only a small numbers of surface seismic records. Based on the theory of coda wave and on a minimum phase deconvolution method, we develop an original algorithm for coda waves. We first apply it to the records of the Kursk's underwater explosion (12/08/2000). After showing that such an explosion is roughly a minimum phase source, we estimate, from the obtained minimum phase source function of the Kursk, the depth and the power of the explosion. We then apply this method to the Rambervillers's earthquake (22/02/2003, Ml=5.4). From the estimated minimum phase source time function, we retrieve not only the duration and the seismic moment but also the site effect at recording stations located several kilometers away from one another. In order to release the minimum phase assumption, we use a higher order statistic blind deconvolution on the stationnarized coda signal. From the multi-station stacked tricorrelation, we obtain a source time function consistent with the source function estimated after deconvolution by empirical Green function, which is in agreement with the minimum phase seismic source function. These first results show that these methods seem to be very powerful, and they should be applied on a set of records of different events from different stations through global inversion scheme.
Depuis maintenant une vingtaine d'années, l'essor des télécommunications numériques a généré toute une panoplie de méthodes dites de déconvolution aveugle. Celles-ci permettent de séparer les différentes composantes d'un produit de convolution sans en avoir aucune connaissance a priori. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier leurs modalités d'applications à la sismologie, afin notamment, d'estimer la fonction source du mouvement sismique ou les effets de site. L'adaptation de la déconvolution à phase minimale au signal de coda, nous a permis d'identifier les fonctions sources de deux types d'évènements sismiques : l'explosion sous-marine du Kursk (12/08/2000), d'une part et le séisme de Rambervillers (22/02/2003, Ml=5.4) d'autre part. Nous avons ainsi pu estimer respectivement la profondeur, la charge de l'explosion ainsi que la durée et le moment sismique du séisme. Grâce à cette méthode, nous avons montré qu'il est aussi possible d'estimer les effets de site en différentes stations du RAP pourtant séparées de plusieurs dizaines de kilomètres. Nous avons ensuite appliqué les méthodes de déconvolution aveugle par statistique d'ordre supérieur aux signaux de coda stationnarisés du séisme de Rambervillers. Ces méthodes ont l'avantage de supprimer l'hypothèse de phase minimale, contraignante et théoriquement non justifiée en sismologie. La fonction source obtenue grâce à la tricorrélation moyennée sur l'ensemble du réseau, est très similaire à celle obtenue après déconvolution par fonction de Green Empirique. Les exemples traités montrent que les méthodes développées ici sont très prometteuses et mériteraient d'être appliquées à de nombreux autres jeux de données.
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