Propagación de Ondas Sísmicas

Una perturbación elástica en la Tierra se propaga como ondas de cuerpo P y S a través del interior y como ondas de Rayleigh y Love a lo largo de la superficie, refractándose y reflejándose en los límites establecidos por la estructura de velocidad.

Definition

La propagación de ondas sísmicas es la transmisión de energía elástica a través de la Tierra, gobernada por la ecuación de onda, produciendo ondas de cuerpo que viajan a través del interior y ondas superficiales que viajan a lo largo de la superficie libre, cada una refractada, reflejada y atenuada según los módulos elásticos y la densidad del medio.

Scope

Este tema cubre la ecuación de onda elastodinámica y los tipos de ondas que soporta: ondas P de compresión, ondas S de cizallamiento y las ondas superficiales dispersivas de Rayleigh y Love. Trata la reflexión, refracción y conversión de modo en las interfaces, la ley de Snell y la teoría de rayos, la formación de fases sísmicas y curvas de tiempo de viaje, la atenuación y la dispersión geométrica, y la dispersión de ondas superficiales. El enfoque está en cómo las propiedades elásticas del medio controlan la velocidad, la trayectoria y la amplitud de la energía sísmica.

Core questions

• ¿Qué distingue a las ondas P, S, Rayleigh y Love en velocidad, movimiento y trayectoria?
• ¿Cómo surgen la reflexión, la refracción y la conversión de modo en las interfaces de velocidad?
• ¿Por qué las ondas superficiales son dispersivas y qué revela la dispersión sobre la estructura?
• ¿Cómo reducen la atenuación y la dispersión geométrica la amplitud de la onda con la distancia?

Key concepts

• Ondas de cuerpo compresionales (P) y de cizallamiento (S)
• Ondas superficiales de Rayleigh y Love y su dispersión
• Ley de Snell, trayectorias de rayos y curvas de tiempo de viaje
• Reflexión, refracción y conversión de modo en interfaces
• Atenuación sísmica (Q) y dispersión geométrica

Key theories

Ecuación de onda elástica y teoría de rayos

La elastodinámica lineal produce una ecuación de onda cuyas soluciones se separan en ondas de cuerpo P y S; en el límite de alta frecuencia, su energía sigue rayos que obedecen la ley de Snell, lo que permite predecir los tiempos de viaje a partir de un modelo de velocidad.

Dispersión de ondas superficiales

Dado que las ondas de Rayleigh y Love muestrean la profundidad en función de la frecuencia, los componentes de período más largo viajan más rápido, produciendo una dispersión característica cuya inversión restringe el perfil de profundidad de la velocidad sísmica.

Mechanisms

El estrés aplicado a un sólido elástico produce deformaciones volumétricas y de cizallamiento que se propagan como ondas P y S, respectivamente; en un límite donde cambia la impedancia, la energía se divide en ondas reflejadas y transmitidas, posiblemente con conversión de modo, mientras que la superficie libre y la estratificación atrapan la energía en ondas superficiales guiadas cuyas velocidades de fase y grupo dependen del período.

Clinical relevance

Comprender la propagación de ondas es esencial para localizar terremotos, predecir cómo variará el temblor en una región y diseñar los estudios sísmicos utilizados para obtener imágenes del subsuelo en investigaciones de agua, energía y estudios de ingeniería.

History

Rayleigh predijo las ondas superficiales en un semiespacio elástico en 1885 y Love explicó las ondas superficiales polarizadas horizontalmente en 1911; la instrumentación del siglo XX y el marco cuantitativo codificado por Aki y Richards convirtieron la propagación de ondas en una herramienta precisa tanto para estudios de fuentes como de estructuras.

Key figures

• Lord Rayleigh
• Augustus Edward Hough Love
• Keiiti Aki

Seminal works

• akirichards2002
• shearer2009
• steinwysession2003

Frequently asked questions

¿Por qué las ondas P siempre llegan antes que las ondas S?

Las ondas P son compresionales y viajan más rápido que las ondas S de cizallamiento en el mismo material, por lo que llegan primero a un sismómetro; la creciente brecha entre las llegadas de las ondas P y S con la distancia se utiliza para estimar la distancia a la que ocurrió un terremoto.

¿Por qué las ondas superficiales suelen ser las más dañinas?

Las ondas superficiales están confinadas cerca de la superficie, por lo que su energía se propaga en dos dimensiones en lugar de tres y se atenúa más lentamente con la distancia; combinado con sus largos períodos, esto a menudo las convierte en las llegadas de mayor amplitud en el suelo.