Breve Análisis de La Sismicidad y Del Campo de Esfuerzos en El Ecuador

7/17/2019 Breve Análisis de La Sismicidad y Del Campo de Esfuerzos en El Ecuador

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FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA

GEOLOGÍA MARINA

Breve análisis de la sismicidad y del

campo de esfuerzos en el EcuadorMónica Segovia, Alexandra Alvarado

Instituto Geofísico, Escuela Politécnica Nacional

JOEL SALCEDO



Resumen

La actividad sísmica del Ecuador está relacionada con su contexto geodinámico dondeinteractúan tres placas tectónicas: la placa oceánica de Nazca, la Placa continentalSudamericana y el Bloque Norandino. En este ambiente, y debido a la colisión ysubducción de la placa oceánica bajo las dos placas continentales, se identifican variasfuentes sísmicas: la primera relacionada con el fenómeno de subducción propiamentedicho, la segunda relacionada con la deformación y movimiento relativo de las dosplacas continentales debido al choque con la placa oceánica, ambas de caráctersuperficial y la tercera, asociada a una deformación en la placa oceánica subducida y decarácter profundo.

La red sísmica local (RENSIG), desde su funcionamiento en 1988, ha detectado más de44000 eventos de origen tectónico de los cuales, un 14% tienen magnitudes iguales osuperiores a 4.0 grados. El análisis para determinar el campo de esfuerzos se realizó

utilizando los eventos más grandes entre 1996 y 2005, con mayor número de estaciones ycon mejor cobertura azimutal y se obtuvieron los mecanismos focales utilizando lapolaridad de las ondas P y luego con el programa TENSOR que aplica el método de losdiedros rectos, se determinó los tres ejes principales del tensor de esfuerzos considerandolos eventos por zonas tectónico-estructurales.



En la parte marina de la zona de subducción, se identificó un régimen de compresión y otro de extensión, ambos en una misma dirección O-E aproximada, lo cual es posibleen función de dónde ocurran los eventos sísmicos, ya sea en la zona entre las dos

placas (eventos interplaca) o al interior de alguna de las dos placas (eventosintraplaca). Sin embargo, en este estudio, localizar precisamente en profundidad estoseventos y corroborar esta idea, al momento no es factible puesto que no se cuenta conuna metodología apropiada.

En la zona de ante arco se encontró una gran variación de las direcciones de losesfuerzos de compresión y extensión entre N13°y N130°. En la zona del arco, también lasdirecciones de esfuerzos de compresión y extensión son similares: en la zona de Quito yen el Valle Interandino Centro, varían entre N93° y N119° mientras que en el ValleInterandino Sur, las direcciones son N125°. En la zona de Pisayambo, por su ubicaciónentre dos volcanes y en el extremo Sur de uno de los sistemas de fallas activos, se

observa una gran variación en las direcciones de esfuerzos de compresión y extensión:N50° a N152°. En el tras arco, en la zona transpresiva, varían entre N78° y N159°,mientras que en la zona subandina, entre N118° y N146°. Los sismos profundos bajo elante arco y el arco, presentan tensores oblicuos con el eje compresivo subvertical,mientras que bajo el tras arco la dirección de extensión es horizontal.



El hecho de que tanto la dirección de compresión como de extensión se encuentrendentro de los mismos rangos, se puede explicar si en ciertos instantes, la corteza sometidaa compresión en la dirección indicada, se relaja y genera sismos también. Los rangos de variación de las direcciones observados son mayores en el ante arco y menores enel arco y en el tras arco, posiblemente debido a un control de estructuras corticales que cambian los esfuerzos que finalmente actúan sobre cada zona.

Abstract

The seismic activity in Ecuador is related to its geodynamic context where threetectonic plates interact: the oceanic Nazca plate, the continental South American

plate and the Norandean Block. Due to the collision and subduction of the oceanicplate, several seismic sources are identified: first, those related to the subductionitself , second, those related to internal deformations and relative displacements ofthe two continental plates, both with shallow depths, and third, those associated withdeformation in the subducted oceanic plate.

Since 1988, the local seismic network (RENSIG) has detected more than 44000 tectonic events, 14% of them with magnitudes ≥ 4. The determination of the stressfield was made using the largest events recorded between 1996 and 2005, with thegreatest number of stations and a good azimuthal coverage. Focal mechanisms fromP-wave polarity were determined with SPHER and then, the stress tensor analysis wasperformed using TENSOR based on the right dihedron method. We determined thethree principle axes of the stress tensor considering the classification of eventsaccordin to different tectonic-structural zones.



In the offshore part of the subduction zone, a near W-E direction of compression andextension regime was identified, which depends on the location of the seismic eventsalong the interplate zone (interplate events) or within the plates (intraplate events).However, in this study, accurate depth determination is not so precise to corroborate thisassumption, in particular because there is no a good location method at the moment.

The continental fault system shows coincident compressional and extensional stressdirections. In the forearc, there is a great variation in the stress directions from N13° toN130°. In the arc, in Quito and in the Andean Valley , stress directions vary between N93°and N119° whereas in the south of the Andean Valley , the stress direction is N125°. InPisayambo, stress directions vary greatly from N50° to N152°, because this area is locatedbetween two volcanoes and at the southern end of one of the active fault systems, whichcan be modifying the expected regional stress regimen.

