Academic literature on the topic 'Seismická tomografie'

Abstrak Telah dilakukan penelitian pencitraan tomografi seismik 3D untuk stuktur internal di bawah Gunung Merapi dengan empat stasiun pencatat gempa dan gempa vulkanik sebagai sumber sinar gelombang. Penelitian ini menggunakan perangkat LOTOS-10 (Local Tomography Software 10) untuk inversi tomografi seismik 3D. Karakteristik medium bawah Gunung Merapi dapat digambarkan oleh parameter fisis seperti kecepatan gelombang primer dan sekunder. Hasil pengolahan data seismograf menunjukkan metoda tomografi seismik dapat mengungkap struktur bawah permukaan Gunung Merapi melalui distribusi anomali deviasi kecepatan dan Vp/Vs ratio. Kualitas citra yang dihasilkan dengan menggunakan gelombang primer lebih jelas resolusinya dan waktu yang digunakan lebih efesien, sehingga dapat digunakan sebagai informasi mitigasi bencana sebelum gempa erupsi terjadi. Daerah anomali negatif yang diperoleh terletak di bawah puncak Gunung Merapi pada kedalaman 3 - 5 km mempunyai karakter fisis yaitu zona lemah, kurang kompak, panas dan heterogen. Daerah anomali tersebut dapat diinterpretasikan sebagai keberadaan zona materi panas yang berasosiasi dengan sisa dapur magma dangkal. Kata-kata kunci: Gunung api Merapi, sifat fisis, tomografi seismic, lotos-10. Abstract 3D seismic tomography imaging research conducted for internal structures under Merapi Volcano with four earthquake recording and volcanic earthquake stations as a source of wave rays. This study used LOTOS-10 (Local Tomography Software 10) for 3D seismic tomography inversion. Characteristics of the medium under Merapi Volcano described by physical parameters such as primary and secondary wave velocities. The result of seismograph data processing shows seismic tomography method can reveal the subsurface structure of the Merapi Volcano through the distribution of deviation anomaly speed and Vp / Vs ratio. Image quality generated by using primary wave more clearly the resolution and time used more efficient, so that can be used as disaster mitigation information before earthquake eruption happened. The negative anomaly area obtained under the peak of Merapi Volcano at a depth of 3 - 5 km has the physical characteristics of weak, less compact, hot and heterogeneous zones. The anomalous region can interpret as the existence of a zone of heat material associated with the rest of the shallow magma kitchen. Keywords: Mount of Merapi, physical character, Seismic of Tomography, lotos-10.

The main goal of seismic exploration is to get an accurate image of subsurface section so it can be easily interpreted. Pre Stack Depth Migration (PSDM) is such a powerful imaging tool especially for complex area such an area where strong lateral velocity variations exist. The main challenge of PSDM is the need of accurate interval velocity model.In this research, Dix Transformation, coherency inversion, and tomography are used for initial interval velocity model, and then tomography is used for interval velocity model refinement. We compare also between seismic image resulted from PSDM and PSTM to determine the best method. The seismic data that processed in this paper is derived from north western part of Australian Waters. Kata kunci: Pre Stack Depth Migration, Dix Transformation, coherency inversion, tomography. Tujuan utama dari eksplorasi seismik adalah menghasilkan citra yang akurat dari penampang bawah permukaan sehingga diinterpretasi lebih mudah. Pre Stack Depth Migration (PSDM) merupakan suatu metode yang memberikan hasil peningkatan kualitas citra seismik pada daerah kompleks dimana terjadi variasi kecepatan lateral yang signifikan. Salah satu syarat penting yang harus dipenuhi agar hasil PSDM lebih optimal adalah model kecepatan interval yang akurat. Dalam penelitian ini Transformasi Dix, inversi koheren, dan tomografi digunakan untuk memenuhi syarat tersebut. Perbandingan hasil penampang seimik PSDM dan PSTM dilakukan untuk menentukan metode terbaik. Data seismik yang diolah dalam tulisan ini berasal dari wilayah Perairan Baratlaut Australia. Kata kunci: Pre Stack Depth Migration, Transformasi Dix, inversi koheren, tomografi

Telah dilakukan analisis kecepatan menggunakan metode tomografi pada data seismik 3D Lapangan Y lepas pantai Texas dengan software Opendtect. Model kecepatan baru dibuat dengan mengoreksi kurva residual moveout (RMO) pada gather CIG (common image point) dengan menggunakan model kecepatan awal yang diperoleh secara konvensional sebagai masukan. Iterasi dilakukan sampai diperoleh kurva RMO yang datar. Selanjutnya model kecepatan baru yang dihasilkan melalui metode tomografi digunakan sebagai acuan nilai kecepatan untuk proses stacking dan migrasi. Penampang seismik hasil migrasi dengan nilai kecepatan baru menunjukkan peningkatan yang cukup baik. Struktur geologi yang berupa patahan dan pola-pola reflektor di kedalaman terlihat lebih jelas dibandingkan dengan penampang seismik awal. Kata Kunci :tomografi, analisiskecepatan seismik, koreksi residual moveout

