Resultados iniciales del estudio de la atenuación sísmica de ondas P para la isla de Tenerife
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Janire Prudencio Sóñora
2011-B
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Resultados Iníciales Del Estudio De La Atenuación Sísmica De Ondas P Para La Isla De Tenerife
ABSTRACT
La atenuación sísmica ayuda a conocer cómo disminuye la intensidad de la energía sísmica con la distancia respecto a la fuente y su relación con la estructura del medio en el que se propagan las ondas. En relación con la atenuación sísmica se puede obtener el factor de calidad, que representa el alejamiento del medio de la elasticidad perfecta. En este trabajo se presentan unos resultados iníciales de un estudio de atenuación sísmica en la isla de Tenerife (Islas Canarias, España). Los datos usados corresponden a un experimento de sísmica activa (explosiones de aire comprimido) que se llevo a cabo en la isla a principios del año 2007. Se han obtenido unos valores medios de 0.10±0.08 para b o coeficiente de atenuación intrínseca, y de ˜377 para Qi o factor de calidad intrínseco. Los resultados han indicado que existen diferentes regiones en la isla que poseen diferentes características estructurales, y por tanto, presentan diferentes valores de atenuación sísmica y de factor de calidad.
Keywords: Atenuación sísmica, factor de calidad.
INTRODUCCIÓN
Debido a su carácter volcánico, Tenerife registra frecuentemente terremotos de magnitudes muy pequeñas que pasan inadvertidas para la población. En el año 2004 la isla registró terremotos que fueron sentidos por la población. Estos acontecimientos dieron lugar a que instituciones y centros científicos evidenciaran la necesidad de conocer el estado actual del volcán del Teide. Una de estas instituciones fue la Universidad de Granada que a través del Instituto Andaluz de Geofísica puso en marcha la campaña TOM TEIDEVS (figura 1). La campaña que se llevo a cabo a principios del año 2007 se convirtió en el primer experimento de esta índole para el estudio de la estructura volcánica del Teide. Como parte del experimento TOM-TEIDEVS se registraron 6850 disparos de cañones de aire comprimido en una densa red sísmica local que consistía en 150 estaciones sísmicas independientes.
Aprovechando la gran base de datos que proporcionó la campaña, el trabajo que aquí se presenta pretende abrir un nuevo poso estudiando la atenuación sísmica de la isla de Tenerife. Los principales objetivos que se persiguen son: obtener para toda la isla de Tenerife unos valores medios del coeficiente de atenuación intrínseca (b) y del factor de calidad (Q).
EL MÉTODO
Para el cálculo de estos dos valores, el coeficiente de atenuación (b) y el factor de calidad (Q) se ha utilizado el método de Wegler and Lühr (2001) para ajustar los datos al modelo de difusión en el dominio del tiempo. La expresión usada es la siguiente:
ln[t^(p/2) W(r,t)]=a_1+a_2 t+a_3 1/t (1)
siendo:
a_1=ln[E_0 ?(4pd)?^(-p/2) ]; a_2= -b; a_3=-r^2/4d (2)
El resultado de ln[E_0 ?(4pd)?^(-p/2) ] para una distancia r predeterminada en función del tiempo depende linealmente de tres funciones básicas 1, t y 1/t. Aplicando una inversión por mínimos cuadrados han podido ser halladas las tres incógnitas a_1,a_2,a_3.
Después de la inversión se han calculado los parámetros deseados mediante las siguientes ecuaciones:
E_0=?(4pd)?^(p/2) expa_1; b=-a_2; d=-r^2/(4a_3 ) (3)
tratamiento de datos y aplicación del método
Se han analizado aquellas señales que tuvieran la mejor relación señal-ruido, se pudiera determinar el principio y el final de la señal y mostraran un decaimiento regular. Según estos requisitos, sólo las señales que se consideraron “buenas” o “muy buenas” fueron incluidas en el análisis. Para las zonas del norte de la isla, debido a la gran cantidad de ruido que presentan la mayoría de las señales, también se incluyeron señales de calidad más baja relación señal-ruido. Con estas características se seleccionaron 519 señales de las 3518 inicialmente consideradas.
