L'Himalaya résultant de la collision indo-asiatique, dans laquelle l'Inde plonge sous le Tibet, initie régulièrement des tremblements de terre destructeurs dont la plupart sont mortel pour les communautés népalaises et limitrophes. Telle une muraille séparant les plaines d’Inde et le haut plateau du Tibet, l’Himalaya façonne la circulation atmosphérique, affectant tant le climat régional que global. Cette thèse vise à se pencher sur l'histoire et l'évolution peu connue du climat et de la sismicité de l'Himalaya, dans une des régions les moins peuplées et la plus reculées du Népal occidental. Dans le contexte de changements climatiques et environnementaux, l'un des aspects les moins bien élucidés de l'histoire de l'Himalaya au cours du Quaternaire supérieur est celui de l'extension des glaciers ainsi que leurs impacts sur l'évolution du paysage. En nous appuyant sur des observations de terrain, sur des datations par nucléides cosmogéniques (10Be) ainsi que des observations satellitaires, nous avons pu estimer l'étendue maximale des glaciers durant le dernier maximum glaciaire. Soutenant ainsi l'hypothèse suivant laquelle la présence de glacier fut relativement plus étendue à l'échelle du Népal occidental mais pas de l’ordre d’une calotte glaciaire. Sur le plan sismologique, l’enjeu à la fois sociale, économique et politique de l’occurrence d’un séisme de magnitude plus élevée que le récent séisme de 2015 dont l’épicentre se situe près de la ville de Gorkha constitue une préoccupation majeure et motive en grande partie cette thèse. Le dernier séisme majeur ayant rompu le Main Frontal Thrust de magnitude supérieure à 8 (Mb) s’est déroulé le 6 juin 1505 et a considérablement impacté la population népalaise et environnante. Le caractère singulier du Népal occidental s’exprimant ainsi par l’hypothèse de la présence d’un hiatus sismique s’étendant sur plus de 500 ans sur base d’archives historiques et d’études paléosismologiques. Dans cette perspective, cette thèse se penche sur deux questions majeures relatives au comportement sismique de l'Himalaya : d'une part, l'hypothèse d'une lacune sismique dans l'Himalaya central et, d'autre part, de la distribution temporelle des séismes au cours de la fin du Quaternaire. A cette fin, une nouvelle approche de recherche, indépendamment du recours aux tranchées paléosismiques, a été mise en œuvre en Himalaya. En utilisant les lacs comme paleoseismomètre, au travers de la collecte de carottes sédimentaires, nous avons pu affiner la résolution temporelle et déceler des séismes à ce jours non répertorié dans les basses de données accessible et ce sur une échelle de 700 ans. La mise en évidence de séismes important (Mw>6.5) non répertorié indique que le Népal occidental connait une activité sismique comparable au centre du Népal et remet en question l’hypothèse d’un gap sismique au centre de l’Himalaya. Sur base d'une carotte sédimentaire plus longue provenant du même lac, nous avons étudié la distribution temporelle des séismes sur une période de 6000 ans, permettant ainsi de mettre en évidence le caractère aléatoire de l’occurrence des séismes constituant un changement de paradigme là où notion de cycle sismique est encore prépondérante. La mise en évidence du caractère aléatoire de l’occurrence des séismes tant à courte échelle de temps (instrumentale) qu’à l’échelle du Quaternaire infirme l’hypothèse du gap sismique au centre de l’Himalaya et mets en évidence le risque permanent pour le million de personnes concernées. Cette thèse s’achève en se penchant sur une possible relation à l’échelle globale entre la variation de taux de séismicité et les changements climatiques au cours de l’Holocène. Nous constatons ainsi que la sismicité globale connu des périodes de séismes accrue sur 7000 ans. Ces périodes de plus fortes activités semblent être synchrone avec la somme des avancées glaciaires de l'Holocène moyen et supérieur. / The Himalayan collision, in which India underthrusts below Tibet, regularly produces major destructive earthquakes in Nepal and its neighboring countries, most of which are fatal to nearby communities. As a wall dividing the Indian plains and the Tibetan plateau, the Himalaya also significantly modifies the atmospheric circulation, affecting both the local and global climate. This thesis explores the poorly known Quaternary history and evolution of Himalayan climate and seismicity, more particularly in the least populated and most remote region of Western Nepal. In terms of climate and environmental change, one of the least understood aspects of Himalayan history during the late Quaternary is the extension of glaciers and their impacts on landscape evolution. Based on field observations, cosmogenic nuclide dating (10Be) and satellite observations, we estimated the maximum extent of glaciers during the Last Glacial Maximum, which supports the hypothesis of a relatively large glacier cover, but not of an extended ice cap, at the scale of Western Nepal. In terms of seismology, the social, economic and political implications of the occurrence of an earthquake of higher magnitude