Origen, clasificación y análisis de las señales sismo-volcánicas. - Otras clasificaciones

Indice del artículo
Origen, clasificación y análisis de las señales sismo-volcánicas.
Clasificación de Latter
Clasificación de Ibañez
Otras clasificaciones
Importancia del análisis espectral de señales sísmicas volcánicas
Material bibliográfico sobre sismología volcánica
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5. Otras clasificaciones

En algunas zonas, como el volcán Galeras aparecen unos eventos que espectralmente podrían ser clasificados como eventos de período largo, pero algunos autores, entre ellos Gomez & Torres (1997) y Narváez et al (1997), aludiendo a su forma de onda, creen que estos eventos merecen su propia clasificación. Estos eventos han recibido el nombre de sismos “tornillo”.

5.1 Sismos Tornillo

Los denominados sismos tornillo son un tipo particular de eventos sísmicos de periodo largo registrado en volcanes andesíticos, como es el caso del volcán Galeras. Autores como: Torres R. & Gómez D. (2002), y otros, señalan que estos eventos han precedido la mayoría de erupciones y emisiones de gas del volcán Galeras, desde julio de 1992 hasta enero de 1995.

Los tornillos han aparecido durante diferentes fases de actividad volcánica. Ellos han ocurrido como precursores a corto plazo de erupciones de tipo Vulcaniano o de grandes emisiones de gas (volcán Galeras, Colombia, 1992-1993; volcán Asama, Japón, 1983), después de erupciones (volcán Tokachi, Japón, 1989), durante enjambres sísmicos (volcán Meakan, Japón, 1982); y durante estados de reposo (volcán Puracé, Colombia, 1994-1995; volcán Tarumi, Japón, 1970-1971, 1975; volcanes Ubinas y Misti, Perú, 1998, 2000) (Torres et al., 1996; Gómez & Torres, 1997; Metaxian, 1998; Llerena, 2003). Estos eventos se han presentado individualmente y como enjambres.

A continuación, se describen las principales características de los sismos tornillo, registrados en diferentes volcanes (Torres et al., 2002):

 

  • La forma de onda es cuasi-sinusoidal, con un decaimiento exponencial relativamente lento de las amplitudes de la señal. Se presenta en los registros con largas duraciones en comparación con las amplitudes.
  • El contenido espectral de esta señal es cuasi-monocromático resaltando uno o a lo sumo unos pocos picos espectrales agudos. El espectrograma muestra básicamente que el contenido de energía se concentra en una banda de frecuencias estrecha y constante en el tiempo a lo largo de la señal.
  • Las frecuencias dominantes no son afectadas por la distancia epicentral o por el acimut, lo que indica un efecto de fuente. Los picos frecuenciales son, en la mayoría de los casos, diferentes entre volcanes, (Gómez & Torres, 1997).
  • Algunos eventos muestran modulación de la amplitud. Normalmente, sus inicios son emergentes, y de vez en cuando algunos eventos tienen llegadas de fases ligeramente impulsivas.

 

MODELOS DE FUENTES SÍSMICAS VOLCÁNICAS

Los eventos sísmicos descritos en las secciones anteriores pueden ser agrupados en dos familias generales: Los sismos volcano-tectónicos y los sismos volcánicos. Los tremores forman parte de esta segunda familia. Los sismos volcano-tectónicos son el producto de mecanismos instantáneos en medios frágiles, mientras que los sismos volcánicos están asociados a mecanismos más lentos, donde intervienen medios fluidos: agua, gas,  y/o magma, (Metaxian, 1994).

Ibáñez & Carmona (2000), hacen una breve descripción de los diferentes modelos de fuentes más aceptados para cada una de las clasificaciones anteriores, basándose en los criterios de Chouet et al. (1986, 1988 y 1996), Schick (1992) y otros. A continuación se resume las consideraciones de  tales modelos de fuente:

Modelo de fuente de sismos volcano-tectónicos

El modelo mecánico de origen de los sismos producidos en medios elásticos es ampliamente aceptado: los esfuerzos (y deformaciones elásticas resultantes) se acumulan en una determinada región hasta que se supera el límite de resistencia del material, es entonces que se produce una fractura con movimiento súbito relativo de sus dos partes y se producen ondas sísmicas que se propagan en todas direcciones.

Ahora bien, en una zona volcánica la incógnita es saber, ¿cual sería el origen de esta acumulación de esfuerzos?. Se pueden considerar dos causas de la acumulación de esfuerzos a) debido a la transmisión de energía elástica como producto de una dinámica de la tectónica regional y b) por transmisión de energía elástica debido a la interacción con la dinámica de fluidos que están presentes en el sistema volcánico. La identificación del o de los procesos causales es muy importante porque va a permitir explicar si el origen de la sismicidad detectada es puramente tectónico, si está relacionado con la dinámica interna del volcán, o si es la combinación de ambos.

