Estudio de la fuente sísmica con estaciones en tierra y mar Study of the seismic source using onshore and ocean stations

Los parámetros focales de los terremotos con foco en mar están generalmente determinados con incertidumbres muy grandes, debido a la ausencia de estaciones sísmicas en tierra cercanas al epicentro. El uso de redes con estaciones en tierra en combinación con sismómetros de fondo marino, ayuda a reducir la distancia epicentral y la brecha acimutal, mejorando de este modo la estimación de los parámetros focales de los terremotos. Un segundo factor muy importante que mejora la precisión de las localizaciones hipocentrales, es el uso de un modelo de Tierra específico para la zona de estudio y en especial modelos 3D. Aunque, actualmente existen numerosos modelos de Tierra 1D globales, es difícil encontrar modelos 3D para determinadas regiones y que además tengan una resolución valida, para poder ser utilizados como modelos en las localizaciones hipocentrales de terremotos. Además de estos factores, es importante utilizar un método de búsqueda hipocentral que sea robusto, como es el caso de los métodos actuales de localización no lineal, y que se pueda aplicar con modelos de Tierra 3D.

El objetivo de esta tesis es, estudiar como la utilización de redes sísmicas con estaciones en tierra y una pequeña red de sismómetros de fondo marino junto con modelos de Tierra 3D y métodos de búsqueda hipocentral no lineales, influyen en la estimación de los parámetros focales de terremotos ocurridos en la región del Cabo San Vicente. La región de estudio de esta tesis es el Sur-Oeste de Iberia, cerca del Cabo San Vicente. En esta región han sucedido algunos de los terremotos y tsunamis más grandes en Europa, como el terremoto de Lisboa de 1755 (Imax = X). La red submarina utilizada en esta tesis está formada por cinco sismómetros de fondo marino, de banda ancha, situados a 200 km de la costa del Cabo San Vicente y que servirán para estudiar la sismicidad de la región durante el período que duro el despliegue (7 meses), junto con las estaciones de las redes sísmicas permanentes del Instituto Geográfico Nacional, del Instituto Português do Mar e Atmosfera y la red Western Mediterranean.

Se han estudiado 38 terremotos, con magnitudes 2 < mbLg < 5, que ocurrieron durante el periodo de despliegue de la red submarina (septiembre 2015 – abril 2016). Estas localizaciones se han llevado a cabo usando tres modelos de tierra diferentes. Un modelo de tierra 1D y dos modelos 3D.

En la tesis se distinguen tres partes bien diferenciadas: La primera parte, está basada en la localización de terremotos con modelos de tierra 3D y usando un método de búsqueda y localización no lineal, en la segunda parte, se realiza la determinación y el análisis del mecanismo focal de siete terremotos, también con foco en mar y en la tercera parte, se expone y analiza la nueva metodología diseñada en esta tesis que, sin la necesidad de utilizar estaciones en tierra, utiliza la red submarina como una antena sísmica para determinar los epicentros de los terremotos.

Los resultados de esta tesis demuestran que el uso de la red sísmica submarina, aunque sea de pequeño tamaño, y de modelos de Tierra 3D de alta resolución, mejoran la determinación de los parámetros focales de todos los terremotos analizados en comparación con las localizaciones del catálogo del Instituto Geográfico Nacional. Concretamente, la reducción de incertidumbre asociada a la profundidad y al epicentro mejora en hasta un 50%.

Respecto a los mecanismos focales, se muestra cómo los resultados obtenidos utilizando la red combinada de estaciones en tierra y mar, concuerdan con el patrón de estrés en la región de esfuerzos regionales en la zona objeto de estudio de esta tesis. Además, los resultados de los mecanismos focales de los terremotos más grandes, con localizaciones próximas a los terremotos analizados, también son coherentes.

En lo referente a la nueva metodología desarrollada en esta tesis, se mostrara como esta es un robusto algoritmo capaz de facilitar la detección de señales sísmicas, que están altamente contaminadas en ruido oceánico. Además, la metodología es eficaz incluso siendo utilizada en redes submarinas que cuenten con pocos sensores, como es el caso de esta tesis, y además es flexible en cuanto a las dimensiones geométricas de la red utilizada. Los resultados de las localizaciones epicentrales obtenidas utilizando esta metodología y con la red submarina están en acuerdo con las determinadas mediante métodos de localización convencional, mostrando que no existen diferencias significativas (distancias medias entre epicentros < 12 km), entre ambas determinaciones.

Finalmente, se obtiene que la utilización de una red sísmica submarina junto con modelos de Tierra 3D y métodos de búsqueda hipocentral no lineales, mejora significativamente la localización de los terremotos en la región de estudio, y además que la red submarina se puede utilizar como una antena sísmica capaz de localizar de forma precisa sismos regionales.