than the recent earthquake of 2015, whose epicenter is located near the city of Gorkha, is a major concern and largely motivates this thesis. The last major earthquake of magnitude greater than 8 (Mb) took place on 6 June 1505 and had a profound impact on the Nepalese population and the surrounding area. In Western Nepal the 1505 event was the last earthquake that ruptured the Main Frontal Thrust according to historical archives and paleoseismological studies, which gave rise to the concept of a seismic gap in western Nepal and adjacent areas in northern India. With this in mind, this thesis addresses two major issues on the Himalayan seismic behavior: on the first hand is the hypothesis of a seismic gap in the central Himalaya and on the second the temporal distribution of earthquakes during the late Quaternary. For this purpose, a new research approach independent of paleoseismic trenches was applied in the Himalaya. By using lakes as paleoseismometers, we were able to refine the temporal resolution and identify earthquakes that had not yet been documented in the accessible databases on a 700-year scale. Our results from Lake Rara highlight significant previously-unknown earthquakes (Mw>6.5) and they reveal that Western Nepal is seismically as active as central Nepal. Furthermore, they call into question the hypothesis of a seismic gap in the central Himalaya. Based on a longer sediment core from the same lake, we studied the temporal distribution of earthquakes over a period of 6000 years, which has highlighted the random nature of the occurrence of earthquakes, constituting a paradigm shift where the notion of seismic cycle is still prevalent. The random nature of the occurrence of earthquakes both on short (instrumental) and Quaternary time scales disproves the hypothesis of the seismic gap in the central Himalaya and underlines the permanent risk for the million people of concern. The final part of this thesis addresses the possible global relationship between seismic rate fluctuations and climate change during the Holocene. Our results show that the global seismicity clustered over 7000 years and appears to be synchronous with the sum of glacial advances through the Mid and Late Holocene.

Au cours de leur propagation, les ondes sismiques sont atténuées par deux phénomènes : l'absorption causée par les propriétés anélastiques des matériaux, d'une part, et la diffusion ou " scattering " causée par la présence d'hétérogénéités de petite échelle dans le milieu d'autre part. L'objectif de cette thèse est de cartographier les propriétés de diffusion et d'absorption des ondes sismiques dans deux contextes géophysiques extrêmes présentant des échelles spatiales très différentes. La première partie du manuscrit est consacrée à la stratification d'hétérogénéité dans la Lune. À l'aide d'un modèle original de diffusion en géométrie sphérique, nous avons inversé les mesures de temps d'arrivée du maximum d'énergie et de décroissance de la coda sismique réalisée sur les données des missions Apollo. Nos inversions mettent en évidence un très fort contraste des propriétés de scattering entre le mégarégolithe très atténuant et le manteau lunaire profond transparent. L'atténuation est très largement dominée par le scattering et suggère la présence de fracturation jusqu'à environ 100 km de profondeur, affectant ainsi le manteau. Une nouvelle méthode d'estimation de la profondeur des séismes superficiels fondée sur les signaux diffus a été développée et permet de confirmer l'existence de failles actives autour de 50 km de profondeur. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la structure d'atténuation de Taïwan, une région qui présente des structures géologiques très variées dans un contexte tectonique de double subduction. On utilise la MLTWA (Multiple Lapse Time Window Analysis) -une méthode fondée sur le rapport entre énergie cohérente et incohérente du signal sismique- pour imager les variations latérales d'atténuation. Dans un premier temps nous avons travaillé dans l'hypothèse classique de diffusion isotrope dans un demi-espace. Nos résultats mettent en évidence un niveau d'atténuation globale très élevé ainsi que de forts contrastes des propriétés de scattering sur des échelles spatiales fines, de l'ordre de 10-20 km. La diffusion est particulièrement marquée dans les bassins de la côte ouest, le sud et la chaîne côtière associée à la collision avec l'arc volcanique de Luçon à l'est. L'absorption augmente graduellement vers l'est et atteint son maximum sous l'arc volcanique. L'examen de l'accord entre données et modèles a posteriori montre sans ambiguïté les limites de l'hypothèse de diffusion isotrope dans un demi-espace sur un ensemble de stations situées le long des côtes. Ceci nous conduit à explorer les effets de la diffusion anisotrope dans un guide d'onde modélisant la croûte. La prise en compte de l'anisotropie améliore significativement l'accord du modèle aux données. En particulier, à basse fréquence (1-2 Hz), notre étude démontre la prédominance de rétro-diffusion. Ce résultat est compatible avec la présence