1. Modelo de fuente de sismos de periodo largo

Muchos ejemplos establecieron ya una relación entre la ocurrencia de sismos LP y erupciones volcánicas, tales como: volcán Asama, Japón (1958 y 1983), volcán El Chichon, México (1982), el volcán Rebout, Alaska (1989-1990), volcán Pinatubo, Filipinas (1991), (Chouet et al., 1994; Ibáñez & Carmona, 2000).

En un principio, muchos eventos de periodo largo eran clasificados como eventos de tipo B. Se les definió como eventos sísmicos muy superficiales y se pensaba que su contenido espectral observado se explicaba por los efectos de atenuación y la respuesta de sitio. Sin embargo, para varios volcanes se ha observado que en una misma zona, con el mismo instrumento y las mismas condiciones geológicas, aparecen diversos LP con diferente contenido espectral (Chouet, 1996; Ibáñez & Carmona, 2000).

Estudios recientes (Aki et al, 1981; Chouet, 1986, 1988, 1996, Nakano et al, 1998) proponen un nuevo modelo de fuente que se relaciona con la dinámica de fluidos existentes al interior de un volcán y pueden explicar el espectro de frecuencias observado. El reciente modelo de Chouet (1986, 1988 y 1996), es un “modelo de fracturas controladas por fluidos”. Según este modelo, los sismos de período largo se generan por resonancias en fracturas cerradas en sus extremos y rellenas de fluidos volcánicos (agua o magma) con un cierto nivel de gas disuelto en los fluidos, en donde ocurre un brusco y transitorio cambio de presión. Este transitorio de presión origina una perturbación que se propaga a lo largo de las fractura transmitiendo energía desde el fluido al entorno sólido que lo enclaustra, generando así las ondas sísmicas.

La frecuencia principal (pico espectral) y su anchura, proveen información acerca del tamaño de la fractura o cavidad que ha entrado en resonancia, así como del tipo de fluido (agua o magma) que la rellena (Nakano et al, 1998).

Una interpretación de estas señales, basándose en el modelo de Chouet (1996) ha permitido predecir la ocurrencia de erupciones explosivas en función de la evolución espacio-temporal de los sismos volcánicos de período largo (Ibáñez & Carmona, 2000). El asunto fundamental es determinar cuál es el fluido que rellena la fractura (agua o magma) y su contenido en gas, así como la evolución espacio-temporal y energética de la fuente.

2. Modelo de fuente de sismos híbridos

Las señales que presentan un inicio con altas frecuencias seguido de LPs, se conocen como híbridos. Estas vienen a ser entonces la suma de las formas de ondas de los sismos volcano-tectónicos y de los de período largo que ocurren en la misma región y simultáneamente. El modelo correspondería a una región fuente (una fractura) sellada y sometida a la presión de los fluidos volcánicos, en donde el aumento de presión de los fluidos lleva a la ruptura de la zona, produciéndose así el sismo (señal a altas frecuencias); inmediatamente esta fractura es rellenada de fluidos y resuena, produciendo así una señal monocromática en bajas frecuencias (señal LP).

En resumen, este modelo asume que existe una presión ejercida por los fluidos que rompe la región (fractura) y parte de estos fluidos se inyectan en la zona fracturada.

3. Modelo de fuente generadora de tremores volcánicos

Los tremores volcánicos son las señales sísmicas que más se han registrado en los ambientes volcánicos. Debido a la gran variedad de las formas de onda de estos eventos, se han propuesto una gran variedad de modelos de fuentes sísmicas. Sin embargo, la ausencia de fases sísmicas, que permitan la localización espacial de la fuente y su posible evolución, han limitado de manera importante el estudio de sus modelos de fuente.

La complejidad espectral de estos eventos requiere considerar también múltiples modelos de fuente concordantes con la clase de fenómenos.

Tremores con frecuencias altas (>6 Hz) son asociados a avalanchas, caídas de rocas o fuertes desgasificaciones en cráteres.

Tremores con frecuencias bajas (alrededor de 0.5 Hz), están asociados directamente al transporte de masa (básicamente magma), a oscilaciones en la cámara magmática, o hasta la resonancia de tipo “tubo de órgano” ocurrido en grandes conductos.

Finalmente, los tremores con frecuencias intermedias (entre 1 y 6 Hz), son los más frecuentes y para los cuales existen un gran número de modelos, y a su vez, el mayor desconocimiento, (Schick, 1992). Algunos modelos se han basado en desgasificaciones, fluctuaciones del gas, resonancias de conductos, etc. Los modelos de resonancia en conductos abiertos se han ido complicando según las estructuras de los edificios volcánicos, y aunque son capaces de explicar numerosos episodios de tremor, a veces no pueden integrar datos sobre la reología de los fluidos y su dinámica (Ibáñez & Carmona, 2000).

Algunos resultados actuales que integran observaciones de tremor y LP muestran evidencias de que algunos tremores de algunas regiones volcánicas son la suma temporal de LP, (Almendros et al, 1997). En este caso, los posibles mecanismos generadores de tremores serían los mismos que generan a los LP, pero donde los fenómenos transitorios de presión son continuos en el tiempo y abarcan una región más extensa (Ibañez & Carmona, 2000).

 


 



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