Seismic velocities, anisotropy and elastic properties of crystalline rocks and implications for interpretation of seismic data

La connaissance des propriétés sismiques et élastiques des roches cristallines polyphasées à haute pression et haute température est nécessaire pour interpréter les données sismiques (profils sismiques réflexion et réfraction, fonctions télésismiques, tomographie) en termes de lithologie, de minéralogie et d'état physique ainsi que pour établir des modèles lithologiques et structuraux de la lithosphère. La présente étude vise à mieux comprendre comment les propriétés sismiques et élastiques (vitesses sismiques en compression et en cisaillement (Vp et Vs), anisotropie,paramètres élastiques) en fonction de la pression de confinement varient avec la composition minéralogique et chimique, la microstructure, l'orientation préférentielle des réseaux cristallins (‘lattice preferred orientation': LPO), et la géométrie et l'état des microfissures. Cette thèse, se compose de six chapitres. Le Chapitre 1 aborde les propriétés sismiques des roches, en se concentrant sur les concepts d'élasticité et des règles mélange, et en donnant un aperçu sur des statistiques relatives aux données sismiques pour divers types lithologiques et pour des minéraux cardinaux, et ce, en relation avec les séismes dans la croûte continentale et la partie supérieure du manteau. Le Chapitre 2 traite des propriétés sismiques et élastiques mesurées à des pressions hydrostatiques allant jusqu'à 800 MPa pour 12 échantillons représentatifs du complexe du Longmen Shan, siège du grand séisme de Wenchuan en 2008. La plupart des échantillons montrent peu d'anisotropie Vp ou Vs à des pressions supérieures à la pression de fermeture des microfissures (Pc = 200-300 MPa). La variation de l'anisotropie en fonction de la pression fournit des indications importantes sur l'orientation préférentielle des microfissures dans le régime nonlinéaire poroélastique en dessous de Pc. Les profils rhéologiques et géothermiques indiquent que la profondeur au foyer (~19 km) correspond à la base de la schizosphere, niveau en dessous duquel le complexe du Longmen Shan passe d'un comportement fragile à un comportement ductile.