Metode seismik refraksi merupakan salah satu metode geofisika yang digunakan dalam kajian geofisika dekat permukaan. Metode ini masih memiliki ambiguitas dalam penggambaran model kecepatan bawah permukaan, terutama untuk model geologi yang kompleks dan kasus low velocity layer. Pemodelan dengan inversi tomografi pada metode seismik refraksi dapat digunakan sebagai solusi. PROFIT (Profile Forward and Inverse Tomographic modeling) telah dikembangkan dengan kombinasi inversi dan forward modelling tomografi 2D yang dapat diaplikasikan pada data seismik aktif di laut dan di darat dengan kondisi geologis yang kompleks. Pada penelitian ini, kode PROFIT digunakan untuk pemodelan maju (forward modelling) dan pemodelan balik data sintetik dengan fitur low velocity layer, yaitu model goa dan model intrusi. Posisi goa sintetik dapat direkonstruksi cukup baik yaitu pada jarak 160 m hingga 270 m dari bagian awal lintasan dan elevasi 80 m hingga 30 m, namun nilai kecepatan yang dihasilkan berbeda dengan model sintetiknya, yaitu 1,2 km/s sampai 1,6 km/s. Pada model intrusi, tubuh intrusi batuan tipe dyke dapat direkonstruksi cukup baik yaitu pada jarak 250 m hingga 500 m dari bagian awal lintasan dengan elevasi 170 m serta memiliki kecepatan yang sama dengan model sintetik yaitu 4 km/s. Setengah tubuh intrusi tipe sill dapat direkonstruksi pada posisi yang cukup tepat yaitu pada jarak 1100 m sampai 1350 m dengan elevasi 90 m dan kecepatan yang tepat yaitu 4 km/s. Hasil inversi tomografi menggunakan PROFIT sangat dipengaruhi oleh rentang kecepatan model awal dan nilai SM (Smoothing Matrix) dan AM (Amplitude Matrix).

Existe poca información y conocimiento geológico de la Cuenca de Urabá. A continuación, se presentan los resultados del estudio tomográfico pseudo-3D (o 2.5D) para la cuenca. Los datos de tipo sismológico (sísmica pasiva) permiten definir una aproximación de la disposición de algunos rasgos geológicos en el subsuelo, por ejemplo, lineamientos y fallas. Así, mediante la diferencia de tiempos de viaje de las ondas (P y S), registrados en campo e implementando un algoritmo de inversión de tomografía sísmica, se desarrolló un modelo para estimar las fuentes sísmicas y la distribución de velocidades en la región, además de evaluar la disposición de las capas de roca en el subsuelo hasta 30 km de profundidad, con las que se hizo posible identificar contrastes de velocidades y una posible extensión de las fallas; caso de la falla de Murindó hacia el norte, y otra falla con orientación transversal, ubicada en el sector de Riosucio.

ABSTRACT Granitoid outcrop has been observed in Montongan, Tulakan Subdistrict, Pacitan District, East Java. Geochemically, granitoid shows peralluminous S-type granitoid which consists of comparable plagioclase and potassium feldspar leading to adamelite and granodiorite variety with andalusite, fine size corundum and cordierite inside. These modal minerals are consistent with its bulk chemical analysis result that shows alumina rich rock. Highly weathered spotted pinkish soil with remaining quartz gravels characterizes its surface. Lateritic pink soil up to more than 25 meters thick covers the granitoid body and this feature is indicative to locate its surface distribution, while its subsurface distribution is remain uncertain. The research aimed to identify granitoid subsurface distribution. To identify the subsurface body, gravity and seismic tomography models were used. According gravity model, the pluton body is 5 km wide which is rootless downward and seems extends eastward. Meanwhile, the north-south seismic tomographic model across Pacitan Region indicates dense solid body override the recent Java subduction zone. The body is assumed to have correlation with surface granitic rock. It supports an idea that there is a micro continent trapped beneath Southern Mountain of East Java. ABSTRAK Singkapan granitoid telah teramati di daerah Montongan, Kecamatan Tulakan, Kabupaten Pacitan, Jawa Timur. Secara geokimia, granitoid Pacitan memperlihatkan granitoid peralumina tipe-S yang tersusun berdasarkan perbandingan plagioklas dan kalium felspar menunjuk pada varian adamelit dan granodiorit dengan andalusit, korundum halus dan kordierit di dalamnya. Mineral modal tersebut konsisten dengan hasil analisis kimia total yang menunjukkan batuan kaya alumina. Tanah berwarna merah muda yang sangat lapuk dengan kerikil sisa kuarsa menjadi ciri khas di permukaannya. Tanah laterit merah muda yang tebalnya lebih dari 25 meter menutupi tubuh granitoid tersebut dan menjadi petunjuk penyebaranya di permukaan, namun penyebaran di bawah permukaannya masih belum pasti. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penyebaran granitoid di bawah permukaan. Untuk mengidentifikasi tubuh bawah permukaannya, digunakan pemodelan gravitasi dan tomografi seismik. Menurut model gravitasi tubuh pluton mempunyai lebar 5 km dan tampak memanjang ke arah timur yang tidak menentu ke bawahnya. Sementara itu, model tomografi seismik utara-selatan yang memotong wilayah Pacitan, menunjukkan suatu tubuh padat keras berada di atas zona subduksi Jawa saat ini. Tubuh tersebut diasumsikan memiliki hubungan dengan batuan granitik di permukaan. Hal tersebut mendukung ide bahwa terdapat mikro-kontinen terperangkap di bawah Pegunungan Selatan Jawa Timur.

ABSTRACT. Tomography was incorporated in Exploration Geophysics with the intention of providing high-resolution images of regions in Earth’s subsurface that are characterized as potential reservoirs. In this work, seismic traveltime tomography in the transmission mode was applied to real data from the Dom João Field, Recôncavo Basin, State of Bahia, Brazil. This basin represents a landmark of oil exploration in Brazil and has been intensively studied since the 1950’s. Today, the Recôncavo Basin is still the principal oil producer in the State of Bahia, but there is a demand for new technologies, especially for mature fields, to improve hydrocarbon recovery. Acoustic ray tracing for the computation of traveltimes was used for forward modeling, and the conjugate gradient algorithm with regularization through derivative matrices was used as the inverse procedure. The estimated tomograms were consistent with available data from a sonic log near the acquisition area in terms of the layer geometry, as well as the P-wave velocity range. The results showed that traveltime tomography is feasible for the characterization of reservoirs with a high rate of vertical change, similar to the Dom Jo˜ao Field.Keywords: traveltime tomography, seismic inversion, regularization, reservoir characterization, Recˆoncavo Basin.RESUMO. A tomografia foi incorporada na Geofísica de Exploração justamente para fornecer imagens de alta resolução de regiões do interior da Terra, consideradas como potenciais reservatórios. Neste trabalho aplicamos a tomografia sísmica de tempos de trânsito no modo de transmissão em dados reais do Campo de Dom João, Bacia do Recôncavo, Estado da Bahia, Brasil. Esta bacia representa um marco da exploração de petróleo no Brasil e vem sendo exaustivamente estudada desde a década de 1950. Embora haja uma demanda por novas tecnologias, em especial para campos maduros, com o propósito de se aumentar a recuperação de hidrocarbonetos, a Bacia do Recôncavo é ainda a principal produtora do Estado da Bahia. Para o procedimento da modelagem direta foi utilizado o traçado de raios acústicos e para o procedimento inverso foi utilizado o algoritmo do gradiente conjugado com regularização através de matrizes de derivadas. Os tomogramas estimados foram consistentes com os dados provenientes do perfil sõnico de um poço próximo ao levantamento tomográfico analisado, tanto em termos de geometria de camadas, como também na faixa de velocidades da onda P. Os resultados mostraram que a tomografia de tempos de trânsito é viável para a caracterização de reservatórios com elevada taxa de variação vertical, que é o caso do Campo de Dom João.Palavras-chave: tomografia de tempos de trânsito, inversão sísmica, regularização, caracterização de reservatórios, Bacia do Recôncavo.

