Abstract In the seismic refraction method, refracted waves provide the velocity and irregularity of the substratum. In this study, we took advantage of this method to construct 3D images of the refractor subsurface for two rectangular arrays of sources and receivers. The procedure consists of fitting a straight line to the refracted arrival times that pass through each of the cells that discretize the study surface. The slope inverse is the P-wave velocity, and the intercept time allows us to estimate the substratum depth. We applied this method to two archaeological zones where it was necessary to know the structure of the subsoil velocity and the possible presence of anomalies associated with buried constructions. The results show velocity anomalies related to buried structures and lateral discontinuities due to changes in the refractor layer composition. At the site of Plazuelas, Guanajuato, the slope irregularity of this refractor indicates the unevenness of the ground that had to be filled for the Pyramid's construction. At the Xalasco site, Tlaxcala, impedance contrast is low, but lateral velocity variations show anthropogenic anomalies related to the distribution of remains of ceremonial archaeological foundations.

Resumen En el método de refracción sísmica las ondas refractadas proveen la velocidad e irregularidad del subestrato. En este estudio aprovechamos el principio de este método para construir imágenes 3D de la superficie refractora para dos arreglos rectangulares de fuentes y receptores. El procedimiento consiste en ajustar los tiempos de arribo de las ondas refractadas que cruzan cada una de las celdas que discretizan la superficie de estudio. El inverso de la pendiente es la velocidad de onda compresional y el intercepto permite calcular la profundidad del subestrato. Aplicamos este método a dos zonas arqueológicas donde se requería conocer la estructura de velocidad del subsuelo y la posible presencia de anomalías asociadas a construcciones enterradas. Los resultados muestran la presencia de anomalías de velocidad que se pueden relacionar con estructuras enterradas y discontinuidades laterales por cambios en la composición de los materiales del subestrato refractor. En el sitio de Plazuelas, Guanajuato, la irregularidad en la pendiente de este refractor indica el desnivel del terreno que tuvo que ser rellenado para la construcción de la Pirámide. En el sitio de Xalasco, Tlaxcala, el contraste de impedancia es bajo, pero las variaciones laterales de velocidad muestran anomalías de origen antropogénico que se pueden relacionar con estructuras arqueológicas de interés.

Abstract To explore the usefulness of the ambient seismic noise tomography method for characterizing the subsoil surface structure, in this study, we apply this method to contribute to geotechnical decision-making in the construction of a school building. We used a rectangular array (36 x 56 m) of 48-4.5 Hz vertical geophones and produce surface wave tomographies from the travel times of Rayleigh waves extracted by cross-correlation of seismic noise. We determined a final 3D Vs model using 1D models derived from the inversion of dispersion curves obtained from the tomography maps for different frequencies. The 3D model shows an excellent resolution (vertical and lateral); we observe critical velocity contrasts in the range of 2 to 15 m deep. At depths higher than 15 m, the velocity has values close to 900 m/s; however, we observe a low-velocity anomaly associated with a lava tube or crack that seems to continue under an adjacent building.

Resumen A fin de explorar la utilidad del método de tomografía de interferometría de ruido sísmico ambiental para la caracterización de la estructura superficial del subsuelo, en este estudio aplicamos dicho método para contribuir a la toma de decisiones geotécnicas en la construcción de un edificio escolar. Para ello, utilizamos un arreglo rectangular (36 x 56 m) de 48 geófonos verticales con una respuesta en frecuencia de 4.5 Hz. A partir de la correlación cruzada del ruido sísmico, obtenemos tomografías de tiempo de viaje de la propagación de ondas superficiales tipo Rayleigh. Construimos un modelo final 3D de Vs utilizando modelos 1D generados de la inversión de las curvas de dispersión extraídas de los resultados de tomografía en diferentes frecuencias. El modelo 3D muestra una excelente resolución (vertical y lateral), lo cual nos permite identificar contrastes críticos de velocidad entre 2 y 15 m de profundidad. En profunidades mayores de 15 m, Vs tiene valores cercanos a 900 m/s, sin embargo, observamos una anomalía de baja velocidad asociada a un tubo de lava o fractura que parece continuar bajo el edificio adyacente.

