Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han creado un nuevo modelo de tomografía de forma de onda adjunta que simula con mayor precisión los movimientos del suelo de terremotos y explosiones.
por Anne M Stark, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
El artículo, publicado en el Journal of Geophysical Research: Solid Earth , fue seleccionado para Destacado del editor.
La tomografía sísmica es un método para estimar las propiedades del material sísmico tridimensional (3D) inaccesible de la Tierra, específicamente las velocidades de las variaciones de composición y temperatura relacionadas con las ondas de compresión y de corte. Proporciona imágenes de estructuras 3D que se relacionan con procesos de tectónica de placas, así como modelos para representar mejor la propagación de ondas sísmicas a través de la compleja estructura de la Tierra.
A diferencia de los modelos típicos de tomografía sísmica, este modelo utiliza simulaciones de propagación de ondas completamente tridimensionales para calcular la sensibilidad de los sismogramas observados a la estructura de la Tierra, lo que permite simulaciones más precisas y mejores estimaciones de las propiedades de la fuente sísmica.
En la nueva investigación, los científicos crearon un nuevo modelo de la estructura sísmica 3D para los 400 km superiores de la Tierra en el oeste de los Estados Unidos utilizando tomografía de forma de onda adjunta (AWT). El modelo se produce mediante un proceso de inversión de forma de onda computacionalmente intensivo que actualiza el modelo del subsuelo para mejorar la coincidencia con los sismogramas observados. Para triangular las características en el modelo, AWT también requiere muchos datos, lo que requiere muchos sismogramas que cruzan la región objetivo.
El equipo, compuesto por científicos del Programa de Monitoreo Geofísico (GMP) de LLNL e investigadores de Mondaic, una pequeña empresa de incubadoras del Instituto Federal de Tecnología de Suiza, utilizó más de 60 000 simulaciones de HPC en la supercomputadora Lassen de LLNL para ejecutar 256 iteraciones de modelos. para 72 terremotos para adaptarse a casi 100.000 sismogramas.
«Si bien existen otros modelos del oeste de los EE. UU., este modelo es único porque se basa en muchas más iteraciones de inversión que los modelos anteriores y proporciona ajustes mucho mejores a los sismogramas registrados», dijo el científico del LLNL Artie Rodgers, autor principal del artículo. «También puede proporcionar estimaciones más precisas de las características de la fuente sísmica al eliminar la distorsión debida a la estructura desconocida de la Tierra en 3D en modelos anteriores».
Los investigadores descubrieron que la estructura sísmica se compone de variaciones 3D en las velocidades y la densidad de las ondas sísmicas de compresión y corte, y que las ondas polarizadas horizontal y verticalmente tienen diferentes velocidades.
Si bien muchos estudios de tomografía sísmica se centran en la obtención de imágenes de la estructura del subsuelo, la motivación principal en el nuevo trabajo fue el desarrollo de un modelo 3D para ajustes de forma de onda mejorados de períodos de 20 a 120 segundos después de un movimiento de la Tierra.
«Produjimos una estructura 3D más detallada de la corteza y el manto superior con el fin de mejorar las capacidades predictivas de las simulaciones de forma de onda 3D para aplicaciones tales como la caracterización de fuentes y/o simulaciones de movimiento del suelo de terremotos de largo período «, dijo Rodgers. «Los ajustes de forma de onda son notablemente mejores con nuestro modelo final en comparación con modelos anteriores de la misma región».
Los métodos de monitoreo de explosiones nucleares pueden beneficiarse de modelos 3D que pueden simular con precisión formas de onda de período corto (20 s), que se ven fuertemente afectadas por la estructura de la corteza y el manto superior. De manera similar, los estudios de peligro y riesgo de movimiento del suelo sísmico requieren simulaciones de formas de onda de período mucho más corto (menos de 5 a 10 s) que las que se encuentran en el nuevo modelo. Sin embargo, Rodgers dijo que la estructura a gran escala primero debe ajustarse a los datos de período más largo antes de profundizar en las olas de período más corto. Se está trabajando para resolver la estructura a escala más fina.
Este nuevo método permite que LLNL explote más información de forma de onda sísmica para respaldar el monitoreo nacional e internacional de pruebas nucleares. La estudiante graduada de UC Berkeley Claire Doody y los científicos de LLNL Andrea Chiang y Nathan Simmons también contribuyeron a la investigación.
Más información: A. Rodgers et al, WUS256: un modelo de tomografía de forma de onda adjunta de la corteza y el manto superior del oeste de los Estados Unidos para simulaciones de forma de onda mejoradas, Journal of Geophysical Research: Solid Earth (2022). DOI: 10.1029/2022JB024549
