This thesis consists of two major parts. In the first part, I monitor the temporal change of S-wave velocity in shallow soil layers using seismic data collected in an experiment at Panola Mt. Atlanta, GA, 2006. I use the cross correlation function to find the arrival time differences for different water levels, and then calculate the change of Rayleigh wave phase velocity according to different frequencies in the range 5 to 50 Hz. After that, I find a reference 1-D layered P and S-wave velocity model from the measured Rayleigh wave dispersion curve, and put 6 sets of Gaussian perturbations into the reference velocity structure to invert for the actual temporal change of velocity structure in the experiment. I find a clear increase of S-wave velocity in the water injection area, and the S-wave velocity gradually recovers to the initial value after we stop pumping water. In the second part, I analyze temporal changes in fault zone site response along the Karadere-Düzce branch of the North Anatolian Fault, starting 8 days before and ending 72 days after the 1999 Mw7.1 Düzce, Turkey, earthquake. The analysis involves comparisons of strong motion seismic records at station VO inside the Karadere fault and station FP about 300 m away from the fault. I compare all available seismic waveforms at these stations, including those generated by foreshocks, the mainshock, aftershocks and seismic noise, and cut them into 10 s windows with a 5 s overlap. Fourier amplitude spectra are computed for seismic data in each window, and the average amplitude spectra for the two horizontal components are used to obtain the spectral ratio for each on/off fault pair of seismic records. The spectral ratios are smoothed over every 10 points in the frequency domain (0.5 Hz). The results show a shift of the spectral peak to lower frequencies during the main shock. The peak frequency reduces from 4.3 Hz several days before the main shock to 2.9 Hz (67.4% of the pre mainshock value) right after the mainshock. It quickly recovers to 3.8 Hz (64% recovery of the dropped value) after a day, and then gradually recovers to 4.0 Hz (79% recovery of the dropped value) after 72 days. I also compare the results from all the seismic data including direct S-wave, S coda waves and seismic noise and from coda waves only and find that the results from coda waves which are generally less scattered than those from all the data, and show lower amplitude of spectra ratio with higher peak frequencies. The observations suggest a nonlinear behavior of the fault zone material under strong ground motion of nearby major earthquakes. Finally I attempt to link the two parts by identifying their implications for the nonlinear site effects.

Thesis (Ph. D.)--University of Wyoming, 2005. / Title from PDF title page (viewed on Nov. 1, 2007). Includes bibliographical references.

Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, National Centre for Petroleum Geology and Geophysics, 2002. / "September 2002" Includes bibliographical references (leaves 200-209).

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 181-191). Available also in a digital version from Dissertation Abstracts.

Thesis (Ph. D.)--Civil and Environmental Engineering, Georgia Institute of Technology, 2006. / Mayne, Paul W., Committee Chair ; Goldsman, David, Committee Member ; Lai, James, Committee Member ; Rix, Glenn J., Committee Member ; Santamarina, J. Carlos, Committee Member.

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Les volcans sont des édifices complexes et hétérogènes. Imager leur structure demande des méthodes adaptées au contexte ainsi qu'à la nature, à la qualité et à la quantité des données disponibles.Ce travail porte sur l'imagerie géophysique de l'île volcanique de Basse-Terre en Guadeloupe, par inversion de données gravimétriques et magnétiques, par tomographie d'ondes de surface extraites de corrélations de bruit sismique et par tomographie de temps d'arrivée des séismes de l'arc des Petites Antilles. Nous obtenons ainsi les premiers modèles tridimensionnels de l'île de Basse-Terre en termes de densité, aimantation et vitesses sismiques. La gravimétrie et le magnétisme conduisent à des modèles de densité et d'aimantation avec une très bonne résolution latérale dans les premiers kilomètres, mais avec une résolution verticale très faible. Les ondes de surface issues des corrélations de bruit présentent une bonne résolution verticale dans les premiers kilomètres, mais résolvent mal les variations latérales de vitesses. La tomographie de temps d'arrivée permet d'imager les vitesses sismiques jusqu'à des profondeurs élevées, avec une bonne résolution latérale, mais une mauvaise résolution verticale. Nous proposons une méthode pour inverser conjointement les données sismologiques et gravimétriques pour produire un modèle de vitesses et de densité qui bénéficie des résolutions complémentaires des différents jeux de données.Nos résultats soulignent une tendance NNO-SSE, avec des vitesses et des densités qui diminuent vers le sud en moyenne, conformément à la migration du volcanisme du nord vers le sud au cours de l'histoire géologique de l'île. Nous observons de faibles densités, vitesses sismiques et aimantations au niveau du dôme du volcan de la Soufrière ainsi que dans la région de Bouillante sur la côte ouest, reflétant la forte altération hydrothermale de ces zones. Deux anciens centres éruptifs majeurs, caractérisés par de fortes densités et vitesses sismiques, sont identifiés : l'un au niveau de la vallée de Beaugendre, l'autre au nord au niveau de la vallée de Petite Plaine. / Volcanoes are complex and heterogeneous edifices. Imaging their structures requires methods that are adapted to the context and to the nature, quality and quantity of available data. This work focuses on the geophysical imaging of the volcanic island of Basse-Terre in Guadeloupe, by performing inversions of gravimetric and magnetic data, ambient noise based surface wave tomography, and travel time tomography from earthquakes of the Lesser Antilles arc. We therefore obtain the first three-dimensional models of Basse-Terre island in terms of density, magnetisation and seismic velocities. Gravimetry and magnetism lead to density and magnetisation models with a very good lateral resoltuion within the first kilometres but with very low vertical resolution. Surface wave tomography from noise correlations shows a good vertical resolution within the first kilometres, but poorly resolves the lateral velocity variations. Travel time tomography allows imaging seismic velocities up to great depths with a good lateral resolution but a poor vertical resolution. We propose a method to invert jointly the seismological and gravimetric data in order to produce a velocity and density model that takes advantage of the complementary resolutions associated with the different datasets.Our results outline a NNW-SSE trend, with velocities and densities roughtly decreasing southwards, in accordance with the southward migration of volcanism across the geological history of the island. We observe low densities, seismic velocities and magnetisations in the area of the dome of the Soufrière volcano as well as in the Bouillante area along the western coast, reflecting the high hydrothermal alteration of these areas. Two major old eruptive centres are identified in the areas of Beaugendre Valley and Petite Plaine Valley.