Con estos datos se elaboraron unas curvas de decaimiento de la energía frente al tiempo que han sido ajustadas a las curvas teóricas para la ventana temporal seleccionada, usando para ello un ajuste por error cuadrático medio. Cada sismograma es invertido para los tres parámetros E_0, b y d. La primera parte del sismograma después del máximo de energía, es sensible a la difusividad d y la última parte después del máximo, determina el coeficiente de atenuación intrínseca b. El tercer parámetro, E_0, no tiene influencia sobre la forma de la onda, sino en el valor absoluto, y no ha sido usado en este trabajo. La figura 2 muestra la calidad del ajuste para cuatro explosiones diferentes.
RESULTADOS
En este trabajo se han representados los valores de b y Q. Se han obtenido estos valores medios para la isla de Tenerife:
b ¯=0.10±0.08
(Q_i ) ¯˜377
Se observa un alto error en el valor de b. este error está asociado a la dispersión de las soluciones. Esta alta dispersión indica que existen diferentes zonas en la isla de Tenerife que presentan diferentes valores de atenuación, y por tanto diferentes valores del factor de calidad. Como se puede observar en la figura 3, se obtienen valores altos de atenuación para la zona S-SW de la isla, mientras que para el resto de las zonas, se observan valores más bajos. De estos valores se deduce que la isla de Tenerife heterogénea y la necesidad de regionalizar las soluciones.
Por otra parte, dada la dispersión de los resultados obtenidos, se ha demostrado la necesidad de tener que regionalizar. Cuanto más pequeños han sido estos sectores, se han obtenido resultados menos dispersos, mejorando así la calidad de los mismos. Esto lleva a pensar en una regionalización mucho más fina: en una tomografía de atenuación y que será objeto de una tesis doctoral.
Este trabajo refleja la necesidad de profundizar en el análisis y la interpretación de los datos. Por ejemplo, interpretando los valores de d, con lo que se podrá conocer el valor y distribución del factor de calidad de scattering (Q_s (f)). Además la regionalización indica la necesidad de extender el estudio a toda la isla usando más datos y estaciones.
Tenerife es una isla en gran parte muy abrupta, de relieve formado por sucesivas erupciones volcánicas a lo largo de la historia, la más reciente de las cuales fue la del volcán Chinyero en 1909. El pico del Teide con 3718 metros sobre el nivel del mar y más de 7000 sobre el fondo oceánico, es el punto más elevado de la isla, del territorio español y de todas las tierras sumergidas del Atlántico.
La isla alberga a una población de 886.003 habitantes (INE 2008) además de los 5 millones de turistas que visitan la isla todos los años y todos estos podrían estar sometidos a un nivel de riesgo ante una erupción del volcán.
Debido a su carácter volcánico, Tenerife registra frecuentemente terremotos de magnitudes muy pequeñas que pasan inadvertidas para la población. Sin embargo, entre los meses de abril y septiembre del año 2004 se observó en la isla de Tenerife un incremento inusual de la actividad sísmica. Se registraron más de 500 terremotos durante ese periodo y la población pudo percibir aquellos de mayor magnitud (M>3). Durante la primera mitad del año 2005 la actividad decreció y se volvieron a registrar los mismos índices con un promedio de 10-20 eventos al mes. La actividad sísmica estaba compuesta por eventos de largo periodo y tremor volcánico, a la vez que los eventos volcano-tectónicos. La crisis sísmica sufrida en 2004 puso en evidencia la falta de estudios que existen para la isla de Tenerife. Actualmente, no se conoce la estructura de la isla y todos los estudios previos son aproximados. Estos acontecimientos dieron lugar a que instituciones científicas de todo el mundo se interesaran por el estado actual del volcán del Teide. Una de estas instituciones fue la Universidad de Granada que a través del Instituto Andaluz de Geofísica y dirigidos por el Doctor Jesús Ibáñez Godoy puso en marcha en el 2007 la campaña TOM-TEIDEVS. La campaña se convirtió en el primer experimento de esta índole para el estudio de la estructura volcánica del Teide. Intentado avanzar en el conocimiento de la isla, se está llevando a cabo actualmente un nuevo proyecto, HISS, que intentará dar a conocer la estructura de la isla a mayor profundidad. Nuevamente, la Universidad de Granada y el Instituto Andaluz de Geofísica son los responsables del proyecto.
