Aplicación de la sismología al estudio y detección de aludes de nieve.

Resumen

El objeto de estudio de esta tesis son los registros sísmicos generados por aludes de nieve. Los objetivos principales son dos: caracterizar las señales sísmicas generadas por aludes de nieve con el fin de utilizar la sísmica como sistema de detección automático y obtener más información sobre el fenómeno del alud mediante el estudio de las señales sísmicas que genera. Los resultados de este trabajo se basan en una colección de datos experimentales, 95 registros sísmicos generados por 52 aludes de nieve diferentes, adquiridos desde el año 1996 hasta el presente, 2003. Los registros se han realizado en los valles de Boí Taüll y Núria (Pirineos catalanes) y en Vallée de La Sionne (Alpes suizos). Las señales se han caracterizado en el dominio del tiempo, el dominio de la frecuencia y el dominio tiempo-frecuencia. En el dominio del tiempo se calculan las amplitudes máximas registradas y la duración temporal de las señales. En el dominio de las frecuencias se estudia el contenido frecuencial dominante de la señal. En el dominio tiempo-frecuencia se estudia la evolución temporal del contenido frecuencial de la señal. Por otra parte se estudian las características de los aludes de nieve (dimensión, tipo de flujo, velocidad, etc.). Las SSA (señal sísmica generada por alud de nieve) dependen del lugar en el que son registradas, de la dimensión del alud, del tipo de flujo y del canal por el que se desarrollan. A pesar de esta variabilidad se observan envolventes similares en aludes del mismo tipo de flujo, dimensión, con trayectorias similares y registrados en el mismo emplazamiento. SSA generadas por un mismo alud varían significativamente en el dominio temporal según donde se registren dependiendo de: la posición relativa entre el sensor y el alud, la distancia entre sensor y alud y las características sísmicas del emplazamiento. Las SSA están condicionadas por la dimensión y el tipo de flujo del alud. Las máximas amplitudes y la duración temporal de las SSA son proporcionales a las dimensiones del alud. Considerando aludes registrados a las mismas distancias y de similares dimensiones, los aludes de flujo y nieve húmeda generan mayores amplitudes que los aludes mixtos. Los aludes aerosol son los que generan SSA de menor amplitud. Las SSA de mayor duración son generadas por aludes de flujo y nieve húmeda. El estudio del contenido frecuencial total corrobora la dependencia de las SSA con el emplazamiento en el que se registran. Las señales registradas por sensores situados dentro de la trayectoria del alud contienen frecuencias hasta 45 Hz. Las SSA registradas por sensores situados fuera de la trayectoria del alud contienen frecuencias hasta 20 Hz. La mayoría de SSA tienen espectros de Fourier cuyas amplitudes decrecen significativamente en frecuencias inferiores a 2 Hz. A lo largo de esta tesis hemos interpretado el alud como un conjunto de múltiples fuentes sísmicas en movimiento. La variación de la distancia fuentes-sensor a lo largo del registro genera una señal cuyo contenido frecuencial no es constante si no que tiene una evolución característica. A medida que el alud se aproxima al sensor el contenido en altas frecuencias aumenta y se hace máximo a su paso sobre el emplazamiento del sensor. Junto a la caracterización de las señales se presenta una comparación de éstas con las señales generadas por sismos locales, sismos regionales, telesismos, la señal de una explosión y la señal generada por un helicóptero. Los resultados también incluyen la correlación de señales sísmicas con imágenes de vídeo y con datos de radar FMCW. Existe una correlación temporal entre la respuesta sísmica en altas frecuencias (30-50) Hz y la señal del radar FMCW. Estas correlaciones muestran un frente del alud de baja reflectividad en la señal radar que produce fracturas en las capas de nieve del suelo y genera altas respuestas sísmicas del suelo. En las partes posteriores de las señales se observa un flujo de mayor reflectividad en la señal radar y con una dinámica generadora de bajas amplitudes sísmicas.