Investigation in New Methods for Passive Seismic Exploration with Application to Simulation of Strong Motion Scenarios in Campo de Dalías (Almería)

Resumen

El objetivo de esta tesis es obtener el modelo de velocidades sísmicas de la cuenca del Campo de Dalías. Este trabajo contribuye a suplir la falta de investigaciones sobre caracterización de efectos de sitio en esta cuenca sedimentaria y abre además la posibilidad de una predicción de escenarios de daños sísmicos. Teniendo en cuenta la gran importancia de la velocidad de las ondas de cizalla (VS) como un parámetro que influye en los movimientos fuertes del suelo, y en algunos de los fenómenos inducidos que experimentan las ondas sísmicas, se han empleado varias metodologías basadas en el conocido como ruido ambiental sísmico para estimar con precisión la estructura Vs del Campo de Dalías. Un total de siete medidas de ruido sísmico fueron llevadas a cabo por medio de antenas sísmicas con el objetivo de obtener las curvas de dispersión del modo fundamental de las ondas superficiales tipo Rayleigh. Para ello se hizo uso además del método de autocorrelación espacial (SPAC, por sus siglas en inglés). Los radios de apertura de dichas antenas se adaptaron teniendo en cuenta los espesores de las unidades sedimentarias de esta cuenca, que se conoce llegan hasta los 1000 metros en las zonas más profundas del Campo de Dalías. Es por ello que dichas aperturas llegaron a variar desde unas pocas decenas hasta varias centenas de metros. La falta de pozos o columnas litoestratigráficas dentro de los límites de estas antenas sísmicas supuso, con excepción del basamento geológico, un impedimento a la hora de interpretar los perfiles de velocidad de cizalla en términos de unidades geológicas. Los modelos de suelo resultantes de la inversión de las curvas de dispersión experimentales para cada una de las siete mediciones llevadas a cabo indica que la VS del basamento geológico se encuentra entre 2040 y 2800 m/s. Por otra parte, la estructura más superficial de las dos zonas urbanas más importantes del área de estudio (El Ejido y Roquetas de Mar) fue además estudiada a través del análisis de informes geotécnicos y la aplicación del método de sísmica activa de ondas superficiales (MASW, por sus siglas en inglés). Las curvas de dispersión obtenidas mediante este último método para el modo fundamental de las ondas Rayleigh, aunque variando bastante de un núcleo urbano a otro, cubrieron un ancho de banda en frecuencias desde 10 hasta 50 Hz. Siguiendo la clasificación del Eurocode 8, los suelos de El Ejido pueden clasificarse de acuerdo al parámetro VS30 como suelos tipo B (360 < VS30 <800 m/s), mientras que en Roquetas se pueden encontrar suelos tipo B y tipo C (VS30 < 360 m/s). La microzonación sísmica diseñada para la obtención de las frecuencias de resonancia de las ondas S se llevó a cabo a través de una densificación de las mediciones mediante estación única de ruido ambiental sísmico. Dichas mediciones se distribuyeron en una cuadrícula proyectada sobre la superficie del Campo de Dalías con dimensiones de 1 x 1 km. Los núcleos urbanos de El Ejido y Roquetas de mar tuvieron sendas cuadrículas más densas de 250 y 400 metros. El número total de mediciones de ruido sísmico con estación única alcanza las 388. La metodología basada en el cociente entre los espectros horizontal y vertical (HVSR, por sus siglas en inglés) fue la elegida para analizar dicho conjunto de medidas. El rango de frecuencias de resonancia obtenidas varía desde los 0.2 Hz, observados en los picos HVSR con menor frecuencia, hasta los 27 Hz observados en los picos secundarios HVSR con mayor frecuencia. El antinclinal y el sinclinal, que se sabe tienen dirección ENE-OSO y deforman el basamento y los sedimentos más antiguos del Campo Dalías, se observan claramente en la interpolación de las frecuencias HVSR fundamentales. Los valores del conjunto de frecuencias HVSR obtenido son concordantes con las posiciones de dichas deformaciones estructurales, variando entre 0.2 y 0.4 Hz en la posición del sinclinal y entre 0.6 y 1.2 Hz en la del anticlinal. Un análisis cuantitativo sobre la variabilidad en la forma de los cocientes espectrales HVSR fue llevado a cabo usando hasta dos años de medición continua de ruido ambiental sísmico en tres estaciones sísmicas instaladas en el Campo de Dalías. A pesar de que no se han observado cambios que comprometan la robustez del método HVSR a la hora de identificar las frecuencias predominantes de sitio, las correlaciones observadas entre la variabilidad de los cocientes HVSR y los ciclos del agua subterránea del Campo de Dalías añaden a esta metodología la posibilidad de ser usada como herramienta de monitoreo especialmente sensible a los cambios de velocidad de cizalla del medio. La capacidad atribuida al HVSR, al usarse en conjunto con las metodologías de inversión, para estimar estructuras de velocidad sísmica 1-D hizo posible el modelado pseudo tridimensional del Campo de Dalías. Para ello se hizo uso del conjunto de medidas de estación única obtenidas en la cuadrícula de dimesiones 1 x 1 km. El modelado de los cocientes HVSR bajo la suposición de campos difusos (DFA, por sus siglas en inglés), y aplicado a la cuadrícula principal de medidas, permitió obtener los modelos de velocidad de cizalla individuales 1-D a través de la inversión de los cocientes HVSR. Los problemas asociados a la no unicidad de dichas inversiones se han visto aliviados gracias a toda la información geológica proveniente de pozos distribuidos por toda la llanura costera del Campo de Dalías, lo cual ayudó también a construir una relación entre la frecuencia fundamental del cociente HVSR y la profundidad al basamentos geológico. La simulación de un movimiento del suelo asociado a un terremoto fue llevada a cabo con el objetivo de probar el modelo tridimensional resultante de las inversiones de los cocientes HVSR. Los sismogramas de tres estaciones acelerométricas instaladas en el momento del terremoto de control elegido (un evento con MW 4.1 sucedido en Noviembre del 2010) se utilizaron para comparar los registros reales y simulados. La comparación entre las formas de onda observadas y aquellas simuladas mediante un modelado tridimensional a través de diferencias finitas fue la base de dicha prueba. La similitud entre las amplitudes espectrales observadas y modeladas para las tres estaciones analizas es satisfactoria. Este resultado confirma la capacidad de las metodologías basadas en la medición de ruido sísmico ambiental a la hora de construir modelos tridimensionales de suelo mediante estrategias coste-efectivas.