de forts contrastes d'impédance dans la croûte et suggère la présence massive de fluides dans les zones de failles et de volcans à Taïwan. La mesure de l'anisotropie de la diffusion ouvre des perspectives nouvelles de caractérisation des hétérogénéités géophysiques de petite échelle. / During their propagation, seismic waves are attenuated by two phenomena: on one hand, absorption caused by the anelastic properties of the materials, and on the other hand, scattering caused by the presence of small-scale heterogeneities in the medium. The aim of this thesis is to map the properties of scattering and absorption of seismic waves in two extreme geophysical contexts with very different spatial scales. The first part of this memoir is devoted to the stratification of heterogeneities in the Moon. We use a new diffusion model in spherical geometry to invert measurements of the time of arrival of the maximum of energy and the seismic coda decay on data from the Apollo missions. Our inversions provide evidence of a very sharp contrast of scattering properties between the highly attenuating megaregolith and the transparent deep lunar mantle. Attenuation is largerly dominated by scattering and suggests the presence of fractures down to about 100 km depth, into the mantle. A new method for estimating the depth of shallow moonquakes based on diffusive signals was developped and confirms the existence of active faults around 50 km deep. The second part of this thesis is devoted to the attenuation structure of Taiwan, a region with a wide variety of geological structures in the context of two subduction zones. We use the MLTWA (Multiple Lapse Time Window Analysis) -a method based on the ratio between the coherent and incoherent energy of the seismic signal- to image the lateral variations of attenuation. We worked first with the classical hypothesis of isotropic scattering in a half-space. Our results provide evidence for a globally high level of attenuation with sharp contrasts of scattering properties across small spatial scales, of the order of 10-20 km. Scattering is particularly strong in the basins of the west coast, southern Taiwan and the eastern Coastal Range associated with the collision with the Luzon volcanic arc. Absorption increases gradually eastwards and reaches a maximum below the volcanic arc. A posteriori examination of the fit between data and model shows unambiguously the limits of the hypothesis of isotropic scattering in a half-space for a number of stations located along the coasts. This leads us to explore the effects of anisotropic scattering in a guide for seismic waves representing the crust. Taking anisotropy into account significantly improves the fitness of the model to the data. In particular, at low frequency (1-2 Hz), our study shows the prevalence of backscattering. This result is compatible with the presence of sharp contrasts of impedance in the crust and suggests the strong presence of fluids in fault zones and volcanoes in Taiwan. The measurement of scattering anisotropy opens new perspectives for characterizing small-scale geophysical heterogeneities.

La multiplication du nombre de réseaux sismiques fait exploser le nombre de données sismologiques. Manuellement, leur traitement est long et fastidieux, d'où la nécessité d'automatiser la détection, la classification et la localisation des événements pour aider les observatoires qui surveillent continuellement la sismicité, mais aussi, dans un intérêt plus scientifique, rechercher et caractériser les phénomènes. La thèse se décompose en 2 axes majeurs : (1) la détection / localisation des séismes, avec le logiciel Waveloc. On a amélioré les outils pré-existants, ajouté de nouvelles fonctionnalités pour une analyse plus détaillée de la sismicité et validé le code avec les données du Piton de la Fournaise ; (2) la classification des séismes. Après calcul des attributs décrivant au mieux les signaux, on a démontré l'efficacité de 2 méthodes d'apprentissage supervisé (régression logistique et SVM) pour le Piton de la Fournaise et soulevé les difficultés pour un cas plus complexe (le Kawah Ijen). / For some time now the quantity of available seismological data has kept increasing. Manually, their processing is long and tedious. Then, the automation of the detection, location and classification of seismic events has become necessary and aims to help the local observatories and to search and characterize some rarer or not well-known phenomena. The work is divided into 2 main directions : (1) the detection and location of seismic events with the Waveloc software (we improved the pre-existing tools, added some new functions for a more detailed analysis of the seimicity and applied the code to data from the Piton de la Fournaise volcano) ; (2) their classification (after computing the seismic attributes, we proved the efficiency and reliability of 2 supervised learning methods - logistic regression and SVM - for the Piton de la Fournaise volcano, underlined the difficulties for a more complex case - the Kawah Ijen volcano - and tried to apply new strategies).

