ISSN: 0016-7975
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Sismología/Seismology/Sismologia
Velocidades de las ondas corpóreas P y S en el límite inferior de la corteza terrestre y la profundidad del Moho para la región nororiental de Venezuela
Velocidades de las ondas corpóreas P y S en el límite inferior de la corteza terrestre y la profundidad del Moho para la región nororiental de Venezuela
Velocities of the P and S body waves at the lower limit of the Earth's crust and the depth of the Moho for the northeastern region of Venezuela
Velocities of the P and S body waves at the lower limit of the Earth's crust and the depth of the Moho for the northeastern region of Venezuela
Velocidades das ondas corpóreas P e S no limite inferior da crosta terrestre e a profundidade do Mofo para a região nordeste de Venezuela
Velocidades das ondas corpóreas P e S no limite inferior da crosta terrestre e a profundidade do Mofo para a região nordeste de Venezuela
Américo Montilla
Lcdo°Fís°, MSc. Universidad de Oriente, Centro de Sismología. e-mail: amontilla@udo.edu.ve
Luis Daniel Beauperthuy†
Recibido: 25-10-16; Aprobado: 24-6-17
Resumen
Para evaluar la profundidad del Moho (discontinuidad de Mohorovicic) y las velocidades de las ondas P y S en el límite inferior de la corteza terrestre, válidas para la región nororiental de Venezuela, se construyeron las curvas camino-tiempo T(X) (tiempos T de viaje de las ondas desde los hipocentros a los sensores, contra las distancias epicentrales X) para las fases P y S, producidas por 546 eventos sísmicos ocurridos en la región nororiental de Venezuela y reportados en el Boletín Sismológico del Centro de Sismología de la Universidad de Oriente (CSUDO, 1998-2001) y en el Boletín Sismológico Nacional de FUNVISIS (1998-2005). A partir de las curvas T(X), se construyeron las curvas p(X) del parámetro del rayo, a esta curva se aplicó la técnica de inversión de Herglotz-Wiechert para aproximar a cada profundidad en la corteza, una velocidad de la onda corpórea, tanto P como S. Se encontraron las discontinuidades de las velocidades de ondas corpóreas, asociadas al moho, a nivel de los 32 km de profundidad, valor menor al encontrado por Franke (1993) para toda la región Oriental y Deltana de Venezuela (45 km). Las velocidades para el límite inferior de la corteza terrestre resultaron: 7,49 km/s y 4,05 km/s para las velocidades de las ondas P y S, respectivamente.
Abstract
To evaluate the depth of the Moho (Mohorovicic discontinuity) and the velocities of P and S waves at the lower limit of the earth's crust, valid for the northeastern region of Venezuela, curves road-Time T (X) were constructed (times T travel waves from the hypocenter to the sensors against epicentral distances X) for P and S phases, produced by 546 seismic events occurred in the northeastern region of Venezuela and reported in the Seismological Bulletin of Seismological Center of the University of East (CSUDO, 1998-2001) and the National Seismological Bulletin of FUNVISIS (1998-2005). From the curves T (X), the curves p (X) of the ray parameter is constructed, this curve was applied the Herglotz-Wiechert inversion technique to approximate to each depth in the crust, a wave corporeal velocity, both P and S. Discontinuities of corporeal wave velocities were found, associated with the Moho, at the level of the 32 km of depth, value less to the found by Franke (1993) to all the region Eastern and Deltana of Venezuela (45 km). The velocities for the lower limit of the earth's crust were: 7.49 km/s and 4.05 km/s to the P and S wave velocities respectively.
Resumo
Para avaliar a profundidade do Moho (descontinuidade de Mohorovicic) e as velocidades das ondas P e S no limite inferior da crosta terrestre, válidas para a região nordeste de Venezuela, construíram-se as curvas caminho-tempo T(X) (tempos T de viagem das ondas desde os hipocentros aos sensores, contra as distâncias epicentral X) para as fases P e S, produzidas por 546 eventos sísmicos ocorridos na região nordeste de Venezuela e reportados em o Boletim Sismológico do Centro de Sismologia da Universidade de Oriente (CSUDO, 1998-2001) e no Boletim Sismológico Nacional de FUNVISIS (1998-2005). A partir das curvas T(X), construíram-se o curvas p(X) do parâmetro do raio, a esta curva aplicou-se a técnica de investimento de Herglotz-Wiechert para aproximar à cada profundidade na crosta, uma velocidade da onda corpórea, tanto P como S. Encontraram-se as descontinuidades das velocidades de ondas corpóreas, sócias ao mofo, a nível dos 32 km de profundidade, valor menor ao encontrado por Franke (1993) para toda a região Oriental e Deltaica de Venezuela (45 km). As velocidades para o limite inferior da crosta terrestre resultaram: 7,49 km/s e 4,05 km/s para as velocidades das ondas P e S, respectivamente.
