Novel technique to detect seismic signals and its application to map upper mantle discontinuities beneath Iberia
- Autores: Anahi Luciana Bonatto
- Directores de la Tesis: José Morales Soto (dir. tes.), Martin Schimmel (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jesús M. Ibáñez Godoy (presid.), Inmaculada Serrano Bermejo (secret.), Ana María Negredo Moreno (voc.), Jordi Díaz Cusí (voc.), Xiaohui Yuan (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
En este estudio analizamos las discontinuidades de la zona de transición del manto superior a 410 km y 660 km de profundidad a partir de la detección de ondas sísmicas convertidas de P-a-s debajo de la región Ibero-Magrebí. Para este propósito, usamos eventos telesismicos registrados en 259 estaciones de banda ancha desplegadas mayormente por el proyecto TopoIberia. El análisis detallado de las discontinuidades de la zona de transición proporciona información acerca de la temperatura y composición del manto superior a las Profundidades estudiadas. Este estudio añade nuevas restricciones para la mejor comprensión de la compleja y controversial región Ibero-Magrebí.
Las ondas convertidas en las discontinuidades del manto superior llegan en la coda de la onda P junto con otras señales y usualmente son identificadas en los stacks de funciones receptoras. Aquí, construimos una técnica nueva de procesamiento, que se apoya en las funciones receptoras y que se basa en técnicas de correlación cruzada y de stacking para detectar y extraer señales de manera eficiente a partir de su coherencia, lentitud, tiempo de viaje y polaridad. A fin de añadir consistencia y robustez a las detecciones, nuestros resultados finales se basan en el análisis conjunto de las funciones receptoras y dos funcionales diferentes de correlación cruzada. Esto permite evaluar errores y rellenar gaps en las observaciones cuando alguna de las técnicas falla inherente a las características de la señal y el ruido. Finalmente, la profundidad de las discontinuidades se determina utilizando correcciones de tiempo obtenidas a partir de un modelo de velocidades 3D. Así, presentamos mapas topográficos de las discontinuidades 410-km y 660-km, que muestran variaciones en el espesor de la zona de transición debajo del área de estudio.
El espesor de la zona de transición debajo de Iberia central (240-250 km) está dentro del promedio global; la zona de transición es más ancha debajo del oeste de Marruecos (250-275 km), el Mar de Alborán (280-300 km) y el este de España (260-280); y es predominantemente fina debajo del sur de Portugal (220-240 km), el Golfo de Cádiz (220-250 km) y el área del Estrecho de Gibraltar (214 km). La zona de transición más ancha debajo del oeste de Marruecos y el este de España es mayormente debido a que la discontinuidad 660-km se encuentra a mayor profundidad, mientras que la topografía de la discontinuidad 410-km es más suave. Es más, debajo del este de España, se aprecia una leve depresión de la 410. Por otro lado, la profundidad de las discontinuidades está anti-correlacionada debajo del Mar de Alborán. Además, encontramos una correlación espacial entre el vulcanismo anorogénico Neógeno y la topografía de la discontinuidad 410-km. Los resultados se discuten con el fin de añadir nuevas restricciones a la temperatura y composición de las anomalías de velocidad sísmica observadas en la zona de transición debajo de la región Ibero-Magrebí. El ensanchamiento de la zona de transición del orden de 50 km -respecto al valor de referencia- debajo del Mar de Alborán sugiere que la loza de Alborán aún está lo suficientemente fría como para elevar la transformación de fase alfa-beta y para deprimir la post-spinel. De forma similar, creemos que la loza del Tethys debajo de España - estancada en la base de la zona de transición - aún estaría fría y sería responsable de la depresión de la 660, mientras que un proceso de convección de pequeña escala encima de la 660 - activada por deshidratación de la loza- explicaría la depresión de la 410. Por otro lado, la zona de transición más ancha debajo de Marruecos es probablemente de origen composicional. La explicación preferida es que la depresión de la 660 se debe a la transición granate-a-perovskita sumada a un alto contenido de aluminio en el granate. La zona de transición más angosta debajo del Golfo de Cádiz, el Estrecho de Gibraltar y el sur de Portugal es mayormente debido a una 410 más profunda y pensamos que podría estar causada por un manto superior de elevada temperatura, que también ha sido inferido en imágenes tomográficas recientemente publicadas.
Adicionalmente, determinamos el espesor de las discontinuidades 410-km y 660-km e investigamos su variación espacial. Este análisis, ha mostrado que ambas discontinuidades presentan variaciones espaciales en su espesor. En particular, la 660 es más ancha debajo del Mar de Alborán y el sur de España. Este ensanchamiento, podría estar causado por la combinación de gradientes de velocidades debido a las transformaciones de fase post-spinel e ilmenita-a-perovskita. Por otro lado, la variación espacial en el espesor de la 410 podría deberse a variaciones en la concentración de agua dentro de la zona de transición debajo del área de estudio.
Bibliografía Ammon, C. J. (1991), The isolation of receiver effects from teleseismic P waveforms, Bull. Seism. Soc. Am., 81, 2504-2510.
Chapman, C. H., Jen-Yi, C., and Lyness, D. G. (1988), The WKBJ seismogram algorithm, Seismological Algorithm. ed. D. Doornbos, London: Academic Press, 341-71.
Clayton, R. W., y R. A. Wiggins (1976), Source shape estimation and deconvolution of teleseismic body waves, J. R. Astr. Soc., 47, 151-177.
Díaz, J., y Gallart, J. (2009), Crustal structure beneath the Iberian Peninsula and surrounding waters: A new compilation of deep seismic sounding results, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 173, 181-190.
Flanagan, M.P., y Shearer, P. M. (1998), Global mapping of topography on transition zone velocity discontinuities by stacking SS precursors, J. Geophys. Res., 103, 2673-2692.
Geller, R, J., y Takeuchi, N. (1995), A new method for computing highly accurate DSM synthetic seismograms, Geophys. J. Int, 123, 449-470.
Gu, Y. J., y Dziewonski, A. M. (2002), Global variability of transition zone thickness, J. Geophys. Res., 107(B7), 2135, doi:10.1029/2001JB000489.
Heit, B., Yuan, X., Bianchi, M., Kind, R., y Gossler, J. (2010), Study of the lithospheric and upper-mantle discontinuities beneath eastern Asia by SS precursors, Geophys. J. Int., 183, 252-266, Doi:10.1111/j.1365-246X.2010.04714.x.
Kawai, K., Takeuchi, N., y Geller, R. J. (2006), Complete synthetic seismograms up to 2 Hz for transversely-isotropic sphericallysymmetric media, Geophys. J. Int., 164, 411-424.
Kennett, B. L. N., y Engdahl, E. R. (1991), Traveltimes for Global Earthquake Location and Phase Identification, Geophys. J. Int., 105, 429-465.
Langston, C. A. (1979), Structure under Mount Rainier, Washington, inferred from teleseismic body waves, J. Geophys. Res., 84, 4749-4762.
Schimmel, M., y Paulssen, H. (1997), Noise reduction and detection of weak, coherent signals through phase-weighted stacks, Geophys. J. Int., 130, 497-505.
Schimmel M. (1999), Phase cross-correlations: design, comparisons and applications, Bull. Seismol. Soc. Am., 89, 1366-1378.
Shearer, P.M. (1991), Constraining on Upper Mantle Discontinuities From Observations of Long-Period Reflected and Converted Phases, J. Geophys. Res., 96, 18147-18182.
