Regional Path Effects on Seismic Wave Propagation in Central Mexico

Abstract

We present results of the analysis of a set of seismograms recorded in a temporary array of seven broadband seismic stations located in central Mexico. Our purpose was to investigate path effects on ground motion in central Mexico for earthquakes occurring in the subduction zone, along the Pacific coast. All our stations were located on rock. Nineteen earthquakes (3.6 Ͻ M c Ͻ 4.9), recorded by all seven stations, were analyzed. The results show that path effects result in significant amplification and an increase of the duration of the seismic motion at two stations located in the central part of the Transmexican Volcanic Belt (TVB). Analysis of the records for periods larger than 5 sec shows that the 3D crustal structure acts as an efficient wave guide for surface waves coming from distances greater than 200 km, only for paths oriented north-south or east-west. In the band of 2-6 sec, we observe large amplification and an increase in the duration of ground motion, associated to the regional propagation of higher modes of surface waves. After correlating our results with recent geological and gravimetric studies, we suggest that this amplification could be due to the impedance contrast of low-velocity volcanic rocks of the TVB overlying higher velocity limestones. If we are right, the increase of groundmotion duration would result from mode conversion at the southern boundary of the TVB. These path effects in the 2-to 6-sec period band are very important for ground motion in Mexico City because the very soft surficial deposits in that basin amplify greatly ground motion in this same period band.

Long Duration of Ground Motion in the Paradigmatic Valley of Mexico

“…Results from these exercises led to conclude that surface-waves trains generated at the edges of the basin101314 suffer a rapid decay as they propagate, and thus to discard this mechanism as a possible explanation for the long seismic records715. This conclusion invoked the existence of regional-scale effects producing the elongation of the incoming wavefield to Mexico City from subduction earthquakes, such as multipathing of seismic waves due to scatterers in the crust and surroundings of the basin1617, and seismic energy entrapment in both the accretionary prism near the source region and the Transmexican Volcanic Belt (TMVB)1819. The interaction between the incoming wavefield and the local basin conditions may also elongate the ground motion when the resonant frequencies of the basin coincide with the dominant periods of the wavefield20.…”

Relación De Atenuación Del Movimiento Del Suelo Para

“…En este trabajo se parte del análisis de una trayectoria en específico para tres eventos, lo que implica una menor dispersión de residuos (ecuación 10), en lugar de combinar las dos direcciones norte-sur y este-oeste (terreno en dirección a la costa), puesto que en otros estudios este segundo análisis ha mostrado diferencias, en el nivel de atenuación, para cada trayectoria (e.g., Valdés et al, 1987;Gutiérrez y Singh, 1988;Singh et al, 1988;Cárdenas et al, 1994Cárdenas et al, , 1998Ottemöller et al, 2002;Cárdenas-Soto y Chávez-García, 2003;García et al, 2009). …”

“…Por otro lado, estudios previos enfocados a la zona dentro del MVB (e.g., Campillo et al, 1989;Shapiro et al, 1997;Furumura y Kennett, 1998;Cárdenas-Soto y Chávez-García, 2003) han reportado que el fenómeno de amplificación y duración en la fase Lg ocurren en frecuencias de 0.2 y 2.0 Hz, este comportamiento se muestra también en el sitio donde se localiza JUR1(sitio localizado más al norte respecto a las sitios estudiados dentro del MVB), con valores de PGA dentro del rango de frecuencias de entre 0.3 y 2 Hz. Sin embargo, el análisis mostrado en la figura 11a, es consistente con un comportamiento de la señal que podría ser interpretado como un decaimiento lento de la amplitud al entrar al MVB, principalmente en las PGA asociadas a frecuencias de 0.3 y 2.0 Hz, mas no una amplificación del suelo.…”

“…Considerando los datos de partida en cada una de las relaciones de atenuación, resulta lógico pensar que la de García (2006) presente curvas con un decaimiento más rápido de la pendiente al final de la curva de atenuación (ver figura 12a, principalmente después de la curva que representa la magnitud Mw = 6.0), resultado de la combinación de datos de diversas trayectorias para las múltiples regresiones realizadas, dado que las trayectorias con dirección paralela a la costa presentan una mayor atenuación que para las trayectorias tierra adentro (e.g., Valdés et al, 1987;Gutiérrez y Singh, 1988;Singh et al, 1988;Cárdenas et al, 1994Cárdenas et al, , 1998Ottemöller et al, 2002;Cárdenas-Soto y Chávez-García, 2003;García et al, 2009). …”

“…Existe mayor consenso en que la atenuación es menor en dirección hacia el interior del continente que hacia la costa (e.g., Valdés et al, 1987;Gutiérrez y Singh, 1988;Singh et al, 1988;Cárdenas et al, 1994Cárdenas et al, , 1998Otemöller et al, 2002;Cárdenas-Soto y Chávez-García, 2003), pero por otro lado hay quienes no han encontrado diferencias de atenuación entre ambas trayectorias (e.g., Ordaz y Singh, 1992;Novelo y Valdés, 2000). Un estudio más reciente de García et al (2009) deja claro que efectivamente existe mayor atenuación en trayectorias a lo largo de la costa que en dirección al interior del continente debido a las distintas estructuras de la corteza y a efectos de guía de las ondas en ambas direcciones.…”