Détermination des variations latérales de la lithosphère par l'analyse des ondes de surface enregistrées par des réseaux régionaux
Résumé
Surface waves of intermediate period (10-100 seconds) are sensitive to the rigidity of the lithosphere. In this work, we studied the lateral variations of the lithosphere by analysis of surface waves. The wavelength of the studied lateral variations is decakilometric. Considering the improved spatial coverage of broad band stations and the recent availability of portable stations, usual methods based on seismological stations hundreds of kilometres apart are no longer satisfactory. This is particularly valid in strongly heterogeneous areas. We therefore developed methods for analysing surface recorded by dense or regional alTays to study propagation anomalies and lateral variations of the lithospheric structure. We applied these array analysis in three different areas. Firstly, we showed the presence of strong, localised lateral variations of the crustal structure across the Tsangpo suture, in the southermost part of the tibetan plateau. For this, we analysed the local phase velocity as well as the amplitude variation across the suture. North of the Tsangpo suture, we identified a low velocity layer in the lower crust while such a layer was not present south of the suture. Secondly, we studied the lithosphere in the French Alps and we showed that it thickens from 85 km beneath the western part to up to 200 km beneath the axis of the range. We also studied the propagation anomalies of the surface waves in this area using a dense array. Strong propagation anomalies were found and interpreted using ray tracing and numerical simulations. Finally, we analysed surface waves in the area around the Sorgenfrei-Tornquist zone which separates Phanerozoic Europe (west) to Paleozoic Europe (east). We showed that the lithosphere is thin (50-100 km) in the westernmost part, thick in the easternmost part (up to 200 km), and intermediate (120 km) within the lateral transition.
Les ondes de surface de période 10-100 secondes sont sensibles à la rigidité de la lithosphère échantillonnée. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des variations latérales de la lithosphère par l'analyse des ondes de surface. La longueur d'onde des variations latérales étudiées est de l'ordre de grandeur décakilométrique. Les méthodes habituellement utilisées avec des stations sismologiques espacées de plusieurs centaines de kilomètres ne sont donc plus satisfaisantes. C'est pourquoi nous avons développé des analyses dites de réseaux denses ou régionaux. Ainsi nous pouvons déterminer les variations latérales de la structure lithosphérique et étudier la propagation des ondes de surface à l'échelle régionale. Nous avons appliqué ces analyses de réseau pour trois études régionales différentes. Tout d'abord nous avons montré les variations brutales de la structure crustale de part et d'autre de la suture du Tsangpo au sud du plateau tibétain. Pour cela, nous avons analysé la vitesse de phase locale ainsi que les variations d'amplitude au travers de la suture. Au nord de la suture du Tsangpo nous avons déterminé une zone à moindre vitesse dans la croûte inférieure alors que nous ne l'observons pas au sud de la suture. Nous avons aussi étudié la lithosphère dans les Alpes françaises et nous avons montré qu'elle s'épaississait d'ouest en est, de 85 à plus de 200 km d'épaisseur sous l'axe de la chaîne alpine. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés aux anomalies de la propagation des ondes de surface dans cette région en dissociant les effets dus aux échelles globale et locale. Finalement, nous avons aussi travaillé sur la zone de Sorgenfrei-Tornquist qui sépare l'Europe phanérozoïque à l'ouest de l'Europe paléozoïque à l'est. Nous montrons qu'au sud-ouest de cette zone la lithosphère est peu épaisse, autour de 50-100 km, et qu'au nord-est elle atteint une épaisseur supérieure à 200 km sous le bouclier baltique. Au niveau de la transition, la lithosphère est épaisse de 120 km .