Aragón, Luis E. (2011) Modelado estadístico de fenómenos sísmicos. / Statistical modelling of seismic phenomena. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
En este trabajo modelamos la compleja dinámica de las placas tectónicas mediante un sistema de bloques y resortes sobre un substrato rugoso. Se utiliza un modelo que considera como variables fundamentales a los desplazamientos de los bloques y a las fuerzas de fricción entre los bloques y el substrato. Su dinámica presenta dos escalas de tiempo muy diferentes. Por un lado presenta una evolución cuasiestática que marca una escala de tiempo lenta, donde los bloques se ven influenciados por dos mecanismos: a) existe un carga externa que aumenta uniformemente las fuerzas de fricción de manera constante simulando la carga tectónica de las placas; b) existe una relajación interna que afecta localmente los valores de las fuerzas de fricción de manera de reducir la energía global del sistema. Por otro lado, el sistema presenta numerosas configuraciones de equilibrio mecánico metaestable. Cuando un estado metaestable se desestabiliza, se produce una evolución rápida hasta encontrar un nuevo equilibrio, dando lugar a un evento representativo de los terremotos. Esta dinámica rápida se describe mediante un modelo de autómata celular. Se presentan algunos resultados del modelo previamente introducido, comparándolo con otras versiones del mismo, en particular con el caso sin el mecanismo de relajación interna; siempre teniendo presente la fenomenología de los terremotos. El modelo con relajación reproduce varias de las regularidades observadas en los fenómenos sísmicos: a) la ley de Gutenberg-Richter; b) la ley de Omori; c) el ciclo sísmico; d) el gap sismico; e) decaimiento de la fuerza de fricción con la velocidad; f) deslizamiento del tipo stick-slip en el límite macroscópico. También se tiene en cuenta al modelo desde un punto de vista estadístico, analizando su distribución de tamaños y exponentes que la caracterizan. En particular se busca una respuesta a por qué se cumple la ley de Gutenberg-Richter en el modelo con relajación. Si bien no se encuentra porqué el exponente de decaimiento toma el valor observado experimentalmente, un análisis detallado de la dinámica del modelo permite entender el origen de un aumento en dicho exponente al incluir el mecanismo de relajación. Finalmente, teniendo un modelo razonablemente realista, se buscaron indicadores de correlaciones con el objetivo de estudiar la posibilidad de hacer predicciones de eventos futuros en el modelo. Se encuentra que en ciertas circunstancias, algunos eventos de gran magnitud pueden ser sistemáticamente anticipados. Se enfatiza la posibilidad de implementar el procedimiento encontrado para predecir terremotos reales.
Resumen en inglés
In this thesis we have modeled the complex dynamics of the tectonic plates through a systern of springs and blocks over a corrugated substrate. We use a model that considers the displacements of the blocks and the friction force between the blocks and the substrate as the key variables. Its dynamics presents two different tirnescales. On one hand, there is a slow timescale governed by a cuasistatic evolution where the blocks are influenced by two different mechanisirns: a) there is an external driving that uniformly increases the friction forces at a constant rate simulating the tectonic loading of the plates; b) there is internal relaxation that localy affects the values of the friction forces in order to reduce the global energy of the system. On the other hand, the system presents numerous posible configurations of mechanical metastable equilibrium. When one metastable state is destabilized, the system evolves rapidly until it reaches a new equilibrium, resulting in an event representing an earthquake. This fast dynamics is modeled with a cellular automaton. We present some results of the model previously introduced, comparing it with other versions of the model, in particular, with the case without internal relaxation; always having in mind the earthquake's phenomenology. The model with relaxation reproduces a number of realistic features of seismic phenomena: a) the Gutenberg- Richter law; b) the Ornery law; c) the seismic cycle; d) the seismic gap; e) velocity weakening f) stick-slip motion in the macroscopic limit. ~re also consider the model from a statistical point of view, analyzing its size distribution and characteristic exponents. Specially, we try to understand why does the model with relaxation show the Gutenberg-Richter law. Even though we can not justify why the decaying exponent settles around the experimentaly observed value, a detailed analysis of the dynamics of the model allows us to understand the origin of an increase in the exponent when the relaxation mechanisim is included. Finally, taking into account that we have a resonably realistic model, we search for correlations in the dynamics in order to study the possibility of making predictions of future events in the model. We find that in certain circumstances, some events of great magnitud can be systematically anticipated. We emphasise the possibility of applying the procedure found to predict real earthquakes.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Earthquakes; Terremotos; Computational seismology; Sismología computacional; Prediction; Predicción; Self-organaized systems; Sistemas auto-organizados; Internal relaxation; Relajación interna |
| Materias: | Física > Sismología |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Teoría de sólidos |
| Código ID: | 314 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 19 Abr 2012 15:34 |
| Última Modificación: | 20 Abr 2012 09:02 |
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