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Corteza, manto, Moho, ondas corpóreas, corporeal waves, crust, mantle, crosta, manto terrestre, ondas corpóreas.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Montilla y Beauperthuy (2017) o (Montilla y Beauperthuy, 2017) .
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Montilla, A., Beauperthuy, L. D. (2017, agosto). Velocidades de las ondas corpóreas P y S en el límite inferior de la corteza terrestre y la profundidad del Moho para la región nororiental de Venezuela. Geominas 45(73). 101-106.
Introducción
En la aproximación de una superficie plana, un perfil de velocidades de las ondas corpóreas (ondas P y ondas S) a distintas profundidades consiste en una estructura de cierto número de capas horizontales una sobre la otra, cada una con su espesor y con su velocidad para las ondas corpóreas.
Existen diversos métodos para obtener la información de la estructura real de velocidades: sísmica de reflexión o sísmica de refracción usando fuentes sísmicas naturales o artificiales y un sistema de geófono de registro, y la técnica de inversión de Herglotz-Wiechert aplicada a la curva camino-tiempo asociada a la data sísmica proveniente de fuentes naturales y/o artificiales (Herglotz, 1907; Wiechert, 1910; Aki y Richards, 1980; Lay y Wallace, 1995; Shearer, 1999).
Parte importante de un modelo de corteza local es la ubicación de su límite inferior, donde contacta con el manto. Esta interfase se conoce como discontinuidad de Mohorovicic (el Moho), en ella se produce una discontinuidad de las velocidades de las ondas sísmicas corpóreas P (primarias) y S (secundarias), fue descubierta en el año 1909 por Andrés Mohorovicic (Udías y Mézcua, 1997).
En este trabajo utilizamos la inversión de Herglotz-Wiechert en la curva camino-tiempo obtenida de la data de los boletines de CSUDO (1998-2001) y del Boletín Sismológico Nacional de FUNVISIS (1998-2005), para evaluar un perfil continuo unidimensional de velocidades en la corteza debajo de la región que cubre la red sismológica de CSUDO y determinar la profundidad del Moho y las velocidades de las ondas corpóreas (P y S) en el límite inferior de corteza terrestre en la región nororiental de Venezuela.
Datos utilizados
En el presente trabajo se utilizaron 1.992 fases de ondas P y 1.726 fases de ondas S producidas por 546 eventos sísmicos ocurridos en la región nororiental de Venezuela (figura 1, tabla I) y reportados en el Boletín Sismológico de CSUDO (1998-2001) y en el Boletín Sismológico Nacional de FUNVISIS (1998-2005), y registrados, respectivamente, por 9 sensores de la red sismológica de CSUDO y 40 sensores de la red nacional de FUNVISIS, se utilizaron registros de 3 estaciones sismológicas pertenecientes al Seismic Research Unit of the West Indies (Trinidad y Tobago) (figura 2), para obtener información hasta el manto superior. Debido a que la inversión de Herglotz-Wiechert requiere que los dos extremos del rayo sísmico (foco y estación) estén, aproximadamente, a un mismo nivel (la superficie terrestre), se consideraron sólo los registros de estaciones con distancias epicentrales X, iguales o mayores que 10 veces la profundidad del evento sísmico. Se tomó para cada evento su tiempo origen (Ho), así como su distancia epicentral (X) a cada estación que lo registró, y las horas de llegada a las estaciones, de las fases P y S (Hp y Hs, respectivamente, un ejemplo de este proceso se muestra en la tabla I.
Figura 1. Mapa geográfico de la región nororiental e insular de Venezuela donde se muestra la ubicación de los eventos sísmicos.
