Passive image interferometry for monitoring crustal changes with ambient seismic noise

The technique to retrieve Green’s functions by cross-correlation of seismic noise that is now often referred to as seismic interferometry opened the way to a completely new type of seismological observation – the continuous monitoring of changes in the subsurface medium. In this paper we review Passive image interferometry (PII) as the technique that makes use of the possibility to repeatedly retrieve Green’s functions in order to precisely infer medium changes by comparing Green’s functions that are retrieved at different times. PII is capable of identifying velocity changes below 0.1% and was applied successfully in different tectonic situations. We review three investigations of PII that demonstrate the wide range of possible applications. The first application that introduced the concept of PII in 2006 revealed hydrology related changes of subsurface velocity at Merapi volcano. The second application we present was the first noise based observation of co-seismic changes. And we finally review a recent investigation that documented velocity variations in the shallow subsurface of the moon.

RésuméLa technique de reconstruction des fonctions de Green par corrélation de bruit sismique, qui est souvent appelée interférométrie sismique, a ouvert la voie à un type complètement nouveau d’application sismologique: la surveillance continue des modifications en profondeur du milieu. Dans cet article, on présente une série d’applications de l’imagerie passive par interférométrie à la reconstruction répétée de fonctions de Green pour déduire avec précision les modifications du milieu. Cette technique (PII) est capable d’identifier les modifications de vitesse inférieures à 0,1 % et a été appliquée avec succès dans diverses situations tectoniques. Nous passons en revue trois types de mise en œuvre de PII, qui démontrent la large gamme d’applications possibles. La première application d’utilisation du concept de PII en 2006, a révélé des changements de vitesse de subsurface, en liaison avec l’hydrologie,dans le cas du volcan Merapi. La seconde que nous présentons concerne l’observation de modifications co-sismiques à partir du bruit. Et, enfin, nous exposons une recherche récente, qui documente les variations de vitesse à faible profondeur sur la lune.