Batang Toru river which is through Kecamatan Sipirok, Kabupaten Tapanuli Selatan, will be a hydro-electric power plant, in order to require the electricity in North Sumatera area. Therefore, refraction seismic survey needed to determine the subsurface litology, as a guide in the construction of river water dam in that area. This study aims to determine lithology in the research area based on cross-section of refraction seismic tomography, and to estimate the depth and thickness of the rock layers beneath the surface of the study area. Refraction seismic tomography produces a cross section which shows the distribution of velocity value to depth, so we obtain the interpretation of rock lithology and depth estimation of each layer. The first layer is a topsoil layer with a velocity range of 100-700 m/s, the thickness of the topsoil is estimated to be about 1-10 meters. The second layer is indicated as a tuff-sandstone with medium consolidation with a velocity range of 600-1800 m/s, with an estimated thickness about 10-35 meters. The third layer is indicated as a tuff-sand rock to tuff-breccia with a value range higher than 1800 m/s, with an estimated depth of 30-40 meters from the surface.

On May 29th 2008 two earthquakes with moment magnitude of Mw ~6 occurred in the southwestern part of Iceland. The second earthquake struck within only seconds after the first, on a fault ~5 km west from the first fault. The aftershock sequence was recorded by 14 seismic stations during the subsequent 34 days. The recorded earthquakes were detected and located with a Coalesence Microseismic Mapping (CMM) technique. The output data from this program has been used as basis for the tomography algorithm PStomo_eq, which simultaneously inverts for both P- and S-wave velocities and relocates the events. Within the study area of 46×36 km the three-dimensional velocity structure has, successfully but not conclusively, been modeled to depths of ~10 km. The Vp/Vs ratio varies from 1.74 to 1.82 within the study area. The velocity increases with depth starting from 2 km where the P-wave velocity is 4.6 km/s and the S-wave velocity is 2.7 km/s, at a depth of 10 km the P-wave velocity is 6.9 km/s and S-wave velocity is 4.0 km/s. In the horizontal slices a high velocity area is seen in the northwestern part of model. This is interpreted to be caused by a magma body rising up from below and lithifying at high pressure. From cross-sections a large low velocity zone is seen in the western part of model area concentrated above the seismicity. The low velocity anomaly is found between depths of 2 km to 4 km, stretching from 21.5° to 21.2° W. It is interpreted to be caused by high porosity within the area. The depth to the brittle crust is increasing from the western part of the model towards the eastern part, right in the middle of the model it abruptly decreases again. The depth to the base of the brittle crust is increasing from 7 km in west to 9 km in the middle of model.
Den 29:e maj 2008 inträffade två jordbävningar med magnitud Mw ~6 på sydvästra Island. Den första jordbävningen följdes tätt av en andra jordbävning på en förkastning ~5 km väster om den första. Påföljande efterskalvssekvens registrerades av 14 seismiska stationer under 34 dagar efter huvudskalven. De registrerade skalven har detekterats och lokaliserats med en Coalesence Microseismic Mapping (CMM) teknik. Utdata från detta program har använts som grund för tomografin som genomförts med PStomo_eq, en algoritm som inverterar oberoende för både P- och S-vågs hastigheter och samtidigt omlokaliserar eventen. Inom det undersökta området på 46×36 km har en tredimensionell hastighetsmodell, om än inte slutgiltigt, modellerats för djup ned till 10 km. Vp/Vs kvoten varierar mellan 1.74 och 1.82 inom studieområdet. Hastigheterna ökar med ökande djup, på ett djup av 2 km är P-vågs hastigheten 4.6 km/s och S-vågs hastigheten 2.7 km/s och vid 10 km är P-vågs hastigheten 6.9 km/s och S-vågs hastigheten 4.0 km/s. I den nordvästra delen av modellen återfinns en höghastighetszon. Denna tolkas vara orsakad av en magma kropp som stigit och kristalliserat under högt tryck. De vertikala tvärsnitten visar en låghastighetsanomali i västra delen av modellen, koncentrerat ovan seismiciteten. Denna anomali sträcker sig från ett djup på 2 km ned till 4 km, från 21.5° till 21.2° V. Den tolkas vara orsakad av en hög grad av porositet. Djupet för den bräckliga jordskorpan ökar från väster till öster i modellen, för att i mitten abrupt minska igen. Basen av den bräckliga skorpan ökar från 7 km i väst till 9 km i mitten av modellen.

