Desarrollo e implementación de un procesado GPS subdiario para el control de deformaciones en áreas volcánicas

Lamolda Ordóñez, Héctor (2017). Desarrollo e implementación de un procesado GPS subdiario para el control de deformaciones en áreas volcánicas. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. en Topografía, Geodesia y Cartografía (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.47970.

Descripción

Título: Desarrollo e implementación de un procesado GPS subdiario para el control de deformaciones en áreas volcánicas
Autor/es:
  • Lamolda Ordóñez, Héctor
Director/es:
  • Bethencourt Fernández, Abelardo
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. en Topografía, Geodesia y Cartografía (UPM)
Departamento: Ingeniería Topográfica y Cartografía [hasta 2014]
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

La actividad volcánica viene precedida habitualmente por incrementos en la sismicidad y en las deformaciones del terreno. Si bien ambas técnicas son comúnmente empleadas en la vigilancia volcánica, su interpretación conjunta no es inmediata y la relación entre ambas no es obvia. Desde julio de 2011 hasta marzo de 2014 se han producido 7 episodios de reactivaciones magmáticas en la Isla de El Hierro, la menor de las Islas Canarias. El principal objetivo de esta tesis es analizar la evolución de la sismicidad y la deformación a lo largo de estas siete reactivaciones magmáticas y tratar de identificar sus características comunes, además de determinar si los momentos en los que se empieza a incrementar la actividad sísmica y las deformaciones son simultáneos. Para ello ha sido necesario desarrollar e implementar en la unidad de vigilancia volcánica del Instituto Geográfico Nacional un procesado subdiario GPS especialmente aplicado al caso de la erupción submarina de El Hierro en 2011-2012 y sus sucesivas reactivaciones que aporte información sobre la deformación registrada en la red permanente GPS en tiempo cuasi real. Se ha empleado el método de Dobles Diferencias usando el software RTKLIB para el procesado de las líneas base obteniendo una solución de posicionamiento cada 30 segundos, para cada época de observación. Posteriormente se ha realizado un ajuste de red en un sistema local este, norte, arriba; fijando la posición de estaciones de referencia y finalmente se ha aplicado un Filtro Kalman para reducir la dispersión de las series de coordenadas obtenidas. Para tratar de paliar el efecto multitrayectoria en los resultados de posicionamiento se ha recurrido al Filtro Sidéreo, haciendo uso de los datos de los terremotos de Lorca y de Alborán para evaluar el comportamiento del procesado GPS en la determinación del movimiento del terreno durante los terremotos, así como medir la deformación que queda consolidada. El trabajar en una isla de las características de El Hierro ha puesto de relieve que los efectos de marea y carga oceánica no se modelan de forma correcta en nuestro caso, siendo necesario eliminar las frecuencias asociadas a las componentes de marea mediante un ajuste mínimo cuadrático sobre la serie de coordenadas. Por otra parte se han analizado las causas que, esporádicamente, provocan cambios bruscos en la serie de coordenadas, resultando ser provocados por una mala estimación de la componente húmeda del retardo troposférico durante episodios de altas inestabilidades atmosféricas. El disponer de este procesado subdiario ha permitido, en su aplicación a la vigilancia volcánica, llevar a cabo un análisis conjunto de sismicidad y deformación durante todos los periodos de reactivaciones volcánicas que se han sucedido en la isla de El Hierro entre 2011 y 2014, se ha determinado que los inicios de las señales sísmicas y de deformación son prácticamente coincidentes, pero que la evolución de las señales varía de unas reactivaciones a otras, se dan casos en los que los incrementos en deformación preceden a los de sismicidad y casos en los que ambas señales evolucionan en un modo muy parejo. Además, mediante el modelo de Mogi se ha estimado el volumen de material intruido durante los periodos de reactivación a partir de los datos de deformación subdiaria, prestando especial interés a la reactivación de marzo de 2013 que registró las mayores deformaciones y liberó la mayor cantidad de energía sísmica. Por último, se ha hallado una relación lineal entre el logaritmo del volumen de magma intruido y el logaritmo de la energía sísmica liberada durante las reactivaciones que las relaciona entre sí, de forma que cuanto mayor sea el volumen de magma intruido durante una reactivación volcánica mayor es también la cantidad de energía sísmica liberada. La mayor aportación científica de este trabajo ha sido el emplear esta relación que junto con el hecho de que en ciertas reactivaciones, el crecimiento de las deformaciones precede al aumento de la energía sísmica liberada