Durant cette thèse, nous appliquons la méthode de la corrélation de bruit ambiant dans la région particulièrement hétérogène des Pyrénées et des ses alentours (socle rocheux affleurant et bassin sédimentaires épais). Le jeu de données utilisé est une combinaison de deux réseaux temporaires large-bande français et espagnol (PYROPE et IBERARRAY) et de stations des réseaux permanents large-bande français et catalan. Le bruit sismique, enregistré pendant un an par les 158 stations est utilisé pour calculer les corrélations dans la gamme de période 5-55 s. Les vitesses de groupe de l'onde de Rayleigh et de l'onde de Love entre paires de stations sont inversées de manière linéarisée et nous obtenons, pour chaque période, des cartes de vitesses de groupe avec une résolution latérale d'environ 40 km. La comparaison entre les deux types d'ondes montre qu'il existe une anisotropie radiale à courtes périodes, alors que peu ou pas d'anisotropie radiale n'est visible aux périodes plus longues. Nous avons développé une nouvelle stratégie d'inversion des courbes de dispersion en modèle de vitesse d'onde S que nous avons appliqué sur les vitesses de groupe de l'onde de Rayleigh. Cette approche d'inversion est basée sur une exploration complète de l'espace des modèles et une inversion linéarisée. Le modèle obtenu, validé par la comparaison avec des résultats provenant d'autres méthodes, est le premier modèle 3-D crustale en vitesse d'onde S de la région et il permet d'apporter des contraintes sur la géodynamique des Pyrénées et de ses alentours. Deux points importants sont soulevés : (1) Des profils de vitesses atypiques sous l'Est du Massif Central, avec une croûte amincie et des vitesses anormalement faibles dans le manteau supérieur. (2) Deux anomalies de vitesses rapides sous la zone du Labourd-Mauléon et dans le prolongement du bassin de Parentis. Ces anomalies, situées à 25 km de profondeur, sont interprétées comme les traces de l'hyper-extension qui aurait précédée la phase de collision amenant à la formation des Pyrénées. La forte hétérogénéité de la zone permet également de faire l'analyse de l'influence de la non prise en compte des déviations de rais lors de l'inversion. Les premiers résultats montrent que le modèle obtenu en utilisant la théorie des rais droits ne permet pas d'expliquer les déviations calculées par la méthode de formation de voie. Ces déviations observées peuvent donc apporter une amélioration du modèle en considérant l'utilisation d'une inversion combinée. / In this thesis, we applied the ambient noise correlation method in the very heterogeneous region of the Pyrenees and the surrounding areas (mountain belt and thick sedimentary basins). The dataset used is a combination of two temporary broadband arrays from France and Spain (PYROPE and IBERARRAY) and stations of the French and Catalan permanent broadband arrays. Seismic noise recorded over years by the 158 stations was used to calculate correlations in a period range of 5-55 s. Observed Rayleigh and Love wave group velocities between pairs of stations were used as input to a linearized inversion scheme, where we obtained for each period group velocities maps, with a lateral resolution of approximately 40 km. The comparison between the two type of waves demonstrates radial anisotropy at short periods, while little or no radial anisotropy is present at long periods. We developed a new strategy for the inversion of dispersion curves to shear wave velocity models and applied it to the Rayleigh waves group velocity. This approach is based on the combination of a full exploration of the model space and a linearized inversion. The obtained model, validated by the comparison of our results with the results of other methods, is the first complete 3-D crustal Vs model of the region. We in particular note : (1) Atypical S-waves profiles in the Eastern part of the Massif Central which indicate a thinned crust and low velocities in the uppermost mantle. (2) High-velocity anomalies at 25 km depth beneath the Labourd-Mauléon area and the on-land continuation of the Parentis basin. We suggest that they are the traces of the hyper-extension which might have preceded the collision phase which lead to the formation of the Pyrenees. The strong heterogeneity of our study region is also well-adapted to analyze the influence of the ray deviations on the reconstruction of the model. First results show that the reconstructed model, using great-circle paths, does not explain the ray deviations as observed by beamforming. Observed deviations therefore carry the potential of improving the model in a combined inversion scheme.

