Guía docente de la asignatura / materia:

Tomografía Sísmica

Curso 2021/2022
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 23/07/2021

Máster

Máster Universitario en Geofísica y Meteorología

Módulo

Módulo de Geofísica

Rama

Ciencias

Centro Responsable del título

International School for Postgraduate Studies

Semestre

Segundo

Créditos

5

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Inmaculada Serrano Bermejo
  • Antonio Villaseñor Hidalgo

Tutorías

Inmaculada Serrano Bermejo

inmasb@ugr.es
Anual
  • Martes 10:00 a 12:00 (Despacho Geofisica)
  • Miércoles 10:00 a 12:00 (Despacho Geofisica)
  • Viernes 10:00 a 12:00 (Despacho Geofisica)

Antonio Villaseñor Hidalgo

antonio.villasenor@csic.es

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

La propagación de las ondas sísmicas y su relación con las propiedades de los materiales. - La dispersión de las ondas sísmicas internas y superficiales.- Los métodos de modelado Inverso.- La técnica de imágenes tomográficas.- Anelasticidad y anisotropía.- El splitting de ondas de cizalla.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Comprensión de textos en inglés científico. Conocimientos fundamentales de Física y Matemáticas.

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales

  • CG01. Realizar experimentos de forma independiente y describir, analizar y evaluar críticamente los datos obtenidos. 
  • CG02. Identificar los elementos esenciales de un proceso o una situación compleja, y a partir de ellos construir un modelo simplificado y realizar estimaciones sobre su evolución futura. 
  • CG03. Idear la forma de comprobar la validez de un modelo e introducir las modificaciones necesarias cuando se observen discrepancias entre las predicciones del modelo y las observaciones. 
  • CG06. Elaborar adecuadamente y con cierta originalidad composiciones escritas o argumentos motivados, de redactar planes, proyectos de trabajo o artículos científicos o de formular hipótesis razonables. 

Competencias Específicas

  • CE02. Conocer y valorar las aportaciones de los diferentes métodos geofísicos al conocimiento de la Tierra. 
  • CE03. Analizar los distintos procesos geofísicos y sus diferentes escalas espacio-temporales, junto con las teorías y leyes que los rigen y los modelos que tratan de explicar las observaciones. 
  • CE06. Conocer la instrumentación básica usada en la obtención de datos geofísicos y recoger, interpretar y representar datos referentes a la Geofísica usando las técnicas adecuadas de campo y laboratorio. 

Competencias Transversales

  • CT01. Mostrar interés por la calidad y la excelencia en la realización de diferentes tareas. 
  • CT03. Tener un compromiso ético y social en la aplicación de los conocimientos adquiridos. 
  • CT04. Ser capaz de trabajar en equipos interdisciplinarios para alcanzar objetivos comunes desde campos expertos diferenciados. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

El alumno sabrá/comprenderá:

- La propagación de las ondas sísmicas y su relación con las propiedades de los materiales.

- La dispersión de las ondas sísmicas internas y superficiales.

- Los métodos de modelado Inverso.

- Las diferentes técnicas de obtención de imágenes tomográficas.

- Los conceptos de anelasticidad y anisotropía.

- Las curvas de dispersión

El alumno será capaz de:

- Calcular las velocidades de las ondas y relacionarlas con las propiedades de las rocas.

- Diseñar un experimento de tomografía sísmica.

- Calcular anisotropía a partir de la primera llegada de las ondas P.

- Calcular y trabajar con curvas de dispersión.

- Determinar Imágenes 2-D y 3-D de estructuras litosféricas complejas.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

Gran parte del conocimiento que poseemos de la estructura interna de la Tierra ha sido proporcionado mediante el análisis de las Ondas Sísmicas. La estructura de los materiales que conforman nuestro planeta es reflejada en el campo de ondas que se propaga en su interior al ocurrir un terremoto o al generarse un campo de ondas mediante una fuente artificial. Las imágenes tridimensionales, obtenidas mediante la inversión de los tiempos de llegada de las ondas sísmicas, han contribuido de forma espectacular a un mayor conocimiento de las propiedades y composición de los materiales que constituyen la corteza, manto y núcleo terrestres, así como a la determinación precisa de anomalías ó discontinuidades a escala local y global. El objetivo de este curso es mostrar a los alumnos el alcance de las técnicas de inversión y como en la actualidad es posible obtener imágenes directas de numerosos procesos geodinámicos activos, tales como lajas de subducción, arcos magmáticos, puntos calientes y deshidratación a grandes profundidades. El curso consta de dos partes, teoría y práctica.

Teoría.

1. Introducción. Modelos de velocidad sísmica. Teoría y métodos del trazado del rayo sísmico.Problema inverso y algoritmos de inversión.

2. Métodos de estimación de la resolución. Diferentes tipos de tests sintéticos.

3. Relación entre las propiedades y el comportamiento de las rocas y la velocidad sísmica.

4. Imágenes sísmicas obtenidas a partir de la inversión de tiempos de llegada de terremotos locales, regionales y telesísmos.