permite, en determinadas circunstancias, proponer una forma de pronosticar el orden de magnitud de la energía sísmica liberada en una reactivación volcánica teniendo en cuenta la modelización de los volúmenes de magma intruido durante las reactivaciones en la isla de El Hierro. ----------ABSTRACT---------- Volcanic activity is usually preceded by increasing rates of seismicity and surface deformation. Although both techniques are commonly used in volcano monitoring, their joint interpretation is not immediate and the relationship between them is not obvious. Between 2011 and 2014 there were at least seven episodes of magmatic intrusion in El Hierro Island, the smallest of the Canary Islands. The main goal of this thesis is to analyze the evolution of seismicity and deformation along these seven magmatic unrest periods and try to identify their common characteristics, as well as to determine if the moments in which both seismic and deformation activity begin are simultaneous. For this purpose, it has been necessary to develop and implement in the volcanic monitoring unit of the Instituto Geográfico Nacional a subdaily GPS processing strategy especially applied to the case of the submarine eruption of El Hierro in 2011-2012 and its successive unrests, providing deformation measurements of the permanent GPS network in quasi real time. The Double Differences method has been used in the RTKLIB software for baseline processing, obtaining a positioning solution every 30 seconds observation epoch. Subsequently a network adjustment has been calculated in a local system east, north, up; fixing reference stations positions and finally a Kalman Filter has been applied to enhance the obtained time series. In order to mitigate the multipath effect in the positioning results, the Sidereal Filter has been computed, making use of the data of the earthquakes of Lorca and Alboran to evaluate the GPS processing in ground movement determination during the earthquakes, as well as to measure the consolidated deformation. Working on an island like El Hierro has emphasized that the effects of tide and ocean loading are not correctly modeled in our case, being necessary to eliminate the frequencies associated with the tide components by a least squares adjustment in the time series. On the other hand, the abrupt changes that sporadically appear in the time series have been analyzed. They are provoked by a poor estimation of the wet component of the tropospheric delay during high atmospheric instability episodes. The availability of this subdaily GPS processing has allowed, in its application to volcano monitoring, to carry out a joint analysis of seismicity and deformation during all the episodes of unrest that have occurred on El Hierro Island between 2011 and 2014, the beginnings of the seismic and deformation signals are practically coincident, but the time evolution of the signals varies from some unrest periods to others, there are cases in which the increase in deformation precedes those of seismicity and cases in which both signals evolve in a very similar way. In addition, the Mogi model has been used to estimate the volume of intruded volume during the episodes of unrest from deformation data, paying special attention to the March 2013 unrest period that registered the greatest deformations and released the largest amount of seismic energy. Finally, a linear relationship has been found between the logarithm of the intruded magma volume and the logarithm of the seismic energy released during the unrests that links them to each other. The unrests with higher volume are also the ones which release more seismic energy. This linear relationship together with the fact that, in certain unrests, the growth of the deformations precedes the increase of the seismic energy released allows, in certain circumstances, to propose a way to forecast the order of magnitude of the seismic energy to be released during a volcanic unrest by using the intruded magma volume modelling during unrest periods in El Hierro Island. The mayor scientific contribution of this work has been to use this relationship, which together with the fact that in certain unrest periods, increase of the deformation precedes that of seismic energy released, allows in certain circumstances, to propose a way to forecast the order of magnitude of the seismic energy to be released during a volcanic unrest by using the intruded magma volume modelling during unrest periods in El Hierro Island.

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ID de Registro: 47970
Identificador DC: http://oa.upm.es/47970/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47970
Identificador DOI: 10.20868/UPM.thesis.47970
Depositado por: Archivo Digital UPM 2
Depositado el: 04 Oct 2017 07:00
Ultima Modificación: 03 Abr 2018 22:30
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