This thesis presents the implementation and application of a procedure combining different geophysical techniques to extract high-resolution information that helps characterizing the structure and properties (p-wave velocity, Vp) of the subsurface by using marine multichannel seismic (MCS) data alone. The challenge is overcoming the inherent non-linearity and non-uniqueness of inverse methods, in general, and of full-waveform inversion (FWI), in particular, which are especially critical for short-offset, band-limited seismic data. I have designed and applied a modelling sequence consisting of: (1) data re-datuming or downward continuation (DC) by back-propagation of the recorded seismograms to the seafloor; (2) travel-time tomography (TTT) using especially the first arrivals of the re-datumed shot gathers, and (3) FWI of the original shot gathers using the model obtained by TTT as initial reference. This workflow is first tested with synthetic data, and then applied to field data acquired in the Alboran Sea (SE Iberia). Due to the short source-receiver offset and the depth of the water column, refractions are hardly identified as first arrivals. To solve this problem, I changed the reference datum of the data set from the sea surface to the seafloor, by implementing a DC code that uses a solver of the acoustic wave equation developed at Barcelona-CSI [Dagnino et al., 2016]. By modifying the MCS records to simulate a seafloor-type acquisition it is possible to recover refracted phases, crucial in Vp modelling, as first arrivals. Then, I performed TTT using the travel times of the DC first arrivals to obtain a coarse, but kinematically correct, Vp model. This TTT Vp model has the correct low-wavenumber information because the waveforms simulated with the inverted model and the recorded ones are not cycle-skipped. To better constrain the result, particularly in the deep parts of the model, I have incorporated the seismic phases corresponding to a major reflecting interface (top of the basement, TOB) and performed a joint refraction and reflection TTT combining the original and the DC field data. Finally, finer structural details are progressively introduced in the initial model by applying iterative, multi-scale FWI to the original MCS data. The results confirm that the combination of data re-datuming and TTT provides reference models that are accurate enough to apply FWI to relatively short offset streamer data in deep-water settings as the ones used, even if records lack low frequencies (< 4 Hz). I also show that, when the initial model is not kinematically correct, the FWI falls into a local minimum. The application of the workflow to the Alboran field data reveals a number of geological structures in the FWI Vp model that cannot be appreciated in the TTT Vp model, nor easily interpreted based on MCS images alone. A sharp strong velocity contrast defines the geometry of an irregular TOB that includes high velocity volcano-like structures. The model clearly images steeply dipping Vp changes at the flanks of the basin that may correspond to faults. Moreover, it displays a 200–300 m thick high-velocity layer that could probably correspond to evaporites deposited during the Messinian crisis in the Mediterranean. The result is validated by comparing the two-way time-transformed Vp model and the time-migrated MCS image, showing that velocity changes coincide with major reflectivity contrasts. Overall, this study shows that by using an appropriate workflow, in our case including DC of MCS data to the seafloor, joint refraction and reflection TTT, and FWI, accurate, geologically meaningful Vp models can be obtained even for non-optimal data sets. In particular, our results provide information that improves the geological characterization and interpretation of the subsurface of the Alboran Basin. The main results have recently been published in Solid Earth [https://doi.org/10.5194/se-2019-46].
Aquesta tesi presenta el desenvolupament, implementació i aplicació d'un procediment que combina diferents tècniques d'inversió tomogràfica per extreure informació d'alta resolució que permeti caracteritzar l'estructura i propietats (velocitat d'ona p, Vp) del subsòl marí, utilitzant exclusivament dades de sísmica de reflexió multicanal (MCS). El repte principal és el de superar els problemes inherents de no-linealitat i no-unicitat dels mètodes d'inversió, en general, i de la inversió de forma d’ona completa (FWI), en particular, especialment crítics en registres sísmics que manquen de baixes freqüències (<4 Hz) i han estat adquirits amb un abast experimental relativament curt (~6 km). Per afrontar el problema, l’estudi proposa i segueix un flux de treball que primer es posa a prova amb dades sintètiques, i després s'aplica a dades de camp adquirides al mar d’Alboran. Primerament es va desenvolupar un codi que modifica les dades sísmiques retro-propagant-les a la superfície del fons marí, simulant així una adquisició virtual en aquesta superfície. Els registres resultants permeten identificar les refraccions com a primeres arribades, que aporten informació robusta i essencial per modelar la Vp. Posteriorment, amb els temps d'aquestes arribades es va dur a terme la tomografia de temps de trajecte (TTT). En l'aplicació amb dades de camp, es va afegir la reflexió del sostre del basament (TOB) per acotar millor el resultat. Els models obtinguts mostren la variació de Vp correcta del subsòl, ja que els sismogrames simulats amb aquests models i els que es pretenen reproduir no mostren desfasaments importants. Aquest fet possibilita la correcta aplicació de tècniques més complexes com la FWI utilitzant el model de TTT com a inicial. La FWI proporciona un model de Vp d’alta resolució del medi utilitzant tot el camp d'ones de les dades originals. Aquesta tesi és la primera aplicació pràctica de FWI amb dades de camp a nivell nacional, i s’han utilitzat essencialment codis desenvolupats al BCSI. Els resultats revelen diverses formes geològiques d'interès, la geometria irregular del TOB, causada per possibles estructures volcàniques, i falles; a més d'una capa d'alta Vp que pot correspondre a evaporites dipositades durant el Messinià. Els resultats principals s’han publicat recentment a Solid Earth [https://doi.org/10.5194/se-2019-46].

