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Intrinsic versus extrinsic seismic anisotropy: Surface wave phase velocity inversion - 29/07/15

Doi : 10.1016/j.crte.2015.02.010 
Nian Wang a, b, , Jean-Paul Montagner a, Gäel Burgos a, Yann Capdeville c, Daxin Yu a, d
a Institut de physique du globe de Paris, 1, rue Jussieu, 75238 Paris cedex 05, France 
b Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island, Horn Building, Office 204, Narragansett Bay Campus of URI, 215 South Ferry Rd., 02882 Narragansett, USA 
c Laboratoire de planétologie et de géodynamique de Nantes, 2, rue de la Houssinière, BP 92208, 44322 Nantes cedex 3, France 
d First Crust Monitoring and Application Center, China Earthquake Administration, Tianjin 300180 China 

Corresponding author.

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Abstract

The precise determination and interpretation of anisotropy are relatively difficult because the apparent anisotropy is usually a mixture of intrinsic and extrinsic anisotropy, which might partly hide the true properties of the medium investigated. The artificial anisotropy can be due to the fact that seismic waves do not ‘see’ the real details of a medium, but a ‘filtered’ (or ‘upscaled’) version of the Earth model. This can be due to a bad quality of the data coverage, to limited frequency band effects, or to errors in the approximate theory. With the limitation to layered Earth models, through comparisons of the results of the homogenization method with those of the periodic isotropic two-layered model as an analytical solution, we illustrate that the Backus theory for the long wavelength equivalent effect can be extended to calculate the extrinsic anisotropy, due to upscaling effects at discontinuities for the general isotropic layered model, when its spatial scale is much less than or equal to the seismic wavelength. We find that the extrinsic radial S-wave anisotropy produced by the vertical heterogeneities in the upper mantle of the Earth can be as large as 3% (about 30% extrinsic anisotropy of the 10% radial anisotropy). To better recover information from seismic data, we propose a surface wave phase velocity inversion method based on the first-order perturbation theory. We show that resolution at discontinuities can be improved by adding overtone modes of surface wave data. For more general layered models, the homogenization method could be considered, which can flexibly adapt the scale of the model to seismic wavelengths. However, the periodic isotropic two-layered model can also help to analytically quantify the amount of extrinsic radial, and possibly azimuthal anisotropy produced by the tilted fine layering.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Seismic anisotropy, Upscaling effect, Crustal corrections, Phase velocity inversion method, The periodic isotropic two-layered (PITL) model


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Vol 347 - N° 2

P. 66-76 - mars 2015 Retour au numéro
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