Tabla I. Ejemplo de la distribución de la base de datos de los eventos sísmicos utilizados en este trabajo.
Figura 2. Mapa geográfico de Venezuela donde se señala la ubicación de las estaciones sismológicas usadas en este estudio (CSUDO, FUNVISIS y Seismic Research Unit of the West Indies (Trinidad and Tobago).
Construcción de las curvas camino-tiempo
Las curvas camino-tiempo se obtienen graficando los tiempos de viaje Tp = Hp - Ho y Ts = Hs - Ho de las ondas P y S, respectivamente (tabla I), donde Hp y Hs son las horas de llegada de las fases P y S a cada estación que lo registró y Ho representa el tiempo origen de cada evento, cuyas señales se transmiten desde el foco hasta cada una de las estaciones de la red, contra la distancia epicentral. Estos valores de distancia X y su correspondiente tiempo de viaje (Tp o Ts), se obtienen mediante el análisis de los sismogramas aportados por las estaciones sismológicas que registran las ondas sísmicas.
Parámetro del rayo e inversión de Herglotz-Wiechert
Para obtener el parámetro del rayo como función de la distancia epicentral pp(X) y ps(X) para las ondas P y ondas S, respectivamente, se aproximaron las derivadas de las curvas camino-tiempo Tp(X) para las ondas P y Ts(X) para las ondas S, aplicando regresión lineal a ventanas sucesivas de 40 km de ancho cada una, con un paso de 5 km entre los centros de 2 ventanas contiguas. Empleando el teorema de valor medio, se asignó como valor de pi en el centro de Xi de cada ventana, la pendiente que se encuentra con regresión lineal a la misma (curva p(X)). Para evaluar el límite superior de la integral de Herglotz-Wiechetr, representada en la ecuación 1 (Aki y Richards, 1980), se ajustó por mínimos cuadrados a cada sección de la curva p(X), cuyas series de puntos obtenidos tienen cierto comportamiento lineal. Se fijan entonces valores sucesivos decrecientes para c-1 a partir de un máximo c-1(max) = p(0) (en la superficie), para la onda P y para la onda S, y para cada uno de esos valores, se evalúa la integral (1), para determinar el perfil de velocidad-profundidad.
Resultados
Una vez construidas las curvas camino-tiempo para las ondas P (longitudinales) y S (transversales), Tp(x) y Ts(X), respectivamente (figura 3), se puede visualizar que para ambas curvas las pendientes parecen disminuir en forma continua en el intervalo de distancias
epicentrales 0 < X <162 km; sólo se aprecia una discontinuidad significativa de las pendientes, aproximadamente, a nivel de X = 162 km, como se muestra en la figura 3, asociada con las refracciones en la interfase corteza-manto superior (el Moho), y donde estas pendientes cambian, el parámetro del rayo para las ondas P, desde pp = 0,1336 s/km en la corteza inferior, a pp = 0,1203 s/km en el manto superior (figura 4), los cuales se corresponden con los siguientes cambios en las velocidades de la onda P (α) desde α = 7,49 km/s en la base de la corteza a α = 8,31 km/s en el manto superior (figura 5). Similarmente en la curva camino-tiempo para las ondas S, se puede visualizar un cambio en el parámetro del rayo desde ps = 0,2471 s/km en la corteza inferior, a ps = 0,2094 s/km en el manto superior (figura 4), correspondiéndose con los siguientes cambios de velocidad para la onda S (ẞ) desde β = 4,05 km/s en la base de la corteza, a β = 4,78 km/s en el manto superior (figura 5). El valor de la velocidad de la onda P encontrada para el manto es compatible con la velocidad media global reconocida de onda P en el manto superior que es 8,09 ± 0,20 km/s (Christensen y Money, 1995).
Figura 3. Curvas camino-tiempo de las ondas P y S, señalando la discontinuidad en las pendientes, asociadas a las refracciones de los rayos al cruzar la interfase corteza-manto (el Moho).
Figura 4. Parámetros de los rayos P y S, señalando las discontinuidades producidas por las refracciones en el Moho.
Figura 5. Perfiles de velocidades de las ondas P y S en función de la profundidad, se indica la discontinuidad del Moho según cada perfil.