El coneixement del subsòl sempre ha estat objecte d’interès per diversos motius. La disponibilitat de recursos naturals (minerals, aigua, hidrocarburs...), l’obra civil, el vulcanisme o la sismicitat són factors que condicionen i modifiquen el nostre ús del sòl i per tant és convenient conèixer-los. En aquest sentit, la tomografia sísmica representa una tècnica de prospecció indirecta i no destructiva molt adient per a gran quantitat d’estudis. Mitjançant aquesta metodologia es poden obtenir les velocitats que caracteritzen els materials presents a la zona d’estudi. Aquest fet ja permet, en molts casos, correlacionar aquest paràmetre (la velocitat) amb la composició del terreny. A més a més, els models de velocitats que s’obtenen són de molta utilitat per l’aplicació d’altres tècniques de processat de dades sísmiques com les correccions estàtiques o les migracions en fondària. En aquest treball s’ha aplicat la tomografia sísmica a diversos casos amb característiques molt diferenciades. Ja se sap que la tomografia sísmica és una metodologia resolutiva sempre i quan els contrastos de velocitats en el medi siguin importants. D’entre aquests contrastos, en virtut del principi de Fermat, les anomalies d’alta velocitat són les que es poden reproduir i caracteritzar amb més fiabilitat. En canvi, les anomalies negatives constitueixen en molts casos una limitació per a l’aplicació d’aquesta tècnica. En dos dels estudis que es presenten en aquest treball, s’ha utilitzat la tomografia sísmica per detectar i caracteritzar plutons granítics, i obtenir informació sobre les seves propietats a escala superficial (fins poc més de mil metres de fondària). Els resultats mostren una bona identificació dels cossos granítics, a més a més les variacions de velocitat en l’interior d’aquests cossos s´on atribuïbles a canvis de propietats de la roca. En altres dos estudis s’ha utilitzat la tomografia sísmica per intentar delimitar colades basàltiques (altes velocitats) situades entre sèries sedimentàries de velocitat inferior en una conca marina. La sedimentació posterior als episodis de vulcanisme es pot caracteritzar raonablement, així com el límit superior de la colada basàltica. No succeeix el mateix amb la base de la colada i molt menys amb els sediments subbasàltics. En aquest cas el millor model tomogràfic obtingut s’ha utilitzat per implementar una migració pre-stack en fondària, fet que ha millorat sensiblement la imatge obtinguda utilitzant un processat de sísmica de reflexió convencional. En el darrer estudi que es presenta, la tomografia sísmica ha proporcionat un model detallat de velocitats per generar dades sintètiques. Aquestes dades al comparar-les amb les dades reals, han permès inferir certes propietats de l’escorça inferior i de la discontinuïtat escorça-mantell. En alguns d’aquests treballs la sísmica de reflexió també ha tingut un paper important, com a pas previ a un estudi més detallat, o bé com a complement i aportació d’informació addicional sobre les estructures implicades en l’estudi. En la majoria dels casos estudiats s’han dut a terme simulacions sintètiques amb diferents propòsits: verificar software de processat, fer tests sobre la idoneïtat dels diferents dispositius experimentals o bé verificar hipòtesis sobre la naturalesa dels materials que formen el subsòl. Encara que la tomografia sísmica té certes limitacions, en general, s’ha mostrat com una tècnica robusta i resolutiva aplicada a diferents contextos geològics i a diferents escales.
The internal structure of the subsoil has been a topic of major interest for several reasons. The availability of natural resources (water, oil, minerals..), seismicity or volcanism condition the use of the soil, therefore knowing its properties is mandatory. Synthetic simulations and forward modelling have been intensively used in the present work to compare tomographic softwares, to test a new pre-stack depth migration code and to test several acquisition geometries. Synthetic data provide a fast (and cheap) way to study many hypothetical situations and experimental conditions and to predict results. Seismic tomography is an indirect and non-destructive prospection technique that can be used in many studies. By means of this methodology, velocities that feature materials of the study area can be obtained. In most of cases, this parameter (velocity) can be correlated with the subsurface composition. Furthermore, velocity models obtained are very useful for the application of other seismic reflection techniques such as static corrections or depth migrations. In this work, seismic tomography has been used for a wide range of situations. Theoretical considerations (Snell’s law) suggest that low-velocity anomalies are under-sampled while high-velocity zones were well resolved using this methodology. For the optimal case (positive anomalies), seismic tomography has been successful in detecting granitic plutons and basalt layers because of the contrast of acoustic properties between these bodies and the sorrounding rocks. The performance of seismic tomography has been tested in less favourable situations such as the presence of subterranean cavities (extreme low-velocity anomalies), fracturation zones or subbasalt sediments. In some of these cases, tomographic models are not conclusive and require the use of other methodologies in order to solve the problem. Despite these limitations, seismic tomography can be considered as a robust technique to obtain velocity models in different geological contexts and at different scales.

A tomografia sísmica convencional apresenta baixa resolução em regiões de baixa sismicidade, como consequência, estudos prévios realizados na América do Sul não mapearam com clareza áreas menores do continente, como a região da bacia do Paraná. Para descrever a estrutura da crosta na região da bacia do Paraná, além de dados obtidos através da análise de terremotos andinos, foram utilizadas curvas de dispersão provenientes da correlação do ruído ambiental entre pares de estações sismográficas, técnica conhecida com Ambient Noise Tomography (ANT). Os mapas de velocidade de grupo obtidos correspondem bem com as principais províncias geológicas já conhecidas na América do Sul: baixas velocidades sob os Andes e bacias sedimentares e altas velocidades sob regiões cratônicas. As anomalias de alta velocidade encontradas para o manto superior, concordam com trabalhos prévios que confirmam a presença de um núcleo cratônico sob a bacia. Contudo, não é possível afirmar se tal núcleo está intacto ou não, principalmente devido resultados anteriores que mostram evidências da existência de um núcleo dividido por zonas de sutura. No entanto, a tomografia de ondas de superfície não possui resolução para confirmar este modelo. Como as etapas do processamento de dados são bem definidas e independentes, à medida que novas estações forem instaladas com o avanço do projeto BRASIS, novos caminhos serão adicionadas à base inicial, aumentando a resolução e confiabilidade dos resultados futuros.
Conventional seismic tomography is known to have poor resolution in regions of low seismicity, therefore, studies carried out in South America did not mapped clearly smaller areas of the continent, for example the region of the Parana basin. To describe the of the crustal structure of the Parana basin, in addition to data obtained by analysis of Andean earthquakes, we used dispersion curves from ambient noise correlation between pairs of seismographic stations, a technique known by Ambient Noise Tomography (ANT). The obtained group velocity maps correspond well with the main geological provinces already known in South America: low velocities under the Andes and sedimentary basins and high velocities in cratonic regions. The high velocity anomalies encountered in the upper mantle, agree with previous studies that confirm the presence of a nucleus in the cratonic basin. However, it is not possible to say whether such a nucleus is intact or not, mainly because previous results showing evidence of the existence of a nucleus divided by suture zones. Nevertheless, surface wave tomography has no resolution to confirm this model. The steps of data processing of this work are well defined and independent, thus, as new stations will being deployed with the advance of BRASIS Project, new paths will be added to the database, increasing the resolution and reliability of the future results.

