Caraterização espaço-temporal da fonte sísmica da região de Arraiolos

Abstract

A região de Arraiolos, também designada por Zona Sísmica de Arraiolos (ZSA) localizada no Alentejo Central, está entre as mais importantes zonas sismicamente ativa intraplaca de Portugal continental. Esta zona é caracterizada por uma sismicidade elevada, apesar da baixa magnitude dos eventos, e localiza-se principalmente em torno da Aldeia da Serra. Vários sismos de M<4 e alguns eventos de M>4 ocorreram nesta zona nas últimas décadas. Portanto, a caracterização da sismotectónica e dos parâmetros físicos que envolvem a zona focal, é crucial para a compreensão da sismogénese e obter informação sobre a tensão envolvida no processo de ruptura dos eventos sísmicos, bem como do processo tectónico que desencadeia a sismicidade. Este estudo visa a caracterização da sismotectónica e geodinâmica desta região. Esta tese compreende três artigos publicados em revistas científicas internacionais de edição periódica, bem como um outro submetido. Em virtude da ocorrência do maior sismo instrumental registado na ZSA no dia 15 de Janeiro de 2018, de magnitude (ML 4.9), localizado a nordeste de Arraiolos, próximo da Aldeia da Serra, e seguido por uma sequência de réplicas com ML ≤ 3.5, a rede sísmica temporária local e as estações da rede permanente monitorizaram esta sequência sísmica durante seis meses. Neste período, foram registados um total de 466 sismos locais, dos quais 382 eventos com GAP <180 foram selecionados para o estudo. Neste estudo, foi feita uma análise detalhada da evolução e distribuição espaço-temporal desta sequência sísmica, bem como inferido as suas implicações sismotectónicas. A determinação dos mecanismos focais baseia-se no uso das polaridades das primeiras chegadas das ondas P e das relações de amplitude S/P, para restringir melhor os mecanismos focais dos eventos selecionados de maior magnitude, aplicando o algoritmo HASH. No geral, as soluções focais são caracterizadas por um padrão misto de mecanismos do tipo strike-slip e inverso. Além disso, os parâmetros da fonte dos eventos de maior magnitude, incluíndo o choque principal, foram estimados a partir dos espectros em deslocamento das ondas P, e analisados pelo modelo de fonte circular de Brune (1971). Esta análise foi crucial para a compreensão da origem da sismicidade e obter informação sobre as tensões envolvidas nos processos de ruptura dos eventos sísmicos, bem como o estabelecimento de relações de escalas entre os diferentes parâmetros da fonte dos eventos modelados dessa zona. Por outro lado, a tomografia sísmica local tem-se revelado uma ferramenta valiosa para restringir a sismicidade e identificar os planos de falha com maior precisão. No caso de Arraiolos, este método foi empregue pela primeira vez, num trabalho realizado em colaboração, que visou a obtenção de imagens precisas da crosta terrestre através de inversão sísmica. Esta componente de estudo forneceu explicações adicionais sobre o processo tectónico que desencadeia a sismicidade na região. Os resultados obtidos nesta tese contribuem para uma compreensão mais profunda da fonte sísmica da ZSA e oferece informações valiosas sobre a complexidade da sua estrutura tectónica. O ruído sísmico de fundo na região foi igualmente caracterizado e comparado com os modelos globais de ruído, recorrendo a registos contínuos de dois anos de uma rede sísmica temporária de banda larga, que permitiu estabelecer a linha de base de ruído na região; Spatio-temporal characterisation of the seismic source in the Arraiolos region - Abstract: The Arraiolos zone, also known as the Arraiolos Seismic Zone (ZSA), located in Central Alentejo, is one of the most important intraplate seismic zones of mainland Portugal. This zone is characterised by high seismicity, despite the low magnitude of the events, and is mainly concentrated around Aldeia da Serra. Several earthquakes of M<4 and some events of M>4 have occurred in this zone over the last few decades. Therefore, the characterisation of the seismotectonics and the physical parameters involving the focal zone is crucial for understanding seismogenesis and obtaining information about the stress involved in the rupture process of seismic events, as well as the tectonic process that triggers seismicity. This study aims to characterise the seismotectonics and geodynamics of this region. This thesis comprises three papers published in international scientific journals and one submitted. Due to the occurrence of the largest instrumental earthquake recorded in the ZSA on 15 January 2018, with a magnitude of (ML 4.9), located northeast of Arraiolos, near the Aldeia da Serra, and followed by a sequence of aftershocks with ML ≤ 3.5, the local temporary seismic network and the permanent network monitored this seismic sequence for six months. During this period, a total of 466 local earthquakes were recorded, of which 382 events with GAP <180 were selected for analysis. This study involved a detailed analysis of the evolution and spatiotemporal distribution of this seismic sequence, as well as its seismotectonic implications. The determination of focal mechanisms is based on the use of the polarities of the first arrivals of P-waves and S/P amplitude ratios, in order to better constrain the focal mechanisms of the selected events of greater magnitude, applying the HASH algorithm. Overall, the focal solutions are characterised by a mixed pattern of strike-slip and reverse mechanisms. Additionally, the parameters of the sources of the largest magnitude events, including the mainshock, were estimated from the P-waves displacement spectra and analysed using Brune's (1971) circular seismic source model. This analysis was crucial for understanding the origin of the seismicity and obtaining information about the stresses involved in the rupture processes of the seismic events, as well as establishing scale relationships between the different parameters of the source of the events modelled in this area. On the other hand, local seismic tomography has proven to be a valuable tool for restricting seismicity and identifying fault x planes with greater precision. In the case of Arraiolos, this method was employed for the first time in a collaborative study aimed at obtaining precise images of the Earth's crust through seismic inversion. This component of the study provided further explanations about the tectonic process that triggers seismicity in the region. The results obtained in this thesis contribute to a deeper understanding of the seismic source of the ZSA and offers valuable insights into the complexity of its tectonic structure. The seismic noise background in the area was characterised and compared with global noise models using two years of continuous data from a temporary broadband seismic network. This allowed the establishment of a baseline for the region's noise levels.