Estimación multi-escala de dislocación cuasi-estática: Aplicación al terremoto de Illapel (Mw 8.3) 2015

Abstract

Durante el ciclo sísmico se producen señales de deformación medibles por instrumentos geodésicos y sismológicos en la superficie de la Tierra. De especial interés son los procesos de dislocación en fallas responsables de dichas señales, cuya comprensión es clave para entender mejor los procesos físicos relacionados a la generación de grandes terremotos. Al igual que en muchos problemas en Geofísica, la estimación de dislocación es un problema inverso mal condicionado. Éste se puede abordar desde dos enfoques extremos de inversión: Probabilista (Bayesiano) y Optimal. Dado el elevado costo computacional de la inversión Bayesiana (e.g., métodos de muestreo del tipo MCMC), se exploran mejoras en los métodos optimales de inversión de dislocación cuasi-estática, que permiten obtener soluciones rápidas y que son particularmente útiles para problemas donde se estima un gran número de parámetros, que sobrepasan las capacidades computacionales actuales que requieren los métodos de muestreo. En este trabajo se propone una nueva metodología, que incorpora una parametrización y regularización que considera la variabilidad espacial con la que las observaciones constriñen la dislocación en el contacto sismogénico. Aquí, basada en la calidad de las observaciones y las propiedades del modelo directo, la regularización determina la complejidad con la que se puede resolver la dislocación en cada porción del contacto, estabilizando la solución del problema inverso. Para ello, se definió una representación de la dislocación utilizando funciones base b-splines a múltiples escalas espaciales, donde una combinación lineal de todas ellas define una representación lineal, continua, diferenciable y multi-escala de la dislocación en la superficie del contacto o falla. La metodología propuesta estima un modelo m (las amplitudes de las b-splines), tal que minimiza la cantidad de componentes no nulas de éste (estimación sparse), efectivamente seleccionando una cantidad mínima de funciones base para representar la dislocación y determinando la escala espacial más pequeija que representa la complejidad de ésta. La metodología se aplicó al estudio del terremoto de Illapel (Mw 8.3) de 2015, modelando una porción del contacto de subducción entre las placas oceánica de Nazca y continental Sudamericana para determinar la distribución de deslizamiento, utilizando observaciones de desplazamiento cosísmico (y su incertidumbre) registradas por estaciones GNSS. La metodología propuesta se verificó inicialmente desarrollando pruebas con datos sintéticos, a fin de evaluar la capacidad de recuperar diversas distribuciones de dislocación ya conocidas; y luego se aplicó para la estimación de dislocación cuasi-estática del terremoto de Illapel, comparando los resultados con otros modelos del evento sísmico disponibles en la literatura.