Iron has been an essential element to human development and iron-oxide deposits are known to host minerals that are labelled as critical raw materials (CRMs), especially in the EU. Therefore, ensuring a sustainable supply of CRMs require access to both primary and secondary sources of their host deposits such as iron oxides. Blötberget is an old mining site in central Sweden rich in both primary and secondary iron-oxide resources (i.e. tailings) from centuries-long mining activities. Thus, this thesis focused on this site, to (1) improve the image of its iron-oxide mineralisation under the historical tailings area through the extraction and processing of 2D data from a wider and sparse 3D dataset, (2) characterise the tailings in terms of geometry delineation and geomechanical property estimation by generating P-wave velocity models of the tailings, and (3) improve the interpretation of existing results in the area through 3D visualisations and comparison. Results from this thesis work suggest possible depth and lateral extensions of the mineralisation for few hundreds of metres beyond what was known previously in the area. It is believed that about 10 Mt of primary iron-oxide resources could arguably be present under the tailing area while the tailings contain an estimated 1 Mt of secondary iron-oxide resources. Also, this thesis work findings indicate that the historical tailings are approximately 10 -12 m thick, 650 m long, and 300 m wide, and has a Vp/Vs ratio between approximately 3-4, indicating a poor geomechanical strength. Additionally, the depth to bedrock in this area was estimated to be 50 m at its deepest parts, with a morphology indicative of complex geological occurrence. Therefore, it is concluded, based on these results, that Blötberget has a good potential to ensure the supply of both iron ore and its constituent CRMs.
Järn har varit ett viktigt grundämne för mänsklig utveckling och järnoxidavlagringar är kända för att innehålla mineral som är märkta som kritiska råmaterial (KRM), särskilt inom EU. Därför kräver säkerställandet av en hållbar tillgång till KRM tillgång till både primära och sekundära källor till deras värdfyndigheter, till exempel järnoxid. Blötberget är en gammal gruvplats i mellersta Sverige som är rik på både primära och sekundära järnoxidresurser (dvs. gruvavfall) från en lång gruvverksamhet. Således fokuserade denna avhandling att (1) förbättra karaktäriseringen av järnoxidmineralisering i det historiska gruvområdet genom utvinning och bearbetning av 2D-data från ett glest 3D-dataset, (2) karakterisering av gruvavfall för avgränsning av geometri och uppskattning av geomekaniska egenskaper genom att generera P-vågshastighetsmodeller för gruvavfallsområdet, och (3) förbättra tolkningen av befintliga resultat i området genom 3D-visualiseringar. Resultat från denna avhandling tyder på möjliga djup och laterala förlängningar av mineraliseringen om några hundratals meter bortom vad som tidigare var känt i området. Det antas att cirka 10 Mt primära järnoxidresurser finnas under avfallssområdet medan gruvavfallet innehåller uppskattningsvis 1 Mt sekundära järnoxidresurser. Dessutom visar denna avhandling att det historiska gruvavfallet är cirka 10-12 m tjockt, 650 m långt och 300 m brett och har ett Vp/Vs -förhållande mellan cirka 3-4, vilket indikerar en låg geomekanisk hållfasthet. Dessutom beräknades djupet till berggrunden i detta område vara 50 m vid dess djupaste delar, med en morfologi som indikerar komplex geologisk förekomst. Därför dras slutsatsen, baserat på dessa resultat, att Blötberget har en god potential att säkerställa leveransen av både järnmalm och dess ingående KRM

La tomographie des temps de première arrivée vise à retrouver un modèle de vitesse de propagation des ondes sismiques à partir des temps de première arrivée mesurés. Cette technique nécessite la résolution d’un problème inverse afin d’obtenir un modèle sismique cohérent avec les données observées. Il s'agit d'un problème mal posé pour lequel il n'y a aucune garantie quant à l'unicité de la solution. L’approche bayésienne permet d’estimer la distribution spatiale de la vitesse de propagation des ondes sismiques. Il en résulte une meilleure quantification des incertitudes associées. Cependant l’approche reste relativement coûteuse en temps de calcul, les algorithmes de Monte Carlo par chaînes de Markov (MCMC) classiquement utilisés pour échantillonner la loi a posteriori des paramètres n'étant efficaces que pour un nombre raisonnable de paramètres. Elle demande, de ce fait, une réflexion à la fois sur la paramétrisation du modèle de vitesse afin de réduire la dimension du problème et sur la définition de la loi a priori des paramètres. Le sujet de cette thèse porte essentiellement sur cette problématique.Le premier modèle que nous considérons est basé sur un modèle de mosaïque aléatoire, le modèle de Jonhson-Mehl, dérivé des mosaïques de Voronoï déjà proposées en tomographie bayésienne. Contrairement à la mosaïque de Voronoï, les cellules de Johsnon-mehl ne sont pas forcément convexes et sont bornées par des portions d’hyperboloïdes, offrant ainsi des frontières lisses entre les cellules. Le deuxième modèle est, quant à lui, décrit par une combinaison linéaire de fonctions gaussiennes, centrées sur la réalisation d'un processus ponctuel de Poisson. Pour chaque modèle, nous présentons un exemple de validation sur des champs de vitesse simulés. Nous appliquons ensuite notre méthodologie à un modèle synthétique plus complexe qui sert de benchmark dans l'industrie pétrolière. Nous proposons enfin, un modèle de vitesse basé sur la théorie du compressive sensing pour reconstruire le champ de vitesse. Ce modèle, encore imparfait, ouvre plusieurs pistes de recherches futures.Dans ce travail, nous nous intéressons également à un jeu de données réelles acquises dans le contexte de la fracturation hydraulique. Nous développons dans ce contexte une méthode d'inférence bayésienne trans-dimensionnelle et hiérarchique afin de traiter efficacement la complexité du modèle à couches
First arrival time tomography aims at inferring the seismic wave propagation velocity using experimental first arrival times. In our study, we rely on a Bayesian approach to estimate the wave velocity and the associated uncertainties. This approach incorporates the information provided by the data and the prior knowledge of the velocity model. Bayesian tomography allows for a better estimation of wave velocity as well asassociated uncertainties. However, this approach remains fairly expensive, and MCMC algorithms that are used to sample the posterior distribution are efficient only as long as the number of parameters remains within reason. Hence, their use requires a careful reflection both on the parameterization of the velocity model, in order to reduce the problem's dimension, and on the definition of the prior distribution of the parameters. In this thesis, we introduce new parsimonious parameterizations enabling to accurately reproduce the wave velocity field with the associated uncertainties.The first parametric model that we propose uses a random Johnson-Mehl tessellation, a variation of the Voronoï tessellation. The second one uses Gaussian kernels as basis functions. It is especially adapted to the detection of seismic wave velocity anomalies. Each anomaly isconsidered to be a linear combination of these basis functions localized at the realization of a Poisson point process. We first illustrate the tomography results with a synthetic velocity model, which contains two small anomalies. We then apply our methodology to a more advanced and more realistic synthetic model that serves as a benchmark in the oil industry. The tomography results reveal the ability of our algorithm to map the velocity heterogeneitieswith precision using few parameters. Finally, we propose a new parametric model based on the compressed sensing techniques. The first results are encouraging. However, the model still has some weakness related to the uncertainties estimation.In addition, we analyse real data in the context of induced microseismicity. In this context, we develop a trans-dimensional and hierarchical approach in order to deal with the full complexity of the layered model

