P- and S-wave 3D velocity models for the South American platform

Abstract

ABSTRACT. With the installation and growth of the Brazilian Seismographic Network (RSBR) since 2011, it is now possible to detect and locate events with magnitudes lower than 3.5 mb for Brazil, and better study the local and regional seismicity. Nevertheless, most of these events are located using 1D velocity models that lead to larger uncertainties precluding any correlation with the known geological structures. The use of heterogeneous 3D velocity models better predicts the travel times and guarantees the accuracy of hypocenter location; however, there is not yet a calibrated 3D velocity model for the South American Platform (SAP). In this study, integrating multiple local and regional geological and geophysical knowledge and average velocities of the crust and mantle, we have elaborated 3D P- and S-wave velocity models for the SAP, including the Central Andes area (down to 900 km). We tested the model locating the well-known 1998 Andean Aiquile earthquake (Bolivia), 6.6 Mw, obtaining successful results when compared with its ground truth location. We also satisfactorily located two other recent important events of the SAP, using local and regional body wave arrivals recorded by the RSBR. Finally, S-wave arrivals of near stations helped to constrain the event depths to expected values.

Keywords: heterogeneous velocity model, Brazilian seismicity; hypocenter location; NonLinLoc.

P- and S-wave 3D velocity models for the South American platform

RESUMO. Em decorrência da implantação da Rede Sismográfica Brasileira (RSBR) em 2011, tornou-se possível detectar e localizar eventos com magnitudes menores de 3,5 mb no Brasil e aprofundar o estudo da sismicidade local e regional. Porém, a maioria desses eventos são localizados utilizando-se modelos de velocidade 1D, resultando em incertezas que não permitem correlacionar os hipocentros com as estruturas geológicas conhecidas. Em contrapartida, o uso de modelos 3D de velocidade prediz melhor os tempos de percurso das ondas e garante precisão na localização de hipocentros; porém, ainda não haviam sido desenvolvidos modelos 3D calibrados para a plataforma Sul-Americana. No presente estudo, integrando-se informações geológica e geofísica, local e regional, e velocidades médias da crosta e manto foram elaborados modelos 3D de velocidade das ondas P e S para a Plataforma Sul-americana e para os Andes Centrais (até 900 km de profundidade). Para testar a confiabilidade dos modelos, foi localizado o evento andino de Aiquile 1998, 6,6 Mw (Bolívia) usando-se chegadas regionais da onda P, com resultados compatíveis com o melhor epicentro conhecido. Também foram localizados satisfatoriamente dois outros eventos importantes. Finalmente, o uso de leituras da onda S de estações próximas restringe a profundidade hipocentral para valores esperados em cada caso.

Palavras-chave: modelo de velocidade heterogêneo; sismicidade brasileira; localização de hipocentros, NonLinLoc.