Abstract Landslides can substantially impact the fluvial systems, which is why the continuous mapping of their extent, evolution and stability assessment is crucial. However, in such environments, material identification (e.g. colluvium) and subsurface characterization by the methods used for geologic mapping and geotechnical investigation is often a challenging task. Thus, these classical invasive methods may benefit from geophysical techniques to enable and enhance our understanding of the subsurface in these areas. To examine such integrated approach, Multi-Channel Analysis of Surface Waves (MASW) combined with Electrical Resistivity Tomography (ERT) were applied on a geomorphologically active fluvial valley in Sobradinho (the Federal District of Brazil). The subsurface materials showed a specific range of resistivity values as dry soil, saprolite, and landslide slip surface. The 1D shear wave velocity (Vs) model showed an increasing trend of Vs with depth at a location away from the landslide mass, while the longitudinal profile (over the landslide) showed an anomalous change in Vs (~ 250 to 400 m/sec). Based on the existing information about the landslide, the ERT appeared to be an effective method over MASW. This study shows how the integration of geophysical data with the geological and geotechnical investigation helps to obtain a more realistic or unambiguous model of the subsurface.

Abstract In this work, we applied the seismic interferometry (SI) method in order to determine the lateral variation of S wave velocity (Vs) in the subsoil structure of a rock mass with a slope located on Joaquin Claussell Street in the 3rd Section of Chapultepec Park. Geological and geotechnical studies show that a pumice stratum, overlying semi-permeable materials, is susceptible to failure and causing a landslide due to fracturing and rains, typical factors that cause landslides in the western part of Mexico City. In order to show the applicability of the SI method to quantify the elastic properties and their distribution in the slope, we generated cross-correlation functions among 4560 pairs of receivers in an irregular array of 96 vertical geophones. By means of the temporal variations of the maximum correlation pulse, as a function of frequency (4 to 24 Hz), we built tomographic images of relative Vs velocity. We found that Vs values close to 300 m/s are related to the pumice strata, velocities that are located primarily on the slope face and at its lowest topographical level. The velocity of these materials contrasts with an underlying stratum with values greater than 1000 m/s. These results are corroborated with the soil structure derived from two seismic refraction lines. This study suggests that the SI method is appropriate to assess the geological hazards associated with slope stability.

Resumen En este trabajo aplicamos el método de Interferometría Sísmica (IS) para determinar la variación lateral en la distribución de la velocidad de onda S (Vs) en la estructura de un macizo rocoso que contiene un talud localizado en el circuito Joaquín Claussell de la 3a Sección del Bosque de Chapultepec. Estudios geológicos y de geotecnia muestran la presencia de un estrato pumicítico, que sobreyace a materiales semi permeables; el cual es susceptible a fallamiento y provocar deslizamientos, debido al estado de fracturamiento y el aporte de agua durante la época de lluvias, factores comúnmente asociados a deslizamientos en la zona poniente de la Ciudad México. A fin de mostrar la aplicabilidad del método de IS para cuantificar las propiedades elásticas y su distribución en los estratos que conforman el cuerpo del talud, se generaron funciones de correlación cruzada entre 4560 pares de receptores en un arreglo irregular de 96 geófonos verticales. Mediante el uso de las variaciones temporales del máximo pulso de correlación en función de la frecuencia (4 a 24 Hz), construimos imágenes a partir de la tomografía de Vs relativa. Encontramos que valores de Vs cercanos a 300 m/s se relacionan con los estratos de pómez, los cuales se encuentran principalmente alojados hacia la cara del talud y en su parte topográfica más baja. La velocidad en estos materiales contrasta notablemente con la del estrato subyacente de valores superiores a 1000 m/s. Los valores de Vs y la geometría del estrato susceptible a deslizarse fueron corroborados por dos líneas de refracción sísmica. Los resultados de este estudio, sugieren que el método de IS es apropiado, debido a su carácter no invasivo ni destructivo, para analizar este tipo de riesgos geológicos asociados con la estabilidad de taludes.