5. Imágenes de alta resolución: obtención del coeficiente de Poisson y porosidad. Densidad de fracturación y razón de saturación en regiones sísmicamente activas. Relación entre velocidad sísmica y parámetro b. Heterogeneidades estructurales de la corteza: asperidades. Estado de esfuerzos y velocidad sísmica. Existencia de fluidos como origen de los terremotos.

6. Descripción y generación de ondas superficiales. Ejemplos.

7. Medidas de dispersión de ondas superficiales: velocidades de grupo y de fase.

8. Ondas superficiales a partir de correlaciones de ruido ambiente.

9. Tomografía 1: inversión para obtener mapas de velocidad de grupo y de fase.

10. Tomografía 2: inversión para obtener perfiles de velocidad Vs.

11. Aspectos avanzados: inversión conjunta, inversión de forma de onda, inversión transdimensional.

12. Breves nociones de Tomografía de Atenuación en regiones volcánicas ó intensamente fracturadas.

13. Relación entre imágenes sísmicas, modelización gravimétrica y flujo térmico. Velocidad sísmica, magnetismo, conductividad eléctrica y detección de fluidos.

14. Tomografía global: Lajas de subducción  y  arcos  magmáticos,  origen  de  los  puntos  calientes,  deshidratación  a  grandes profundidades. Estructura y dinámica de las grandes discontinuidades terrestres.

15. Imágenes sísmicas en la Península Ibérica y la Cadena Alpina.

Práctico

La primera práctica consistirá en una visita a las instalaciones del Instituto Andaluz de Geofísica, donde un técnico especialista explicará a los alumnos el proceso de adquisición de datos sísmicos registrados por la Red Sísmica de Andalucía.

La segunda práctica se desarrollará en el aula de Informática del Instituto andaluz de Geofísica (UGR) donde los alumnos aprenderán el mecanismo del procesado de la señal, mediante programas de localización de terremotos, que les permitirán vislumbrar los “residuos de tiempos de viaje” utilizados en la inversión para la obtención de las imágenes sísmicas. En esta práctica el alumno “picará” las fases P y S de terremotos locales, calculará la magnitud y será capaz de obtener los parámetros hipocentrales de los eventos. Posteriormente, mediante el programa SES2002 (Simulación de Escenarios sísmicos, IGN) será capaz de simular los efectos que producirían los terremotos localizados en el entorno próximo (número de viviendas afectadas, número de heridos, etc.).

La tercera práctica sería una introducción al Python y la utilización de los “notebooks” (e.g. Jupyter) para hacer investigación reproducible.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

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Villaseñor, S. Chevrot, M. Harnafi, J. Gallart, A. Pazos, I. Serrano, D. Córdoba, J. A. Pulgar, P. Ibarra. Subduction and volcanism in the Iberia-North Africa collision zone from tomographic images of the upper mantle. Tectonophysics 663 (2015) 238249.

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Bibliografía complementaria

Aki, K. and B. Chouet (1975). Origin of coda waves: source, attenuation and scattering effects. J. Geophys. Res. 80, 3322-42.

Ammon, C.J. The isolation of receiver function effects from teleseismic P waveforms, Bull. Seismol. Soc. Am. 81 (1991), pp. 2504–2510.

Badal, J., Corchete, V., Payo, G., Pujades, L. and Canas, J.A., 1996. Imaging of shear wave velocity structure beneath Iberia, Geophys. J. Int., 124, 591-611.

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Ritzwoller, M.H., Shapiro, N.M., Levshin, A.L. and Leahy, G.M., 2001. The structure of the crust and upper mantle beneath Antartica and the surrounding oceans. J. Geophys. Res., 106, 30645-30670.

Vdovin, O.Y., Rial, J.A., Levshin, A.L. and Ritzwoller, M.H., 1999. Group-velocity tomography of South America and the surrounding oceans, Geophys. J. Int., 136,324-340.

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Yanovskaya, T. B. and Kozhevnikov, V. M., 2003. 3D S-wave velocity pattern in the upper mantle beneath the continent of Asia from Rayleigh wave data, Phys. Earth Planet Inter., 138, 263-278.