Esta pesquisa apresenta o projeto, construção e testes, tanto de laboratório como de campo de um sismógrafo de engenharia para o monitoramento dos níveis de vibração e pressão acústica, resultantes do processo de desmonte de rocha utilizando explosivos. Desenvolveram-se filtros e amplificadores com características que atendam às especificações impostas pelo guia intitulado \"ISEE Performance Specifications for Blasting Seismographs\" (ISEE, 2011), bem como, foram utilizados sensores (geofones e microfone) desenvolvidos e fabricados por terceiros, mas que atendam às características impostas pelo guia. A interconexão entre a etapa analógica com a digital foi realizada através da utilização de módulos de conversão A/D com tecnologia Sigma-Delta e resolução de 24-bits. Todas as etapas de aquisição, processamento e armazenamento de dados são controladas através de um microcontrolador ARM Cortex-M de 32-bits, o qual provê os mais diversos e modernos periféricos. Os testes de laboratório demonstraram a eficácia dos circuitos analógicos, pois apresentaram resposta plana na banda de passagem, onde os filtros passa-baixa, do tipo Butterworth, proporcionaram uma atenuação de 36 dB/oitava a partir da frequência de corte de 500 Hz, enquanto os filtros passa-alta, do tipo passivo, proporcionaram uma atenuação de 6 dB/oitava abaixo da frequência de corte de 2 Hz. Os testes de operação confirmaram a fácil e rápida operação do conjunto sismográfico, enquanto os testes de campo demonstraram a praticidade de sua operação e confiabilidade e coerência dos resultados. Concluiu-se que o sistema é exequível, atendendo às necessidades de monitoramento de um processo de desmonte de rochas utilizando explosivos a um preço relativamente baixo, abrindo a possibilidade de utilizá-lo em monitoramentos permanentes em situações onde isto seja necessário. / This research presents the design, construction and laboratory and field testing of an engineering seismograph for monitoring vibration and acoustic pressure levels during rock blasting. Filters and amplifiers with characteristics that meet the specifications of ISEE Performance Specifications for Blasting Seismographs (ISEE, 2011) have been developed. Third part sensors (geophones and microphones) were selected to attend the characteristics suggested by the guide. The interconnection between the analog and the digital stages was accomplished with A/D conversion modules with Sigma- Delta technology and 24-bit resolution. All data acquisition, processing and storage steps are controlled by a 32-bit ARM Cortex-M microcontroller, which provides several and modern peripherals. Laboratory tests confirmed the effectiveness of the analog circuits that presented flat response between 2 and 500Hz. The low-pass filters developed are type Butterworth with an attenuation factor of 36 dB/octave for frequencies above 500 Hz. The high-pass filters are of passive type with rejection factor of 6 dB/octave below 2 Hz. The operation of the system presented to be easy and fast. Field tests demonstrated its friendliness and the results showed to be consistent. It was concluded that the system is feasible and applicable to monitor rock-blasting process. Its relatively low price opens up the possibility of using it for permanent monitoring in situations where this might be necessary.

M.Sc. (Geology) / There was a possibility that the rockbursts experienced in the faulty Klerksdorp Goldfield area could be related to the numerous faults, fractures and dykes occurring in the area. Until the end of 1979 it was impossible to establish with any degree of certainty which discontinuity was associated with most of the seismic events, as the location network was too inaccurate at that stage to determine such associations. The accuracy of the network was subsequently improved to 30 m in all directions in a specific area of the macro-network. Twenty seven percent of the seismic events which located in this area, occurred less than 30 m from the faults, 21 percent were less than 30 m from the dykes, while 42 percent occurred less than 30 m from dykes and faults. The remainder ( 10 percent) were located more than 30 m from any of the abovementioned discontinuities.

