Detection and study of a high magnitude seismic event from GPS data: Case study of the 2011 Tohoku-Oki earthquake

Detección y estudio de un evento sísmico de gran magnitud a partir de datos GPS: Caso de estudio del terremoto Tohoku-Oki de 2011

La aparición del GPS proporcionó una nueva forma de medir los desplazamientos en superficie debidos a los terremotos mediante el despliegue de redes de GPS en zonas sísmicas activas. Japón está situado en la confluencia de varias placas tectónicas, de ahí su sismicidad. Para vigilar esta actividad, se desplegó una de las redes de GPS más amplias del mundo, i.e., GEONET. Al procesar los datos de 93 estaciones de referencia de GEONET, analizamos el terremoto de Tohoku-Oki de 2011 utilizando la estrategia PPP. Estudiamos las series temporales generadas durante el evento estableciendo un valor umbral en el que consideramos que las series temporales están siendo alteradas por el terremoto. También identificamos el momento posterior al suceso en el que se producen los máximos desplazamientos. Con el estudio de estos dos parámetros, pretendemos mostrar su diferente comportamiento a medida que la sacudida principal se propaga a lo largo de las islas de Japón, con el objetivo de comprender mejor el terremoto y su propagación. Para ello, se utilizó un método de ajuste de mínimos cuadrados para relacionar la distancia epicentral con los desplazamientos topocéntricos y el tiempo de detección con la distancia epicentral. Los resultados muestran un comportamiento exponencial de la regresión distancia-desplazamiento frente a un comportamiento lineal de la regresión distancia-tiempo. Además, utilizamos la primera regresión lineal para calcular y aproximar la velocidad de las ondas de choque.

1. Introducción

Inicialmente, los sistemas GNSS y las redes de estaciones permanentes se utilizaban para crear series temporales, a partir de las cuales se extraían las velocidades de las estaciones que componen las redes geodésicas, permitiendo así la creación de un modelo de deformación que posibilita el estudio de la geodinámica del área cubierta (Feigl et al., 1993; Freymueller et al., 1993).  Para este tipo de estudios, basta con un diezmado de 30 o incluso 300 segundos, ya que las series temporales se crean a partir de varios años de observaciones (Members BIFROST Project, 1996). La aplicación de técnicas geomáticas también se ha extendido a otros campos como la hidrología con resultados satisfactorios (Arab Amiri & Gocic, 2021; Arab Amiri & Gocic, 2021; Gocic & Arab Amiri, 2021).

El desarrollo de los receptores GNSS permitió grandes frecuencias de muestreo (1 Hz o más).  Por otro lado, también mejoró la calidad de los productos precisos (Bock et al., 2009; Altamimi et al., 2007) (es decir, correcciones de los estados del reloj de los satélites, órbitas, etc...). Esta mejora en los productos precisos se materializa en la evolución de las técnicas de procesamiento, permitiendo mejores estimaciones cercanas al procesamiento en tiempo casi real (Colosimo et al., 2011). Tal evolución permite el uso de modelos convencionales para el análisis de los datos GNSS generados por las estaciones durante eventos sísmicos (Ge, 1999; Ge et al., 2000; Hirahara et al., 1994; Larson, 2009), donde se obtienen grandes desplazamientos en cortos intervalos de tiempo, circunstancia típica durante un terremoto de gran magnitud.