Statistical analysis of different seismogenic zonings of the Iberian Peninsula and adjacent areas through a Geographic Information System

The knowledge of the seismic hazard in the Iberian Peninsula (IP) and its neighboring area is important to address the mitigation of damage that earthquakes could cause in it. The occurrence of earthquakes in the area is quite frequent because it is in the contact zone between the Eurasian Plate and the African Plate. The general objective of this document is the calculation, representation and analysis of a set of seismic parameters (b-value, maximum magnitude and annual rate of earthquakes per unit area) of the Iberian Peninsula and its adjacent area, considering geographic information systems (GIS) as a basic working tool. These systems allow the integration of data from different information sources, as well as rigorous and quality analysis and graphical representations. To achieve this goal, having a quality seismic catalog is essential. Therefore, one has been compiled for the area as complete, rigorous and extensive in the time possible, and further, revised, homogeneous in size (magnitude) and with independent events. This has served as the basis for the works exposed here. For the generation of this catalog, the database of earthquakes of the National Geographic Institute of Spain has been consider as a starting point, that has been revised (especially the magnitude) and completed with other databases and specific studies. In addition, the catalog of work has included earthquakes for which only macroseismic (and reliable) information is available as well as those recorded during the instrumental period according to the scientific advances of each moment. Then, the size of all the events has been transformed to moment magnitude (Mw) in order to compare it, taking into account only the events with Mw greater or equal to 3.0. Subsequently, a process of elimination of non-main shocks (foreshocks, aftershocks and swarms) has been carried out. Finally, a completeness date has been considered for each magnitude. In this thesis, the b-value, the annual rate of earthquakes per unit area and the maximum magnitude have been calculated, represented and analyzed. In addition, it has been done through two approaches. The first deals with zoning related to Spanish seismic regulations and are based on both geological characteristics and seismicity of the area; and others that are based on objective and mathematically robust criteria and considers only seismicity. In the second approach, a set of multiresolution grids have been established, in which zonings are defined according to a purely geographic criterion. The size of the cells (zones) has been 0.5º x 0.5º for the calculation of the maximum magnitude recorded and 1º x 1º and 2º x 2º for the b-value and the annual rate normalized with the area. In both types of zoning, after the calculations and the representation of the seismic parameters, an analysis of them has been carried out. From this analysis it can be deduced that in some areas there has not been a quantity of events that allows to derive seismic parameters with solidity from a statistical point of view. It can also be concluded that earthquakes with maximum recorded magnitude have a marine epicenter and are located in the SW of the IP. Moreover, the b-value takes a value of 1.0 or somewhat lower in the contact zone between the Eurasian and African plates (a value that decreases further to the east), while in the mainland, 1.2 can be considered an approximate value, with somewhat higher values in some areas. Finally, regarding the annual rate, it should be noted that the highest values (close to 1E-3 events / km2) appear in the Granada basin and in the Pyrenees Region and to a lesser extent, to the SW of Cabo de San Vicente, in Galicia and a large part of the southeast of the IP where values greater than 1E-4 are exceeded. El conocimiento de la peligrosidad sísmica en la península ibérica y su entorno es importante para abordar la mitigación de los daños que los terremotos podrían causar en la misma. La ocurrencia de terremotos en el área es bastante frecuente porque se encuentra en la zona de contacto entre la placa euroasiática y la africana. El objetivo general de esta tesis doctoral es el cálculo, representación y análisis de un conjunto de parámetros que intervienen en la definición de la peligrosidad sísmica de la península ibérica y su área adyacente, considerando como herramienta básica de trabajo los sistemas de información geográfica. Estos permiten la integración de datos de distintas fuentes de información, así como el análisis y representaciones gráficas rigurosas y de calidad. Para la consecución de este objetivo, el disponer de un catálogo sísmico de calidad es fundamental. Por tanto, se ha compilado uno para la zona lo más completo, riguroso y extenso en el tiempo posible y además, revisado, homogéneo en tamaño (magnitud) y con eventos independientes. Este ha servido como base para los trabajos que aquí se exponen. Para la generación del mismo, se ha partido de la base de datos de terremotos del Instituto Geográfico Nacional de España, que se ha visto revisada (sobre todo la magnitud) y completada con otras bases de datos y estudios específicos. Además, en el catálogo del trabajo se han incluido, desde terremotos de los que únicamente se dispone de información macrosísmica (y fiable) como los registrados durante la época instrumental según los avances científicos de cada momento. Luego, se ha transformado el tamaño de todos los eventos a magnitud momento (Mw) para poder compararlo, tomando solo los eventos con Mw mayor o igual a 3,0. Posteriormente, se ha llevado a cabo un proceso de eliminación de terremotos no principales (premonitores, réplicas y enjambres). Finalmente, se ha considerado una fecha de completitud para cada magnitud. En esta tesis se han calculado, representado y analizado el parámetro b-value, la tasa anual de terremotos por unidad de área y la magnitud máxima. Además, se ha hecho a través de dos aproximaciones. La primera versa sobre zonificaciones relacionadas con la normativa sismorresistente española y basadas tanto en las características geológicas como en la sismicidad de la zona; y por otras que parten de criterios objetivos y robustos matemáticamente y están basadas solo en la sismicidad. En la segunda aproximación, se han establecido un conjunto de mallas multirresolución, en las que las zonificaciones son definidas según un criterio puramente geográfico. El tamaño de las celdas (zonas) ha sido de 0,5º x 0,5º para el cálculo de la magnitud máxima registrada y de 1º x 1º y 2º x 2º para el del b-value y la tasa anual normalizada con el área. En ambos tipos de zonificaciones, tras los cálculos y la representación de los parámetros sísmicos, se ha llevado a cabo un análisis de los mismos. De este se deduce que en algunas zonas no ha ocurrido una cantidad de eventos que permita extraer parámetros sísmicos con solidez desde un punto de vista estadístico. También se puede concluir que los terremotos con magnitud máxima registrada tienen epicentro marino y se encuentran al suroeste de la península ibérica. Por otro lado, el b-value toma un valor de 1,0 o algo menor en la zona de contacto entre las placas euroasiática y africana (valor que disminuye más al este), mientras que en tierra firme como valor aproximado se puede considerar 1,2, con valores algo mayores en algunas zonas. Finalmente, respecto a la tasa anual de terremotos, cabe comentar que los valores más altos (cercanos a 1E-3 eventos / km2) aparecen en la cuenca de Granada y en la región de los Pirineos y, en menor medida al SO del Cabo de San Vicente, en Galicia y gran parte del sureste peninsular donde se superan valores mayores a 1E-4. Premio Extraordinario de Doctorado US