Aprovechando la gran base de datos que proporcionó la campaña TOM-TEIDEVS, el trabajo que aquí se presenta pretende dar un nuevo paso estudiando la atenuación sísmica de la isla de Tenerife. Los principales objetivos que se persiguen son: obtener para toda la isla de Tenerife unos valores medios del coeficiente de atenuación intrínseca (b) y del factor de calidad (Q).
La estructura del trabajo se ha pensado para aportar la mayor coherencia y claridad al conjunto. De este modo, en el Capítulo 2 se exponen los fundamentos que rigen el estudio de la atenuación sísmica. A continuación, en el capítulo tercero, se introduce el área de estudio, en este caso la isla de Tenerife, para pasar a estudiar con más detalle en el Capítulo 4 el experimento TOM-TEIDEVS. Se describe la metodología empleada en el Capítulo 5 y su aplicación al caso de la isla de Tenerife en el siguiente capítulo. Finalmente, en el Capítulo 7 se presentan los resultados conseguidos y todo ello se discute en el Capítulo 8.
AGRADECIMIENTOS3
1.INTRODUCCIÓN6
2.ATENUACIÓN SÍSMICA: principios y determinación9
2.1 Expansión geométrica, absorción anelástica y scattering10
2.2 La expansión geométrica11
2.3 La absorción Anelástica (Atenuación Intrínseca)11
2.4 El proceso de Scattering (Atenuación Extrínseca)12
2.5 El factor de calidad (Q)14
3.TENERIFE Y EL TEIDE17
3.1 Las dorsales17
3.2 El edifico central19
3.3 En la actualidad19
4.EL EXPERIMENTO22
5.MÉTODO26
5.1 Introducción26
5.2 Modelo de difusión vs. Modelo de scattering simple28
5.3 La conexión entre la difusividad y la media aleatoria30
5.4 La inversión para la distribución temporal de la energía31
6.APLICACIÓN33
6.1 Adquisición de datos33
6.2 Filtrado y calidad de la señal35
6.3 Inicio y fin de la señal38
6.4 Corrección geométrica39
6. 5 Ajuste41
6.6 El cálculo de Q42
6.7 Cálculo de errores44
7.RESULTADOS48
8.DISCUSIÓN83
9.REFERENCIAS86
Los resultados expuestos en este trabajo abren una interesante vía de investigación.
La alta dispersión de los datos indica que existen diferentes zonas en la isla de Tenerife que presentan diferentes valores de atenuación, y por tanto diferentes valores del factor de calidad. Como se puede observar en la figura 11, se obtienen valores altos de atenuación para la zona S-SW de la isla, mientras que para el resto de las zonas, se observan valores más bajos. De estos valores se deduce que la isla de Tenerife es heterogénea y la necesidad de regionalizar las soluciones. Los resultados obtenidos para la estación 21 (figura 20) pueden servir de ejemplo para explicar por qué se habla de heterogeneidad. En la figura se observan dos grandes zonas: una zona al norte menos atenuativa y otra zona al sur más atenuativa. Estructuralmente hablando, podría decirse que con los resultados obtenidos, la zona norte es más compacta que la zona sur. Pero además, tenemos una zona más, una pequeña zona que está situada al W de las anteriores (subdivisión 1). Esta zona es de gran interés. Es la zona que más lejos está de la estación y sin embargo se observan valores altos de atenuación, cuando en el norte se habían obtenidos valores bajos. Esto puede ser debido a que estas ondas procedentes de una mayor distancia han encontrado algo en profundidad más atenuativo, menos compacto que pudiera tratarse de magma, (ver figura 26) que hace que obtengamos valores más altos de atenuación.
Este trabajo refleja la necesidad de profundizar en el análisis y la interpretación de los datos. Por ejemplo interpretando los valores de d, con lo que se podrá conocer el valor y distribución del factor de calidad de scattering (Q_s (f)). Además la regionalización indica la necesidad de extender el estudio a toda la isla usando más datos y estaciones.
En resumen y en consecuencia a los resultados obtenidos, se deduce que la isla de Tenerife está lejos de ser homogénea y tiene un carácter estructural heterogéneo. Además, este trabajo inicial lleva a pensar en una regionalización mucho más fina que consistirá en una tomografía de atenuación y que será objeto de una tesis doctoral.