XII Congreso Geológico Chileno Santiago, 22-26 Noviembre, 2009

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Determinación de un modelo de estructura de velocidad 1D

para sismos corticales en Chile Central entre los 32.5S-34.5S y los 69.5W-71.5W

Pérez, A.1, Leyton, F.2, Campos, J.1, Barrientos, S.1

(1) Depto de Geofísica, Fac. Cs. Fis. y Mat., U. de Chile, Santiago, Chile. (2) Depto. Ciencias Aplicadas, Fac. de Ing. U. de Talca, Curicó, Chile. aperez@dgf.uchile.cl Introducción Disponer de una base de datos con localizaciones hipocentrales confiables de eventos superficiales es fundamental para el desarrollo coherente de un estudio sismotectonico a partir del cual sea posible encontrar la relación existente entre la presencia de fallas y la distribución de la sismicidad. Es sabido que los típicos problemas asociados con la localización de sismos locales y regionales son las imprecisiones en los tiempos de llegada, un inadecuado modelo de velocidad y las consecuentes inestabilidades de los métodos de inversión. Debido a que las distancias epicentrales normalmente son mayores que las distancias entre estaciones sismológicas, los parámetros hipocentrales no pueden ser bien determinados produciéndose una fuerte dependencia entre tiempo origen y profundidad focal, complicando aún más la posterior interpretación de la manera cómo se estructura la distribución espacial de la sismicidad. Determinar un modelo de velocidad adecuado para el estudio de eventos superficiales a distancias regionales es un esfuerzo necesario y punto central de este trabajo. El objetivo de este estudio por lo tanto es determinar un modelo de velocidad unidimensional a partir del cual sea posible relocalizar de manera confiable la sismicidad cortical entre los 0 y 30 km, registrada en Chile Central por el Servicio Sismológico Nacional (SSN) entre los 32.5S- 34.5S y los 69.5W-71.5W, zona dentro de la cual está integrada la Región Metropolitana. Se utilizara el catalogo disponible del SSN que permite cubrir un periodo de tiempo mayor que los obtenidos con campañas sísmicas temporales muchas de las cuales de solo algunos meses de duración.

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Metodología Para calibrar un modelo de estructura de velocidad en la región, que permita contar con una mejor determinación de los parámetros focales de la sismicidad superficial cordillerana, se analizaron algunos modelos de velocidad que han sido propuestos a para la zona (Barrientos et al. [1]; Pardo, et al [Comunicación Personal]). El SSN utiliza una versión simplificada del modelo propuesto por Barrientos et al. [1], con el cual se opera en la actualidad. Una base de datos con 669 eventos es utilizada para la inversión de la estructura de velocidad 1D,y corresponde a los eventos sísmicos superficiales cordilleranos (0-30 km) ocurridos en la zona de estudio, registrados por un mínimo de 12 estaciones sismológicas del SSN entre 2000 y 2009 (un mínimo de aproximadamente 20 lecturas de fases P y S) y con residuales menores a 0.5s. Las técnicas de localización hipocentral son variadas y dependen muchas de ellas del tipo de arreglo de estaciones (método HypoDD, para clusters), y de la cobertura acimutal de la red de estaciones. En este trabajo se privilegió la técnica propuesta por Kissling, [2], basada en el programa Velest que permite la relocalización de hipocentros y el ajuste del modelo de estructura de velocidad 1-D simultáneamente por procesos iterativos, mediante la inversión de los tiempos de llegada de las ondas sísmicas, empleando la metodología de inversión no linealizada de rayos. Para analizar la bondad de los modelos de estructura de velocidad propuestos y seleccionar entre ellos el modelo inicial de partida para la inversión de estructura, se trabajó con un subconjunto de 383 eventos de los 669 localizados en la zona cordillerana que presentaron un mínimo de 20 lecturas P y S y con epicentros en la mina Los Bronces. Esto permite introducir una información “a priori” como criterio de calibración de la bondad de la determinación epicentral de los eventos de la mina para detectar el nivel de dispersión que cada modelo de estructura de velocidad presenta. Siguiendo este procedimiento, se obtiene finalmente un modelo de velocidad 1-D utilizando VELEST a partir de un modelo inicial de velocidad que presenta menor dispersión en las localizaciones epicentrales del subconjunto de sismos seleccionados. Resultados y conclusiones A partir del análisis de las localizaciones epicentrales de los sismos de la mina utilizando diferentes modelos de estructura de velocidad propuestos para la región, se observa que el modelo que presenta menos dispersión RMS corresponde al utilizado por el SSN. La Figura 1 muestra la localización de la sismicidad y la distribución de los residuales. Utilizando el modelo de estructura de velocidad del SSN y ampliando el catálogo a 669 eventos con un mínimo de 20 lecturas P y S correspondiente a eventos en la zona cordillerana, se procede a relocalizar los hipocentros y a obtener un nuevo modelo de velocidad empleando VELEST mediante un proceso estándar de iteraciones sucesivas que van produciendo el ajuste de los hipocentros, la corrección de estaciones y el ajuste del modelo de velocidad. Una vez finalizada esta etapa se procedió a investigar la

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resolución de los espesores de los estratos del modelo de velocidad obtenido. La Figura 2 muestra el mejor modelo de estructura de velocidad encontrado en este estudio, la distribución de las estaciones sismológicas utilizadas y la localización final de la sismicidad cortical Se comprobó la bondad del modelo final de velocidad encontrado a partir de un análisis de Wadati utilizando datos de 10 explosiones de la mina y se verificó la resolución de la profundidad focal de los hipocentros a partir de lecturas S-P de estaciones ubicadas justo sobre algunos eventos. Referencias [1] Barrientos S., Vera E., Alvarado P., Monfret T., 2004. “Crustal seismicity in central Chile”. Journal of South American Earth Sciences. Vol 16, 759-768 [2] Kissling, E., Kradolfer, U. & Maurer, H., 1995: VELEST user’s guide – Short introduction. - 25 págs. Institute of Geophysics and Swiss Seismological Service, ETH Zürich, Suiza. Figura 1. Localizaciones hipocentrales de los eventos de la Mina Andina, con cada uno de los 3 diferentes

modelos existentes para la zona y con el modelo final obtenido de la inversión.

Modelo (1)

Servicio Sismologico Nacional SSN-GUC

Modelo (2)

Barrientos et al, 2004

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Modelo (3)

Pardo et al. Comunicación Personal

Modelo (4)

Modelo Final Obtenido.

Figura 2. a) Modelos de velocidad inicial (SSN) y final, obtenido del proceso de inversión. b) Residuales promedio iníciales para un total de 669 eventos que conforman la base de datos. c) Residuales promedio finales obtenidos de la relocalización final de 669 eventos con el modelo de velocidad final.

a)

b)

c)