Simulación de escenarios sísmicos mediante un sistema de información geográfica para la Península Ibérica, las Islas Baleares y las Islas Canarias, considerando el efecto de sitio y las dimensiones y características de la fuente sísmica

Resumen

En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos en las simulaciones de escenarios sísmicos en la Península Ibérica, las Islas Baleares y las Islas Canarias, para terremotos de alta magnitud (> 4,5), en base a dos aproximaciones diferenciadas a los valores sintéticos realistas de la aceleración sísmica y de la intensidad sísmica. En el cálculo de estos valores, se han considerando tanto las características de la fuente sísmica como la amplificación sísmica del terreno, o efecto de sitio, con diferentes grados de precisión en función del nivel de aproximación. La primera aproximación al cálculo del escenario sísmico de un terremoto considera una fuente sísmica puntual y la capacidad de amplificación sísmica de los materiales aflorantes, expresada en un mapa de amplificación sísmica del territorio. Se ha utilizado la metodología de Borcherdt (1994) para generar un mapa de amplificación de la Península Ibérica y las Islas Baleares y un mapa de amplificación de las Islas Canarias, a partir de la clasificación de las unidades geológicas en 6 clases de emplazamiento caracterizadas por un factor de amplificación para altas frecuencias y un factor de amplificación para bajas frecuencias. En el contexto de la simulación de escenarios en la Península Ibérica y las Islas Baleares, se han seleccionado 5 relaciones de atenuación que permiten calcular la aceleración pico del terreno (Peak Ground Acceleration, PGA). En las Islas Canarias, se han utilizado las PGA registradas por el Instituto Geográfico Nacional (IGN) en la isla de El Hierro en tres crisis sísmicas ocurridas entre 2011 y 2013, como consecuencia del reciente proceso de reactivación volcánica en la isla, con objeto de comprobar el ajuste proporcionado por 13 modelos de atenuación en PGA. Como resultado, se han seleccionado 3 relaciones de atenuación óptimas en función de la magnitud del terremoto y de la escala de trabajo. La simulación de escenarios sísmicos en primera aproximación se ha realizado automáticamente por medio de una herramienta (plugin) de desarrollo del Sistema de Información Geográfica QGIS, para producir mapas de sacudidas con los valores sintéticos realistas de la PGA. Los cálculos realizados con cada modelo de atenuación incorporan el factor de amplificación para altas frecuencias procedente de los mapas de amplificación y, opcionalmente, las aceleraciones máximas horizontales (AMH) registradas (cm/s2) en los acelerómetros con registro para el terremoto en estudio. De acuerdo con la metodología de Wald et al. (1999), la herramienta corrige las AMH observadas al terreno de referencia en el que se expresan las PGA calculadas con la relación de atenuación elegida, y realiza una interpolación conjunta de los valores de AMH y de PGA sintéticas, correspondientes al mismo nivel de referencia. Los valores interpolados son multiplicados por los factores de amplificación del mapa de amplificación, generándose como resultado el mapa de PGA sintéticas que constituye el mapa de sacudidas. Se ha utilizado el plugin para simular los escenarios sísmicos de los terremotos de 11-05-2011 en Lorca y de 31-03-2013 al W de El Hierro, con Mw > 4,5. Utilizando cada modelo de atenuación, se han producido mapas de sacudidas que se han utilizado posteriormente para comprobar la bondad de los valores de la PGA sintética, a partir de su comparación con los registros de AMH disponibles. En ambos casos se observa que, en general, los valores sintéticos de PGA se aproximan a las observaciones de AMH conforme el nivel del movimiento del terreno disminuye hasta valores del orden de 10 cm/s2. En Lorca, se concluye que los modelos de atenuación con una definición de PGA acorde con la definición de la AMH consiguen un ajuste a las observaciones que es sensiblemente mejor que el ajuste proporcionado por el resto de los modelos. En este sentido, para el citado orden de magnitud del movimiento del terreno, se obtienen diferencias menores que 4,9 cm/s2. En un segundo nivel de aproximación, la simulación de escenarios sísmicos se ha realizado por medio de la simulación estocástica de acelerogramas sintéticos, bajo la consideración de una fuente sísmica extensa. Esta simulación, que se ha realizado por medio del algoritmo EXSIM (Motazedian y Atkinson, 2005), requiere un conocimiento más preciso de las características de la atenuación del medio de propagación de las ondas sísmicas y de la amplificación sísmica de las capas más superficiales. La reactivación volcánica ocurrida en la isla de El Hierro ha proporcionado un gran número de registros acelerométricos que permiten la calibración del algoritmo de simulación estocástica. Con objeto de preparar las variables de entrada del mismo, se ha estimado la amplificación sísmica local en 25 emplazamientos distribuidos en la isla, a partir de modelos de velocidad de onda de corte (Vs) en los primeros 30 m de profundidad, obtenidos en cada punto por medio del procesado de medidas de ruido sísmico ambiental por medio del método Refraction Microtremor (ReMi). Además, se ha estimado la atenuación anelástica de la litosfera regional en las Islas Canarias a partir del análisis de las ondas de coda registradas por la red sísmica del IGN, incluyendo los datos digitales proporcionados por las nuevas estaciones de banda ancha desplegadas en las últimas décadas. Como resultado, se ha obtenido la regionalización de los parámetros Q0 y v que expresan la dependencia frecuencial del factor de calidad Q. Por medio del algoritmo EXSIM, se han simulado los acelerogramas sintéticos del terremoto de 31-03-2013 en las dos estaciones acelerométricas de El Hierro que obtuvieron registro para este terremoto. El ajuste de los espectros de respuesta en pseudoaceleración simulados a los espectros observados en las estaciones ha permitido obtener una función empírica de la amplificación de la corteza para la isla. Esta función se ha implementado en el algoritmo con el fin de calcular el movimiento fuerte en términos de la velocidad máxima del terreno, PGV, en las poblaciones en las que el terremoto ha sido sentido con intensidad EMS-98 superior a II. Por medio de la correlación de Atkinson y Kaka (2007), se han obtenido las intensidades sintéticas en la escala EMS-98 a partir de los valores de PGV. La semejanza encontrada entre estas intensidades y las correspondientes intensidades observadas permite plantear la validez de esta simulación en el cálculo de escenarios sísmicos en El Hierro.