La collision alpine a créé des structures complexes comme des chaînes de montagnes très arqués et des interactions compliquées entre les slabs subduits. La polarité de subduction est inversée à la transition entre les Alpes et les Apennins et les Alpes et les Dinarides. Le fait que la plaque Adria subducte en même temps vers l'ouest et vers l'est avec un fort pendage, presque verticalement, suggèrent une flexion importante de cette plaque. Notamment, si on considère de plus la proposition qu'Adria subducte aussi vers le nord sous les Alpes de l'est, ce qui est toujours sujet de discussion. Des déchirures dans le slab adriatique sous les Dinarides du nord à plus de 150 km de profondeur et sous les Apennins à moins de 200 km, pourraient être des signes d'une forte tension et, en conséquence, un détachement de la plaque adriatique. La plaque européenne pourrait aussi avoir subi plusieurs déchirures le long des Alpes. Cette hypothèse sujette à débat nécessite de nouveaux modèles tomographiques. Le modèle tomographique présenté dans cette thèse se base sur les vitesses de phase des ondes de surface pour donner un modèle 3-D à haute résolution des vitesses de cisaillement de la surface jusqu'à 200 km de profondeur. Ce modèle est unique de par sa haute résolution dans le manteau lithosphérique où des modèles antérieurs montrent de fortes incertitudes. Afin d'imager la croûte et le manteau supérieur en même temps, une combinaison des données de vitesses de phase des ondes de surface mesurés à partir des bruits ambiants ainsi que des séismes est utilisée dans cette thèse.Pour tester la validité de cette procédure, une comparaison détaillée des mesures de vitesses de phases et des structures imagées avec les deux méthodes est présentée. De l’analyse résulte un faible biais qui montre des vitesses plus élevées avec les données se basant sur des séismes par rapport aux données se basant sur le bruit ambiant. En comparant avec des travaux antérieurs, il est apparu que ce biais est dû à une différence méthodologique. Plusieurs paramètres qui pourraient influencer les mesures du bruit ambiant sont testés numériquement. Une cause unique n'a pu être identifiée. L'explication la plus probable pour le biais est une combinaison entre différentes sensibilités des méthodes aux structures et l'influence des modes supérieurs. Néanmoins, l'écart est suffisamment faible par rapport aux variations structurales pour être négligé.Un modèle final de vitesse de cisaillement de la région alpine est obtenu avec une résolution latérale d'environ 25 km dans la croûte peu profonde. Les tests synthétiques donnent une résolution approximative de profondeur estimée à 2 km près de la surface et de 5 km à la profondeur du Moho. Dans le manteau supérieur, la résolution baisse rapidement mais les structures principales des panneaux plongeants restent bien imagées jusqu'à une profondeur de 200 km le long des Alpes et des Apennins.La partie crustale du modèle donne des informations à haute résolution sur la taille et la profondeur des bassins sédimentaires et du corps d’Ivrée ainsi que sur la profondeur et la structure du Moho. Ce modèle de vitesses de cisaillement est le premier montrant autant de détails et couvrant les Alpes entières, il est proposé que le modèle pourrait servir comme référence pour la région.Le modèle montre les limites des zones de subduction et les régions de basses vitesses asthénosphèriques montants sous les bassins Ligure et pannonien. Des structures connues comme les déchirures de slabs sous les Apennins et les Dinarides sont imagés. Des découvertes supplémentaires ont été mises en évidence : une petite zone de faible vitesse qui coupe la lithosphère au nord des Dinarides est interprété comme l'expression d'une grande faille décrochante... / The plate collision in the Alps and adjacent orogens has created a complex picture of highly arcuate mountain belts and complicated interactions of subduction slabs. The subduction polarity is reversed from European to Adriatic subduction in the transition of the Alps to the Apennines and to the Dinarides. The subduction of Adria both to the west and east and the almost vertical dip of the slabs implies an important flexure of this plate. Even more so if one considers the proposed subduction of Adria also to the north under the eastern Alps, which is still a matter of discussion. Gaps in the Adriatic slab under the northern Dinarides, below 150~km depth and in the southern Apennines above 200~km may be signs of the stresses and the consequent tearing that the Adriatic plate is exposed to.Also the European plate has supposedly undergone one or several break-offs all along the Alpine arc. Especially in the eastern and western Alps it is still an open question whether the European slab is detached below the lithosphere. New tomographic models are thus needed.The herein presented tomographic model is based on surface-wave phase velocities and gives a picture of the shear-velocity structure from the surface to 200 km depth. It is the first high-resolution shear-velocity model of the entire Alpine crust and upper mantle. It is also unique in its good resolution in the lithospheric mantle, where previous body-wave models are subject to high uncertainties. In order to be able to image both crust and upper mantle, a combination of ambient-noise and earthquake-based phase-velocity measurements is used in the present thesis.The validity of this approach is tested by a detailed comparison of the phase-velocity measurements and the structures that are imaged from each method individually. A small bias between the methods results in slightly elevated velocities from earthquake measurements. By comparison with earlier works it appears that this bias is due to methodological differences. Several effects that may influence the ambient-noise records are tested with synthetic experiments, but no unique cause is found. The most likely explanation for the bias between the two methods is a combination of different structural sensitivities and the influence of higher modes. Nevertheless, the discrepancy is sufficiently small with respect to the structural variations that the bias can be neglected.A final shear-velocity model of the Alpine region is obtained which has a lateral resolution in the shallow crust of approximately 25 km. From synthetic tests, the average depth resolution is estimated to be 2~km close to the surface and 5 km for the Moho depth. In the upper mantle the resolution decreases significantly, but main slab structures are well imaged in the central Alps and the Apennines down to the bottom of the model at 200 km depth.Highlights of the crustal part of the model are size and depth of sedimentary basins, the Ivrea body and the Moho structure. Being the first shear-velocity model of this detail and extend it is proposed to serve as reference for the Alps...