In the backarc, stress directions vary between N78° and N159° in the transpressive zone,and in the subandean zone, between N118° and N146°. The principal stress axes for deepearthquakes beneath the forearc and the arc regions are oblique in tension with an almost vertical compression component, whereas beneath the backarc, the extensional stressregime is horizontal.

The fact that both compression and extension directions are similar may be explained by atime dependent relaxation of the crust under compression that generates earthquakes. Inthis study, the principal stress varies greatly in the forearc and less in the arc and backarc

regions. This may be due to specific crustal structures that change locally the stress regimeof each zone.



La actividad sísmica del Ecuador está relacionada con su contexto

Geodinámico donde interactúan tres placas tectónicas:• La placa oceánica de Nazca• La Placa continental Sudamericana y• El Bloque Norandino.

En este ambiente, y debido a la colisión y subducción se identifican varias fuentes sísmicas:

• La primera relacionada con el fenómeno de subducción.• La segunda relacionada con la deformación y movimiento relativo de

las dos placas continentales debido al choque con la placa oceánica,ambas de carácter superficial.

• La tercera, asociada a una deformación en la placa oceánica subducida y de carácter profundo.



Registro de alrededor de 44000sismos de origen tectónico, de loscuales, un 14% tienen magnitudesiguales o superiores a 4 grados.

Figura 1. Sismicidad instrumental registrada porla RENSIG entre 1988 y 2008. Mapa base: Fallasactivas: Proyecto “International Lithosphere

Program Task-Group II-2, Major Active Faults ofthe World” (Alvarado, 2008).



El Ecuador se encuentra en el extremo Nor-occidental de América del Sur,sector donde interactúan tres placas tectónicas. Sin embargo, para autorescomo DeMets, et al. (1990), el Bloque Norandino no es una placa

independiente sino que es parte de la placa Sudamérica. La interacción entre estas placas da origen a los fenómenos del volcanismo y lasismicidad.

La geodinámica del Bloque Norandino y su tectónica están controladas por la

convergencia oblicua de la Placa Nazca a una velocidad de 58 ± 2 mm/año(Trenkamp, 2002; Kreemer, 2003), con una dirección de N81°E, (DeMets et al.,1990), ocasionando un movimiento del Bloque Norandino hacia el NNE (Egoet al., 1995) con una velocidad de 6 mm/año (Mora et al., 1995). Dichomovimiento, en el Ecuador, está acomodado por un sistema de fallas activo

principalmente de tipo dextral denominado Sistema Mayor Dextral quelimita el Bloque Norandino y la Placa Sudamérica.

Representadas por las fallas Pallatanga y Chingual-La Sofía


http://slidepdf.com/reader/full/breve-analisis-de-la-sismicidad-y-del-campo-de-esfuerzos-en-el-ecuador 9/29Figura 2. Zona de convergencia de las placas: Sudamericana, Nazca y bloque Nor-andino.



Mecanismos Focales

El mecanismo focal es una representación gráfica de dos posibles soluciones dela ruptura que origina un sismo (Figura A.a) y de la configuración de

los esfuerzos tectónicos en el área, es decir, un compendio de informacionesque describen el posible mecanismo de falla en la fuente o foco donde se liberala energía en forma de ondas sísmicas.

Falla Transcurrente Falla Normal Falla Inversa

Figura A .a. Mecanismos focales de los principales tipos de fallas con sus correspondientes configuraciones deesfuerzos.



Tabla 1. Eventos utilizados, dirección e inclinación de los ejes principales de esfuerzos

obtenidos para la zona marina de la subducción y parámetros del cálculo en función deltipo de mecanismo focal, ver Figura 3.



Figura 3. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la zona marina de la subducción (I1, I2, N1 y N2 en la Tabla 1). A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo todos los eventos, C.

Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejesprincipales del tensor) para las familias identificadas.



Tabla 2. Eventos utilizados, dirección e inclinación de los ejes principales de esfuerzos

obtenidos para las diferentes familias identificadas en la zona de ante arco y parámetrosdel cálculo; referirse además a la Figura 4 y 5.



Figura 4. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la costa central (CC en la Tabla 2). A. Mapacon la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo todos los

eventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲,S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor) para las familias identificadas.



Figura 5. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la costa norte (CN en la Tabla 2). A. Mapacon la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo todos loseventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲,S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor) para las familias identificadas.

T bl E ili d di ió i li ió d l j i i l d f



Tabla 3. Eventos utilizados, dirección e inclinación de los ejes principales de esfuerzosobtenidos para las diferentes familias identificadas en la zona del arco y parámetros delcálculo; referirse a las Figuras 6, 7 y 8.



Figura 6. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la zona de Quito (Q en la Tabla 3). A. Mapacon la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo todos los eventos,C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲, S3(σ3)■

indican los ejes principales del tensor).



