Modelado y simulación de la propagación de la Onda P usando derivadas fraccionarias para caracterizar la capa meteorizada como un medio viscoelástico.

Abstract

La capa meteorizada constituye la primera interfaz entre la fuente sísmica y las formaciones geológicas más profundas, y representa una zona de especial importancia en la exploración sísmica debido a que en ella las ondas sísmicas experimentan las mayores pérdidas de energía por atenuación intrínseca y esparcimiento geométrico. Su caracterización es, sin embargo, un desafío persistente dado el limitado conocimiento geológico disponible sobre esta zona somera.

En este trabajo se desarrolla un modelo numérico para la simulación de la propagación de la onda P en un medio viscoelástico, implementado mediante el esquema de diferencias finitas en malla escalonada y el enfoque de derivadas fraccionarias propuesto por Carcione (2009) que permite reproducir de forma fiel la atenuación con factor de calidad 𝑄 constante. A partir de este modelo se realizan experimentos numéricos sistemáticos orientados a analizar la sensibilidad del coeficiente de atenuación efectivo 𝛼 ante variaciones en las propiedades elásticas del medio, el factor de calidad, el espesor de la capa meteorizada y el contenido espectral de la fuente sísmica.

Los resultados muestran que el decaimiento de amplitud con la distancia está controlado por la interacción entre las propiedades viscoelásticas del medio, la geometría de la capa somera y el contenido espectral de la fuente sísmica. Los coeficientes de atenuación efectivos 𝛼 estimados para las diferentes combinaciones de parámetros analizados proporcionan una base cuantitativa de referencia para la interpretación del decaimiento de amplitud de la onda P en medios someros viscoelásticos, y constituyen un paso previo necesario hacia el desarrollo de esquemas de inversión orientados a la caracterización sísmica de la capa meteorizada a partir de datos sísmicos observados.