La tomografia elèctrica de resistivitat és una tècnica geofísica no intrusiva àmpliament utilitzada en la caracterització de les propietats elèctriques del subsòl i, més recentment, en el seguiment de processos dinàmics, tant amb elèctrodes en superfície com en fondària. Un dels aspectes clau en la seva utilització és l'elecció de la configuració més adient a cada context. Si s'utilitzen elèctrodes en fondària aquesta elecció no és fàcil, ja que les capacitats d'aquest tipus de configuracions no estan tan establertes com les de superfície. A més, en el cas d'estudis de seguiment de processos dinàmics pot ser necessari reduir el nombre de dades de les configuracions per a ajustar el temps d'adquisició a la durada del procés a seguir. La utilització de la tomografia elèctrica amb elèctrodes en fondària i la seva aplicació per al seguiment de processos dinàmics implica situar dels elèctrodes en pous i utilitzar noves tècniques d'inversió per a l'obtenció dels models de les variacions de la resistivitat en l'experiment. Els objectius principals d'aquesta tesi han estat cercar estratègies d'adquisició de dades que permetin simplificar l'elecció de la configuració més adient reduint alhora el temps de registre, i comparar diferents tipus d'instal.lacions d'elèctrodes en pous i diferents tècniques d'inversió per a l'obtenció dels models de variació de la resistivitat del subsòl en estudis de seguiment. En aquesta tesi es presenten dues estratègies d'adquisició i el disseny d'un experiment de seguiment de la perforació del túnel de la nova línia L9 del metro de Barcelona. La primera estratègia es va desenvolupar a partir de l'estudi de la llei d'addició del potencial, el teorema de reciprocitat i les relacions entre diferents configuracions. Aquesta estratègia es va centrar en estudis de caracterització amb elèctrodes en superfície i es va validar mitjançant simulacions i dades experimentals. Es va crear una nova configuració tetra-electròdica capaç de generar les dades dels dispositius Wenner-Schlumberger i dipol-dipol, però amb un menor temps d'adquisició. A més, es va introduir un control de qualitat de les dades, semblant al que s'obtindria comparant dades normals i recíproques, sense augmentar el temps de registre. En la segona estratègia es va quantificar la detecció d’anomalies i la simetria en el patró de sensibilitat de les configuracions d’elèctrodes. Aquesta estratègia es va centrar en les configuracions d’elèctrodes en pous i es va validar mitjançant la simulació d’un experiment de seguiment de la migració d’un plomall. A partir dels resultats obtinguts es va crear una configuració optimitzada utilitzant les combinacions d’elèctrodes amb els majors valors de detecció d’anomalies i amb la menor simetria en el patró de sensibilitat. Aquesta configuració optimitzada va permetre reduir d’una manera important el temps d’adquisició i mantenir la resolució espacial necessària per a resoldre l’experiment plantejat. L’experiment de seguiment de la perforació del túnel de la línia L9 del metro de Barcelona va incloure la fabricació i instal·lació dels elèctrodes en pous, i la comparació entre diferents tècniques d’inversió per a l’obtenció dels models de variació de la resistivitat durant la perforació. La construcció i instal·lació dels elèctrodes en els pous es va utilitzar per a establir els aspectes més importants a tenir en compte a l’hora d’escollir el tipus d’instal·lació desitjada, permanent o no permanent. La comparació entre les diferents tècniques d’inversió va permetre identificar la més adient i discriminar entre els canvis de resistivitat deguts a la perforació del túnel i els deguts al propi procés d’inversió. Aquesta tesi suposa una contribució important en tomografia elèctrica, tant per a estudis de caracterització com de seguiment de processos dinàmics. Les estratègies desenvolupades permeten postergar l’elecció de la configuració d’elèctrodes més adient a cada context inclús després de la interpretació dels models de resistivitat i optimitzar les combinacions a enregistrar amb la finalitat d’ajustar el temps d’adquisició a les exigències de cada experiment mantenint una resolució espacial adequada. L’experiment realitzat va permetre establir una metodologia d’actuació en estudis de seguiment de processos dinàmics amb elèctrodes entre pous.
Electrical resistivity tomography is a non-intrusive geophysical technique widely used for subsurface electrical properties characterization and, more recently, for dynamic processes monitoring, both using surface and deep electrodes. A key aspect is the choice of the most suitable configuration in each context. If deep electrodes are used this choice can be difficult because the capabilities of such configurations are not as well established as the surface ones. Besides, in the case of monitoring experiments may be necessary to reduce the data quantity to adjust the acquisition time to the length of the process to be followed. The use of electrical tomography with deep electrodes and its application for monitoring involves placing the electrodes into boreholes and to use new inversion techniques to obtain the resistivity variations models. The main objectives of this thesis is searching acquisition strategies to simplify the choice of the most suitable configuration while reducing the acquisition time, and evaluating different types of electrode installation into boreholes and different inversion techniques to obtain the resistivity variations models in monitoring experiments. In this thesis, two acquisition strategies and the design of an experiment which consisted of monitoring the tunnel drilling of the new metro line, L9, in Barcelona, are presented. The strategies developed here allow delaying the choice of the most suitable electrode configuration even after the interpretation of the resistivity models and optimizing configurations to adjust its acquisition time to the requirements of each experiment maintaining an adequate spatial resolution. The monitoring experiment of the tunnel drilling of the metro line, L9, in Barcelona included the manufacture and installation of the electrodes into boreholes, and the comparison between different inversion techniques to obtain the resistivity variation models. This experiment allowed us to establish a methodology in monitoring experiments with deep electrodes.