Para determinar la estructura (perfil) de velocidad se aplicó la ecuación (1) a las curvas pp(X) y ps(X) con los valores de α-1y β-1 (figura 4), se fijaron entonces valores sucesivos decrecientes para c-1 a partir de un máximo c1(max) = p(0) (en la superficie), y para cada uno de estos valores se determinó las profundidades z asociadas a cada velocidad.
Las discontinuidades de las velocidades de ondas corpóreas, asociadas al Moho, se encontraron a nivel de los 32 km de profundidad (figura 5). Los valores de las velocidades de las ondas corpóreas obtenidas en el límite inferior de la corteza (7,49 km/s y 4,05 km/s, respectivamente, para las velocidades P y S), confirman con poca diferencia los encontrados por Beauperthuy (2005) para la zona Norte del Oriente del país, utilizando solamente la data aportada por los eventos sísmicos secundarios del sismo de Cariaco de 1997, correspondientes al período julio-diciembre de 1997: 7,04 km/s y 3,84 km/s, respectivamente, para las velocidades de las ondas P y S en el manto superior y 35 km de profundidad para el Moho.
Conclusiones
La discontinuidad de Mohorovicic (el Moho) se ubicó a los 32 km de profundidad para la región nororiental de Venezuela, valor menor al encontrado por Franke (1993) para toda la región Oriental y Deltana de Venezuela (45 km), y que es la profundidad que actualmente usa el Centro de Sismología de la Universidad de Oriente en el modelo de corteza, para la interpretación de sismograma.
Se obtuvieron 7,49 km/s y 4,05 km/s para las velocidades de las ondas P y S en límite inferior de la corteza y para el manto superior 8,31 km/s y 4,78 km/s para las velocidades de las ondas P y S, respectivamente.
Agradecimientos
Queremos expresar nuestro más sincero agradecimiento a la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS), muy especialmente en la persona de Gloria Romero, por facilitar la data requerida (FUNVISIS, 1998- 2005). A Claudio Marchan, encargado del área de Sistema de Información Geográfica (S.I.G.) del Centro de Sismología de la Universidad de Oriente, por su valiosa colaboración en el diseño y elaboración de los mapas.
Referencias bibliográficas
Aki, K. y P. G. Richards (1980). Quantitative Seismology, Theory and Methods. W. H. Freeman and Company, San Francisco, USA, pp. 568-576, 641-659.
Beauperthuy, L. D. (2005). Modelo Unidimensional Continuo de Corteza por Inversión de Herglotz - Wiechert para la región Nororiental de Venezuela. SABER 17(1); 48-55.
CSUDO (1998, 1999, 2000, 2001). Boletín Sismológico Nororiental, Centro de Sismología Universidad de Oriente, Venezuela.
Franke, M., E. Gajardo, and A. Villaseñor (1993). Results from 3D tomography in northeast Venezuela. Caribbean Conference on Natural Hazards: volcanoes, earthquakes, windstorms, floods. Trinidad, pp. 77-91.
FUNVISIS (1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005). Boletín Sismológico Nacional, Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas, Venezuela.
Herglotz, G. (1907). Über das Benndorf'sche Problem der Fortpflanzungsgeschwindig- keit der Erdbebenstrahlen. Physikal. Zeitschr., Bd. 8, 145-147.
Lay T. and T. C. Wallace (1985). Modern Global Seysmology, Academic press, New York, London, Toronto, Sydney, San Francisco. pp 238-249.
Shearer P. M. (1999). Introduction to Seismology, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdo. pp 64-75, 36- 41.
Udías A. y J. Mézcua (1997). Fundamentos de Sismología. Colección Textos Universitarios, UCA EDITORES, Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, San Salvador, El Salvador, C.A. pp. 49- 50.
Wiechert E. (1910). Bestimmung des Weges von Erdbebenwellen. I. Theoretisches. Phys. Z., 11, 294-304.
The author(s) declare(s) that she/he/they has/have no conflict of interest related to hers/his/their publication(s), furthermore, the research reported in the article was carried out following ethical standards, likewise, the data used in the studies can be requested from the author(s), in the same way, all authors have contributed equally to this work, finally, we have read and understood the Declaration of Ethics and Malpractices.
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