Les mouvements forts du sol générés par les séismes peuvent être reliés aux caractéristiques de la source sismique (chute de contrainte, vitesse de rupture, etc.), et aux conditions frictionnelles des failles. Ces caractéristiques sont généralement étudiées via l’analyse des enregistrements accélérométriques des grands séismes à basses fréquences (≤ 1 Hz). L'amélioration des réseaux accélérométriques a permis l’enregistrement de nombreux séismes de magnitudes faibles et modérées (Mw ≤ 6,0). Ces enregistrements contiennent des informations dans la bande de hautes fréquences (1 Hz - 50 Hz), qui ne peuvent pas être exploitées avec les méthodes sismologiques classiques.Pour exploiter ces données de mouvements forts des séismes de faible intensité dans l’objectif d’étudier étudier les conditions frictionnelles de l'interface de subduction, nous explorons deux méthodes pour comparer le contenu fréquentiel des séismes: la première basée sur les rapports spectraux et la deuxième basée sur les équations de prédiction du mouvement du terrain (GMPE). Ces méthodes ont été utilisées pour étudier la variabilité spatiale et temporelle du contenu fréquentiel des séismes rompant l'interface de subduction au nord du Chili et au Japon. Leurs avantages et limitations respectifs ont été analysés. Ces comparaisons méthodologiques nous ont a permis de confronter et de valider les résultats, et ainsi de proposer une nouvelle méthodologie fiable basée sur l'analyse des résidus de GMPE pour analyser le contenu fréquentiel des séismes.L'analyse des résultats obtenus a montré une dépendance avec la profondeur du contenu en fréquence des séismes de l’interface de subduction, concordant avec les observations de grandes ruptures de subduction [Lay et al., 2012]. En même temps, des variations du contenu fréquentiel des séismes ont été détectées le long de la fosse de subduction, ce qui nous a conduit à décrire une segmentation latérale de l'interface de subduction. Cette segmentation a été comparée avec la distribution spatiale de la sismicité, à la géométrie de l'interface de subduction et à ses conditions de glissement. Finalement, avant le séisme d’Iquique de 2014 (Mw 8.1) au nord du Chili, nous avons détecté une évolution temporelle du contenu en fréquence des séismes associée à l’occurrence d'un glissement lent précurseur au choc principal. / The strong ground motions generated by earthquakes can be related to the characteristics of the earthquakes source (stress drop, rupture velocity etc..), and therefore to the frictional conditions of the faults. These characteristics are usually studied by analyzing the low frequency band (≤ 1Hz) of the strong motion records of large earthquakes. The improvement of strong motion networks has generated large datasets of records of moderate and low magnitude earthquakes (Mw ≤ 6.0). These records contain informations in the high frequency band (1 Hz – 50 Hz), which cannot be exploited using classical seismological methods.In order exploit the strong motion records of low magnitude earthquakes to study the subduction interface’s frictional conditions, we explore two methods for comparing the earthquakes frequency content: the first one based on spectral ratios, and the second one based on the Ground Motion Prediction Equations (GMPEs). These methods have been used to investigate the spatial and temporal variability of the frequency content of subduction interface earthquakes in North Chile and Japan. Their respective benefits and limitations have been analyzed. These methodological comparisons allowed us to cross compare and validate the results, and to propose a new, reliable methodology based on the analysis of GMPEs residuals to compare the earthquakes frequency content.The analysis of the results showed a depth dependency of the frequency content of subduction earthquakes in agreement with the one derived from large megathrust ruptures [Lay et al., 2012]. Additionally, variations of the earthquake frequency content along trench have been detected, which may drive to a lateral segmentation of the subduction interface. This segmentation has been compared to the spatial distribution of the seismicity, the geometry of the subduction interface and its slippage conditions. Finally, before the occurrence of 2014 Iquique Earthquake Mw 8.1 in North Chile, a temporal evolution of the frequency content of the foreshocks has been detected, associated to a precursory slow slip of the subduction interface.