 

Enlaces recomendados

http://www.ima.umn.edu/~berryman/

http://www.uh.edu/~jbutler/anon/anoncoursegeoph.html

http://www.noc.soton.ac.uk/soes/staff/then/classes/soes6037/struct2.html

http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/100/100-earthquakes.html

http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/757/intro/

http://utam.geophys.utah.edu/ebooks/gg692/

http://mesoscopic.mines.edu/~jscales//inverse/

http://www.geo.uu.nl/~bijwaard/

http://sepwww.stanford.edu/sep/berryman/NOTES/lecture_notes.html http://www.uwgb.edu/DutchS/PLATETEC/seistom.HTM

http://rses.anu.edu.au/seismology/projects/tireg/tomo.html http://cgiss.boisestate.edu/~billc/Inverse.html http://www.emsc-csem.org/index.php?page=home

http://neic.usgs.gov/neis/epic/ http://www.jma.go.jp/en/quake/ http://www.iris.edu/ http://www.fcaglp.unlp.edu.ar/ http://www.ign.es/ign/es/IGN/home.jsp http://www.isc.ac.uk/

http://www.mantleplumes.org/Seismology.html http://www.angelfire.com/nt/terremotosLinks/ http://www.jmarcano.com/riesgos/links/terremoto.html http://orfeus.knmi.nl/

Metodología docente

  • MD01 Lección magistral/expositiva 
  • MD02 Sesiones de discusión y debate 
  • MD03 Resolución de problemas y estudio de casos prácticos 
  • MD04 Prácticas de laboratorio o clínicas 
  • MD06 Ejercicios de simulación 
  • MD07 Análisis de fuentes y documentos 
  • MD09 Realización de trabajos individuales 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

El artículo 17 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

  • Pruebas, ejercicios y problemas, resueltos en clase o individualmente a lo largo del curso: 10-20%
  • Valoración final de informes, trabajos, proyectos, etc. (individual o en grupo): 10-20%
  • Presentaciones orales: 35-40%
  • Memorias: 10-10%
  • Aportaciones del alumno en sesiones de discusión y actitud del alumno en las diferentes actividades desarrolladas: 5-10%

 

Evaluación Extraordinaria

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

  • Pruebas escritas 100%

Evaluación única final

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

  • Pruebas escritas 100%

Información adicional

Al principio del curso, se llevarán a cabo reuniones de coordinación según establece el Sistema de la Garantía de la Calidad.

Los alumnos dispondrán, desde el inicio del curso, del material gráfico utilizado por el profesor, de un resumen de la bibliografía esencial, así como de los vínculos de páginas WEB donde pueden encontrar material relacionado con cada tema. Además, existirá una comunicación continua con el profesor, a través del correo electrónico, especialmente en el periodo de desarrollo de sus trabajos individuales.

Los alumnos dispondrán de un aula de informática, ubicada en el Instituto Andaluz de Geofísica, donde podrá acceder a los diferentes recursos utilizados durante el curso (material para prácticas, referencias bibliográficas y demás material de apoyo). Así mismo, estará a su disposición la base de datos de terremotos locales utilizada en el desarrollo de las prácticas, la cual pueden consultar libremente, lo cual se considera importante para el desarrollo de sus trabajos individuales.

Escenario A (Enseñanza-Aprendizaje presencial y tele-presencial)

Horario (Según lo establecido en el POD)

https://www.ugr.es/~fteorica/Docencia/Tutorias.php

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

Para la atención personalizada: a través de correo electrónico y videoconferencia; para la atención en grupo: principalmente los foros disponibles en la plataforma PRADO.

Medidas de adaptación de la metodología docente

Siempre y cuando la situación sanitaria permita las clases presenciales, éstas se impartirán de este modo, especialmente las prácticas de laboratorio. Las clases teóricas se podrían impartir de forma teórica, usando cualquiera de las herramientas disponibles, preferencialmente en tiempo real aunque también se contemplan las clases grabadas previamente.

Evaluación Ordinaria

En principio se mantendrá la presencialidad en todas las formas de evaluación, excepto en el caso de que el número de alumnos sea excesivo o algunos casos excepcionales.

Evaluación Extraordinaria

Igualmente se mantiene la presencialidad, excepto para grupos que sean muy numerosos que se realizarían en forma “on line”.

Evaluación única final

Igualmente se mantiene la presencialidad en la evaluación, excepto para grupos que sean muy numerosos que se realizarían en forma “on line”.

Escenario B (Suspensión de la actividad presencial)

Horario (Según lo establecido en el POD)

https://www.ugr.es/~fteorica/Docencia/Tutorias.php

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

Para la atención personalizada: a través de correo electrónico y videoconferencia; para la atención en grupo: principalmente los foros disponibles en la plataforma PRADO.

Medidas de adaptación de la metodología docente

Las clases se realizarán por videoconferencia a través de la aplicación Google Meet o herramientas similares recomendadas por la Universidad de Granada.

Evaluación Ordinaria

Todas las prácticas y presentación de trabajos se realizarán mediante video-conferencia, así como la presentación de los trabajos de investigación. El examen final presencial se sustituirá por un examen online usando videoconferencia o cualquiera de los instrumentos disponibles a través de la plataforma PRADO

Evaluación Extraordinaria

El examen final presencial se sustituirá por un examen online usando videoconferencia o cualquiera de los instrumentos disponibles a través de la plataforma PRADO.

Evaluación única final

El examen final presencial se sustituirá por un examen online usando videoconferencia o cualquiera de los instrumentos disponibles a través de la plataforma PRADO.