On observe depuis 2005 une sismicité intense à 10 km d'Oulan Bator ce qui a permis d'identifier une faille active, Emeelt, sur le terrain. Après le calcule d'un modèle de vitesse 3D, j'ai appliqué la tomographie double différence pour obtenir une localisation précise des séismes. Ils marquent au moins trois branches parallèles orientées N147° comme la faille vue en surface. L'activité sur la faille principale d'Emeelt (MEF) s’étend sur 15 km, les branches Ouest et Est, moins actives, sur 10 km. La profondeur de l'activité s'étend entre 4 et 15 km. L'activité sismique semble concentrée à l'intersection avec des failles Mésozoïques et les contrastes Vs/Vs suggèrent la présence de fluides. Les 10 essaims identifiés montrent une activité croissante et une migration spatiale avec le temps. Le calcul de 2 scénarios possibles, un M ~ 6.4 et un M ~ 7, indique un important impact sur la ville d'Oulan Bator, avec une intensité minimum de VIII et localement IX pour M=6.4 et X pour M=7
We observe since 2005 a high seismic activity at 10 km from Ulaanbaatar that allowed us to identify a new active fault, Emeelt, in the field. After computing a 3D velocity model, I applied Double-Difference tomography to obtain a precise localization of earthquakes. They trace at least three parallel branches oriented N147° like the fault seen at surface. The seismic activity on the Main Emeelt Fault (MEF) is along at least 15 km, on the West and East branches, less active, along 10 km. The depth of the seismicity extends between 4 and 15 km. The activity seems concentrated at the intersection with Mesozoic faults and Vp/Vs contrast suggests the presence of fluids. The 10 swarms identified show an increasing activity and a spatial migration with time. The calculation of 2 possible scenarios, one M ~ 6.4 and one M ~ 7, shows an important impact on Ulaanbaatar, with a minimum intensity of VIII and IX for M=6.4 and X for M=7

La tomographie sismique des temps de trajet est un problème d'optimisation mal-posé du fait de la non-linéarité entre les temps et le modèle de vitesse. Par ailleurs, l'unicité de la solution n'est pas garantie car les données peuvent être expliquées par de nombreux modèles. Les méthodes de Monte-Carlo par Chaînes de Markov qui échantillonnent l'espace des paramètres sont généralement appréciées pour répondre à cette problématique. Cependant, ces approches ne peuvent pleinement tirer partie des ressources computationnelles fournies par les super-calculateurs modernes. Dans cette thèse, je me propose de résoudre le problème de tomographie sismique à l'aide d'algorithmes évolutionnistes. Ce sont des méthodes d'optimisation stochastiques inspirées de l'évolution naturelle des espèces. Elles opèrent sur une population de modèles représentés par un ensemble d'individus qui évoluent suivant des processus stochastiques caractéristiques de l'évolution naturelle. Dès lors, la population de modèles peut être intrinsèquement évaluée en parallèle ce qui rend ces algorithmes particulièrement adaptés aux architectures des super-calculateurs. Je m'intéresse plus précisément aux trois algorithmes évolutionnistes les plus populaires, à savoir l'évolution différentielle, l'optimisation par essaim particulaire, et la stratégie d'évolution par adaptation de la matrice de covariance. Leur faisabilité est étudiée sur deux jeux de données différents: un jeu réel acquis dans le contexte de la fracturation hydraulique et un jeu synthétique de réfraction généré à partir du modèle de vitesse Marmousi réputé pour sa géologie structurale complexe
Seismic traveltime tomography is an ill-posed optimization problem due to the non-linear relationship between traveltime and velocity model. Besides, the solution is not unique as many models are able to explain the observed data. The non-linearity and non-uniqueness issues are typically addressed by using methods relying on Monte Carlo Markov Chain that thoroughly sample the model parameter space. However, these approaches cannot fully handle the computer resources provided by modern supercomputers. In this thesis, I propose to solve seismic traveltime tomography problems using evolutionary algorithms which are population-based stochastic optimization methods inspired by the natural evolution of species. They operate on concurrent individuals within a population that represent independent models, and evolve through stochastic processes characterizing the different mechanisms involved in natural evolution. Therefore, the models within a population can be intrinsically evaluated in parallel which makes evolutionary algorithms particularly adapted to the parallel architecture of supercomputers. More specifically, the works presented in this manuscript emphasize on the three most popular evolutionary algorithms, namely Differential Evolution, Particle Swarm Optimization and Covariance Matrix Adaptation - Evolution Strategy. The feasibility of evolutionary algorithms to solve seismic tomography problems is assessed using two different data sets: a real data set acquired in the context of hydraulic fracturing and a synthetic refraction data set generated using the Marmousi velocity model that presents a complex geology structure