From 2d to 3d attenuation tomography in volcanoesthe study of Tenerife (Canary islands) and Deception island (Antarctica)

Resumen

La estructura interna de los volcanes suele estudiarse principalmente mediante la tomografía sísmica en velocidad y/o atenuación. Este tipo de análisis estudian la propagación de las ondas sísmicas y realizan procedimientos de inversión para la velocidad de las ondas o los parámetros de atenuación a lo largo del trazado del rayo entre la estación y la fuente. Cuando la distribución de estos trazados de rayo es suficientemente homogénea, estos procedimientos proporcionan una ¿imagen¿ de la distribución de la velocidad (y/o de los coeficientes de atenuación). Las imágenes tomográficas de velocidad muestran que los volcanes son áreas muy heterogéneas, que se identifican como fallas, sistemas de diques o cámaras magmáticas. Estas heterogeneidades producen un fenómeno denominado ¿scattering¿ que reduce el flujo de energía de las ondas primarias (atenuación por scattering). La energía perdida por las ondas primarias se recupera en la coda en forma de fases secundarias registradas más tarde por la estación. Por tanto, existen dos mecanismos que provocan la atenuación de las ondas sísmicas: la atenuación intrínseca, que transforma la energía elástica en calor y la atenuación por scattering, que transforma parte de la energía de las ondas primarias en ondas de coda. Cuantificar ambos efectos es crucial para comprender el mecanismo de atenuación. El hecho de poder calcular por separado la contribución de la atenuación intrínseca y del scattering, ayuda a realizar una mejor interpretación de la estructura de las regiones volcánicas. Sin embargo, la separación de ambos efectos no siempre es posible y resulta más fácil la obtención de un valor de atenuación total. Bajo esta hipótesis, en los últimos años se ha utilizado el método de normalización de la coda, utilizado con anterioridad para obtener un valor medio de la atenuación a escala regional, con el objetivo de obtener imágenes tomográficas de atenuación tanto a escala regional como a escala más local como son los volcanes. Recientemente, se ha calculado que el camino libre medio en ambientes volcánicos es al menos tres órdenes de magnitud menor que el estimado para otras regiones. Esta observación implica que el proceso de scattering domina frente a la atenuación intrínseca. Por tanto, el modelo de difusión, el cual es una aproximación de la ecuación de transferencia radiativa, es apropiado para el estudio de los volcanes. En esta tesis, hemos utilizado el modelo de difusión para estimar por separado los efectos de atenuación intrínseca y de scattering en dos regiones volcánicas: la isla de Tenerife, en las Islas Canarias y la Isla Decepción, en la Antártida. La metodología utilizada se ha aplicado a las bases de datos generadas por dos experimentos de sísmica activa realizados en las islas: el experimento TOM-TEIDEVS en Tenerife y el experimento TOMODEC en Decepción. Para cada pareja estación fuente se han calculado dos parámetros, proporcionales a los coeficientes de atenuación intrínseca y de scattering. Además, se ha introducido un nuevo método de representación de los valores de atenuación para obtiener mapas de distribución de los valores de atenuación pesados por una función probabilística con forma de Gaussiana. Puesto que estos mapas probabilísticos son una proyección en superficie del volumen estudiado, se ha querido conocer la estructura tridimensional en atenuación. Con este objetivo, se ha aplicado el método de normalización de la coda a las mismas bases de datos de las regiones estudiadas. El método se basa en relacionar la energía de las ondas primarias y la energía de las ondas de coda, con la distribución espacial del parámetro de atenuación total calculado para cada trazado de rayo entre la estación y la fuente.