Estructura 3D de la Cuenca Vasco Cantábrica Aplicación de la tomografía de ruido ambiente sobre una red sísmica de alta resolución

Resumo

El objetivo principal de esta tesis doctoral es la elaboración de un modelo 3D de velocidad de ondas S que refleje de la forma más precisa posible la compleja estructura cortical de la Zona Vasco-Cantábrica, en la transición entre los Pirineos y la Cordillera Cantábrica. Para ello, se ha utilizado la gran cantidad de registros sísmicos continuos recogidos por dos densas redes de sismógrafos de banda ancha, desplegadas en la zona de estudio entre los años 2014 y 2020 en el marco de los proyectos de investigación SISCAN (Sismicidad natural en la región Cantábrica, ref.: FUO-EM-253-13) y MISTERIOS (Monitorización Integrada del Sistema Tierra en España: Redes de Observación y Monitorización Sísmica, ref.: CGL2013-48601-C2-2-R). Los límites exactos de la zona de estudio están definidos por la geometría de las redes sísmicas SISCAN y MISTERIOS, e incluyen la parte más septentrional de las cuencas cenozoicas del Ebro y Duero y del Sistema Ibérico (sierras de La Demanda y Cameros) al sur, el sector central de la Cordillera Cantábrica al oeste, y los Macizos Vascos al noreste de la Zona Vasco-Cantábrica. Para alcanzar el objetivo propuesto, se han recopilado, analizado de forma individual e invertido de forma conjunta tres tipos de datos: velocidad de fase de las ondas superficiales, elipticidad de las ondas Rayleigh y funciones receptoras telesísmicas. La velocidad de fase de las ondas superficiales (Love y Rayleigh) se ha estudiado mediante la técnica de tomografía de ruido ambiente. Este método permite realizar estimaciones de las velocidades a partir de las correlaciones cruzadas de observaciones del ruido sísmico realizadas en distintos puntos. A diferencia de la mayoría de las aplicaciones de esta técnica existentes en la literatura, en este trabajo se ha recurrido a la formulación espectral del método, que no depende de la aproximación de campo lejano y por lo tanto es especialmente útil cuando las distancias entre las estaciones sísmicas son pequeñas. Se proponen, además, varias innovaciones metodológicas que permiten estimar de forma más precisa la velocidad de fase de las ondas Rayleigh y Love utilizando un software de desarrollo propio. Las velocidades obtenidas de esta manera son coherentes con la geología superficial a periodos cortos, y permiten realizar algunas observaciones sobre la estructura cortical profunda a periodos largos. La elipticidad de las ondas Rayleigh es la relación entre las amplitudes de los desplazamientos horizontal y vertical producidos en la superficie de la Tierra por este tipo de ondas. Los valores elevados de la elipticidad generalmente se relacionan con la presencia de contrastes de velocidad de las ondas S en la parte más superficial de la corteza. En este trabajo, se han implementado dos técnicas para estimar la elipticidad de las ondas Rayleigh en el rango de frecuencias más amplio posible, dentro de las limitaciones impuestas por los datos. Para las frecuencias más bajas, la elipticidad se ha determinado a partir de ondas Rayleigh telesísmicas, mientras que a frecuencias relativamente altas se han utilizado las correlaciones cruzadas del ruido sísmico. Los resultados son estadísticamente significativos y pueden ser interpretados en términos de la geología superficial, a la vez que permiten formular alguna hipótesis sobre la estructura cortical profunda bajo la parte más septentrional de la zona estudiada. Las funciones receptoras son series temporales que contienen las ondas S generadas por la incidencia de ondas P telesísmicas sobre las discontinuidades sísmicas situadas bajo las estaciones de registro. Las funciones receptoras obtenidas son complejas, especialmente las correspondientes a las estaciones situadas en la mitad norte de la zona estudiada, cuyas amplitudes muestran una clara dependencia acimutal. El análisis de las funciones receptoras obtenidas se ha realizado por medio de dos técnicas. En primer lugar, se ha utilizado la técnica de H-¿ stacking, para obtener un mapa del espesor cortical bajo la zona estudiada y el valor medio inferido para la relación Vp/Vs en la corteza. En segundo lugar, se ha realizado una pseudomigración a profundidad de las funciones receptoras para investigar la posible presencia de estructuras inclinadas a escala cortical en la zona de estudio. Los tres conjuntos de datos descritos aportan información complementaria sobre la estructura de velocidades de la corteza, por lo que han sido invertidos de forma conjunta mediante un algoritmo no lineal (enfriamiento simulado o simulated annealing) para obtener el modelo 3D de la estructura de velocidades de ondas S que constituye el objetivo principal de la tesis. Además de este modelo, las aportaciones de esta tesis doctoral incluyen toda una serie de propuestas metodológicas y programas informáticos,