Terrestrial Radar Interferometry (TRI) is a relatively new ground-based technique that combines the precision and spatial resolution of satellite interferometry with the temporal resolution of GPS. Although TRI has been applied to a variety of fields including bridge and landslide monitoring, it is ideal for studies of the highly-dynamic terminal zones of marine-terminating glaciers, some of which are known to have variable velocities related to calving and/or ocean-forced melting. My TRI instrument is the Gamma Portable Radar Interferometer, which operates at 17.2 GHz (1.74 cm wavelength), has two receiving antennas for DEM (digital elevation model) generation, and images the scenes at minute-scale sampling rates. Most of this TRI work has focused on two glaciers: Breiðamerkurjökull in Iceland and Helheim in Greenland. Monitoring the displacement of stationary points suggests velocity measurement uncertainties related to the instrument and atmosphere of less than 0.05 m/d. I show that the rapid sampling rate of the TRI can be used to observe velocity variations at the glacier terminus and assess the impact and spatial distribution of tidal forcing. Additionally, iceberg tracking in the amplitude imagery may provide insight about ocean currents near the terminus.

The episodic tremor-and-slip (ETS) events refer to the concurrence of westward crustal movements, as evident by GPS observations, and tremor-like seismic activity in the northern Cascadia margin. The regular occurrence of ETS events in the region has been remarkable. In addition to the 14-month period, secondary tremor activities, most of them lasting less than one or two days, are also found with no corresponding GPS signatures. However, the identification of tremor activity is mainly based on visual examination of regional/Iocal seismic records. In this study, we attempt to develop an algorithm that can quantitatively characterize the level of tremors from a collection of seismic waveform data. For each hour of waveform at a given station, the process begins with the calculation of moving average and scintillation index with various time lengths. The scintillation index, essentially the "normalized variance of intensity of the signal", is adapted from the studies of pulses in radio waves and is an efficient tool to identify the pulse-like characteristics of tremor signals. Values of the indices are fed into a series of logic gates that use a combination of both parameters to determine if sufficient tremor activity exists. To demonstrate the effectiveness of our algorithm, seismic waveform data are collected for the known February/March 2003 ETS event. Our analysis gives results consistent with the work done manually. Implementation of our algorithm is straightforward and free from human intervention. Thus, it is potentially possible to automate the tremor monitoring process that may give early warning of the exact arrival time of ETS events.

A Neogene contourite depositional system was identified and mapped along the DeSoto Slope in the northeastern Gulf of Mexico, U.S.A. A series of drift deposits comprising the larger contourite depositional system were interpreted from a 2-D industry seismic data set. The now subsurface drift deposits are adjacent to the anomalous seabed feature, the DeSoto Canyon, and these data suggest contourite deposition and ocean currents are in integral part of the canyon’s depositional history. The contourite depositional system is underlain by an extensive, middle Miocene aged, erosional unconformity formed by ocean currents. The timing of this erosional surface is in alignment with the widely accepted premise that the Miocene represented a transitional period in Gulf of Mexico basin circulation. The discovery of this contourite depositional system adds to an established list of Miocene-aged features pointing to the onset of enhanced Loop Current circulation in the Neogene Gulf of Mexico.