In this work, we use seismic interferometry to characterize the seismic response of the Valley of México. We deconvolved seismic events recorded at Chapultepec, Kennedy and Roma boreholes. To interpret the deconvolved wavefields, we used a stratified model composed of elastic, isotropic and homogeneous layers. Shear wave velocities (S) were obtained from the deconvolved wavefields. With these parameters, it was possible to characterize the sites studied. On the deconvolved traces, we observed variations in traveltimes and amplitudes as a function of the seismic event, which implies that seismic interferometry can be used as a tool to monitor changes in the soil of the Valley of México.

En este trabajo, se usa la técnica conocida como interferometría sísmica para caracterizar la respuesta sísmica de los sitios donde se ubican las estaciones: Chapultepec, Kennedy y Roma. La estimación de parámetros se efectuó mediante la deconvolución de eventos sísmicos. Para interpretar los registros deconvolucionados, se utilizó un modelo de un medio estratificado compuesto por estratos elásticos, isótropos y homogéneos. En este modelo se consideró la incidencia vertical de ondas planas SH. De los registros deconvolucionados, se obtuvieron velocidades de propagación de ondas S. Con estos parámetros fue posible caracterizar los sitios donde se ubican las estaciones: Chapultepec, Kennedy y Roma. En los registros deconvolucionados, se observaron variaciones en amplitudes y tiempos de arribo en función del evento sísmico; esto sugiere que es posible identificar cambios en las propiedades físicas del suelo del Valle de México mediante interferometría sísmica.

In 1995 an accelerometer array was installed, it consisted on six surface stations which formed two triangles with distances of 30 and 400 m between them, and a vertical array with instruments in five depths. The database is formed by eight strong motion records (5.9 <M <7.9), which were analyzed to estimate the seismic response, to obtain a velocity model for the clay layer and to calculate the response site spectra. The site response is characterized by the fundamental frequency on 0.37 Hz. and an amplification factor around. The shear velocity model was obtained from the analysis to the seismic records from the borehole; this model consists on two layers with a Q factor estimation for each of them. The transfer function for this model is dominated by the dynamic amplification, due to the lacustrine clay layer and its physical properties, and it is close to the empirical transfer function obtained from spectral ratios. The response spectra estimation shows two intervals with maximum seudoacceleration: between 0 and 1 sec and between 2 and 3 sec, with spectral ordinates of 0.6 and 0.74 g, respectively.

En 1995 se instaló un arreglo acelerométrico constituido por seis estaciones en superficie, que formaron dos triángulos con aperturas de 30 y 400 m y un arreglo vertical con instrumentos en cinco profundidades, que alcanzaron los 40 m. La base de datos de este arreglo consta de ocho eventos de movimientos fuertes (5.9 < M < 7.9) que analizamos para obtener la respuesta sísmica, el modelo de velocidades y el espectro de respuesta de sitio. Los resultados de este estudio muestran que la respuesta de sitio está caracterizada por la frecuencia fundamental en 0.37 Hz. El análisis de los registros en pozo permitió obtener un modelo de velocidades que está constituido por dos capas, con factores de atenuación Q distintos para cada una; la amplificación dinámica, debida a las propiedades físicas de las arcillas lacustres, domina la respuesta de sitio. Finalmente, el espectro de respuesta muestra que las seudoaceleraciones máximas en el sitio se encuentran en dos intervalos de periodo: entre 0 y 1 s y entre 2 y 3 s, con ordenadas espectrales de 0.6 g y 0.74 g, respectivamente.