Crustal Velocity Structure Beneath The Western Andes of Colombian Using Receiver-Function Inversion

Abstract

Analysis of teleseismic records obtained in two broadband seismic stations of three components located on the Andean region of Colombia is presented in this work. The two stations are located at the Western Cordillera (WC), station BOL, and at the Central Cordillera (CC), station PBLA. The analysis of seismograms was performed by inversion of the receiver functions (RF) in order to obtain the crustal velocity structure beneath the receivers. The receiver function is a spectral ratio obtained from teleseismic earthquakes recorded by broadband seismic stations, which allows the calculation of the velocity structure beneath the receiver by removing source effects in the horizontal components of the seismic traces. Data stacking was performed in order to improve signal to noise ratio and then the data was inverted by using two optimization algorithms: a genetic algorithm (GA), and a simulated annealing algorithm (SA). The present work calculates the receiver functions using teleseismic earthquakes at epicentral distances (Δ) ranging between 30° and 90° and recorded at the two stations within the years 2007 and 2009.

En este trabajo se presenta el análisis de registros telesísmicos obtenidos en dos estaciones sísmicas de banda ancha de tres componentes ubicadas en la región andina de Colombia. Las dos estaciones se encuentran en la Cordillera Occidental (CO), estación BOL, y en la Cordillera Central (CC), estación PBLA. El análisis de los sismogramas se realizó mediante la inversión de las funciones del receptor (FR) para obtener la estructura de velocidad cortical debajo de los receptores. La función del receptor es una relación espectral obtenida a partir de terremotos telesísmicos registrados por estaciones sísmicas de banda ancha, lo que permite calcular la estructura de velocidad debajo del receptor eliminando los efectos de la fuente en las componentes horizontales de las trazas sísmicas. Se realizó el apilamiento de datos para mejorar la relación señal/ruido y, posteriormente, se invirtieron los datos utilizando dos algoritmos de optimización: un algoritmo genético (AG) y un algoritmo de recocido simulado (RS). El presente trabajo calcula las funciones del receptor utilizando terremotos telesísmicos a distancias epicentrales (D) que varían entre 30 y 90 km, registrados en las dos estaciones durante los años 2007 y 2009. Los tiempos de retardo entre las ondas P y PS, convertidos en el límite de la discontinuidad de Mohorovičić (Moho), se utilizaron para restringir la estructura de velocidad. Las funciones del receptor en las estaciones se generaron a partir de eventos sísmicos dentro de un amplio rango de azimut inverso. También se utilizaron datos de gravedad y magnetismo durante el estudio geofísico. La profundidad del límite de la Moho se encontró a 40 km en la Cordillera Central (CC), debajo de la estación BOL, y a 43 km en la Cordillera Central (CC), debajo de la estación PBLA. La corteza superior, con un espesor de 5 km, se caracteriza por una velocidad de onda de corte de aproximadamente 3,0 km/s. Las capas menos profundas, a aproximadamente 1,0 km, presentan velocidades de onda de corte entre 2,2 y 2,6 km s⁻¹, lo que corresponde a sedimentos que recubren la corteza superior. Estas observaciones respaldan la hipótesis de que el espesor de la corteza en la base de la cordillera se encuentra entre 32 y 50 km. Las funciones receptoras calculadas se compararon con funciones artificiales generadas a partir de la inversión de 48 000 modelos de capas horizontales para cada estación, utilizando un algoritmo genético (AG) y un recocido simulado (RS), lo que permitió una cobertura satisfactoria de todo el espacio de muestreo para evitar soluciones no únicas. Debajo de la estación BOL se encontró una zona de baja velocidad (ZBV) moderada, causada por procesos de acreción del complejo ofiolítico en el WC.