Figura 7. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la zona del Valle Interandino Centro y Sur (CVI & SVI en laTabla 3). A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo todos loseventos: B1 del Valle Interandino Centro, B2 del Valle Interandino Sur, C. Calidad y score de los mecanismos

focales: C1del Valle Interandino Centro, C1del Valle Interandino Sur, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲,S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor), D1 del Valle Interandino Centro, D2 del Valle Interandino Sur.



Figura 8. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la zona de Pisayambo (P en la Tabla 3). A.Mecanismos focales, B. Calidad y score de los mecanismos focales, C. Mapa con la ubicación de los

eventos, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejes principales deltensor).



Tabla 4. Eventos utilizados, dirección e inclinación de los ejes principales de esfuerzosobtenidos para las diferentes familias identificadas en la zona del tras arco y parámetrosdel cálculo; referirse a las Figuras 9 y 10.



Figura 9. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en el Sistema Transpresivo (ST en la Tabla 4). A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo todos

los eventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●,S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor).



Figura 10. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos en la zona Subandina (SAN en la Tabla 4). A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo

todos los eventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos(S1(σ1)●, S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor).



Tabla 5. Eventos utilizados, dirección e inclinación de los ejes principales de esfuerzosobtenidos para las diferentes familias identificadas para los eventos profundos; verFiguras 11, 12 y 13.



Figura 11. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos para los sismos profundos bajo el antearco(PAC en la Tabla 5) A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte

O-E incluyendo todos los eventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores deesfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor).



Figura 12. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos para los sismos profundos bajo el Arco (PA en laTabla 5). A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte O-E incluyendo

todos los eventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores de esfuerzos (S1(σ1)●,S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor).



Figura 13. Eventos y tensores de esfuerzos obtenidos para los sismos profundos bajo el Trasarco(PTA en la Tabla 5). A. Mapa con la ubicación de los eventos y sus mecanismos focales, B. Corte

O-E incluyendo todos los eventos, C. Calidad y score de los mecanismos focales, D. Tensores deesfuerzos (S1(σ1)●, S2(σ2)▲, S3(σ3)■ indican los ejes principales del tensor).



Discusión de resultados

En la zona de subducción, la coexistencia de eventos normales e inversos se explicapor el lugar donde éstos ocurren durante el proceso de doblamiento (compresión yextensión) e introducción de la placa oceánica bajo la placa continental (compresión) yasí, tanto la dirección de compresión como de extensión, coinciden con la dirección deconvergencia de la placa Nazca. Sin embargo, se hace necesario una determinaciónhipocentral más precisa con el fin de relacionar los diferentes tipos de eventos –inversos y normales- con las estructuras ya bien conocidas gracias a las campañasgeofísicas desarrolladas en los últimos años, eg. Sisteur (2000), Salieri (2001) y Amadeus(2005), mediante la utilización de otras técnicas de localización que consideran modelosde velocidad 3D de ondas P y otra aproximación a la ubicación de los eventos (Font, 2003 y 2004).

Para los sismos corticales en la placa continental, se observa que tanto los esfuerzos decompresión como de extensión, se encuentran dentro de los mismos rangos y varían a

grandes rasgos entre NE–SE (por simetría de la proyección: SO-NO). Estos valores enpromedio se pueden atribuir a la compresión que ejerce la placa Nazca en una direcciónaproximada O-E. Otros autores eg. Ego (1996), Legrand et al. (2002) y Corredor (2003)encontraron valores dentro de este rango: N99°, N116.5° y N121° respectivamente. Los valores aquí encontrados presentan variaciones de una zona a la otra: en el arco son másgrandes quizás por el hecho de que la zona es más grande y las estructuras corticales

pueden estar absorbiendo o redireccionando los esfuerzos que finalmente actúan sobrela zona.



En el arco, concretamente en el Valle Interandino, la variación es menor al ser lasestructuras corticales, más constreñidas y paralelas al valle y, en el tras arco, la variación

también es menor, pero se observa una mayor desviación del eje promedio con respectoa la dirección ejercida por la placa Nazca (Fig. 14).

La variación de los ejes promedios (promedio de los rangos presentados en la figura 14)estarían relacionados al movimiento del bloque andino hacia el NE, siendo en el bloquecostero, más evidente y claro este movimiento, mientras que en el arco y tras arco, se

observa una rotación paulatina hacia el SE, a excepción de la zona de Pisayambo quepor su ubicación entre dos volcanes y en el extremo Sur de uno de los sistemas de fallasactivos, estaría presentando un campo de esfuerzos complejo y con mayor variación.

Según otros estudios, se propone que el campo de esfuerzos puede haber sidomodificado localmente tal como sucedió en el sector de Quito durante la actividad pre-

eruptiva del volcán Guagua Pichincha entre 1998-1999 (Calahorrano, 2001) y en la zonadel Valle Interandino al Este de Quito a razón de la erupción del Reventador y delincremento de la actividad registrada en los volcanes Antisana y Cayambe entrenoviembre y diciembre de 2002 (Alvarado et al., 2003).



Figura 14 Rangos de direcciones para los esfuerzos de compresión y extensión(coincidentes) en la placa continental

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