SUPERCYCLE AT THE ECUADORIAN SUBDUCTION ZONE REAVEALED AFTER THE 2016 PEDERNALES EARTHQUAKE
María Elena Véliz Zambrano
Compilado a partir de: Nocquet et al. (2016). Supercycle at the Ecuadorian subduction zone revealed after the 2016 Pedernales earthquake. Nature Geoscience, 10(2), 145-149. https://doi.org/10.1038/ngeo2864
Objetivo: Reconstruir el budget de deformación en la zona de subducción de Ecuador desde el gran terremoto de 1906 a partir de resultados históricos de sismología, datos de geodesia actuales y densas observaciones locales del reciente terremoto de Pedernales de Mw 7.8 en 2016
Largos registros de historia sísmica en varias zonas de subducción sugieren un comportamiento de superciclo de actividad sísmica, donde la tensión acumulada durante siglos se libera a través de grandes terremotos agrupados, lo que resulta en un período prolongado de mayor riesgo sísmico
Antecedentes
La secuencia sísmica en la zona de sobducción colombo-ecuatoriana comenzó con el gran terremoto de 1906 Mw 8.5–8.82, que rompió un segmento de ∼500 km de largo del mega empuje desde el norte de Ecuador hasta el sur de Colombia
Durante las siguientes décadas, tres grandes terremotos (Mw 7.7–8.2) rompieron nuevamente varios subsegmentos dentro de la misma área
El terremoto de Pedernales de 2016 parece marcar un nuevo paso de la secuencia porque tuvo lugar en el mismo segmento ya roto por el terremoto de 1942 Mw 7.8–7.9
Todos los eventos de la secuencia ocurrieron en el megathrust donde la placa oceánica de Nazca se subduce debajo de la Astilla Andina del Norte (NAS), un dominio que se mueve 8-11 mm año. El movimiento relativo de Nazca / NAS es ∼85% de la tasa de convergencia de la placa de Nazca / Sudamérica, lo que lleva a un déficit de deslizamiento máximo de 47 mm que se acumula cada año en la megathrust.
Modelo de ruptura del terremoto de Pedernales con Mw 7.8
En la costa, el GP de alta velocidad registró desplazamientos dinámicos que alcanzaron los 2m y los datos del acelerómetro mostraron aceleraciones máximas en tierra superiores a 1g
El terremoto de Pedernales de 2016 rompió un segmento de 100 km de longitud del mega empuje según la inversión de datos de GPS estático y de alta velocidad de campo cercano, acelerómetro, radar de apertura sintética interferométrica (InSAR) y sismómetro de banda ancha global
Se produjo un deslizamiento sísmico de uno a seis metros dentro de una franja estrecha de 40 km de tendencia norte-sur en el mega empuje entre profundidades de 15 y 30 km.
Después de una liberación de momento lento durante los primeros 5 s, la ruptura se propagó hacia el sur a una velocidad promedio de 2.3 km/s e involucró la ruptura sucesiva de dos asperezas adyacentes distintas:
- La segunda aspereza se rompió en un breve lapso de tiempo de ∼10 s con un deslizamiento superior a 5 m, lo que contribuyó a más de la mitad de la liberación de momento total
Esa parte se la ruptura fue a ~ 20 km de profundidad justo debajo de la línea costera poblada y se correlaciona con el daño extenso reportado desde Pedernales hasta Canoa
Los datos de movimiento del suelo y las funciones de tiempo de fuente relativo destacan una directividad hacia el sur de la ruptura
El modelo muestra que aparte de la respuesta local del terreno y las malas construcciones de los edificios, las propiedades de ruptura jugaron un papel clave en el daño observado.
Mapa previo de grandes terremotos y acoplamiento interseísmico a lo largo de la zona de subducción central de Ecuador-sur de Colombia
Strain budget
La ruptura solo se propagó marginalmente en áreas de acoplamiento interseísmico bajo (<20%) mientras que el deslizamiento sísmico más grande (> 2 m) ocurrió en áreas de acoplamiento más alto (> 60%).
La interfaz de subducción está compuesta por asperezas sísmicas discretas que persisten durante el período interseísmico y separadas por zonas débiles asísmicas
El área de ruptura de 2016 abarca las ubicaciones de epicentro propuestas para el terremoto de 1942 Mw 7.8–7.94
La información disponible coincide con una gran superposición entre las distribuciones de deslizamientos sísmicos de 2016 y 1942
- Los ∼6 m de deslizamiento sísmico máximo exceden ampliamente el déficit de deslizamiento de 3.5 m acumulado desde 1942 asumiendo un acoplamiento completo
- El sobreimpulso en varios terremotos recientes se atribuye a que el terremoto anterior no restableció por completo el déficit de deslizamiento
- El deslizamiento durante el terremoto de 2016 supera en un 30 a 60% el déficit de deslizamiento estimado a partir de los modelos de acoplamiento interseísmico extrapolados durante el período 1942-2016
- El terremoto de 1942 tuvo un momento (M0 = 6-8 × 1020 Nm, Mw 7.8-7.9) de tres a cinco veces mayor que el déficit de momento acumulado durante 36 años al ritmo actual
Conclusiones:
- La tasa sísmica en el segmento Pedernales no es consistente con la idea de sucesivas rupturas (1906, 1942, 2016) de la misma aspereza persistente, liberando el deslizamiento y déficit de momento acumulado desde el terremoto anterior
- Se considera la hipótesis alternativa según la cual los terremotos de 1942 y 2016 tuvieron áreas de deslizamiento principales cercanas pero diferentes
- La zona de subducción Ecuador-Colombia ilustra en la actualidad un comportamiento de falla predicho por modelos físicos que incluyen variación espacial de fricción de falla e identificado por estudios paleosismológicos, mostrando terremotos agrupados temporalmente separados por períodos de quiescencia sísmica
- Un gran terremoto también puede tener el efecto opuesto de iniciar una fase de liberación sísmica mejorada, con grandes terremotos ocurriendo con más frecuencia que durante los siglos anteriores al gran terremoto
Se reconocen incertidumbres potencialmente grandes en los modelos de acoplamiento interseísmico cerca de la trinchera donde los datos del GPS proporcionan bajas restricciones ) o la posibilidad de variaciones temporales en la acumulación de deformaciones
Los eventos episódicos de deslizamientos lentos o la sismicidad moderada contribuyen a liberar una fracción de la tensión acumulada
Se asume que el terremoto de 1942 liberó la mayor parte de su momento en un área de la interfaz comprendida entre la latitud 0.5◦ S – 0.5◦ N a lo largo del rumbo y desde la zanja hasta 40 km de profundidad.
el área seleccionada acumula un déficit de momento de 8 ± 1.5 × 1018 Nm cada año
El terremoto de 1958 Mw 7.7 en el norte de Ecuador5 tuvo un momento sísmico que excedió en un 50% a 180% el momento acumulado desde 1906 suponiendo un acoplamiento completo sobre sus respectivas áreas de ruptura
El terremoto de 1979 Mw 8.2 en el sur de Colombia la sísmica momento es al menos un 70% mayor que el momento acumulado desde 1906
Cálculos
Una estimación directa utilizando los sitios GPS en las Islas Galápagos ubicados a 1000 km de la costa frente al margen de Ecuador indica una tasa de convergencia Nazca / NAS de 47 mm/año
La cinemática NAS se deriva de las mediciones de GPS distribuidas en un área grande desde la latitud 3 ◦ S hasta 4.6◦ N con deformación interna insignificante y es consistente con las tasas de deslizamiento del Holoceno en fallas continentales acomodando su movimiento
la incertidumbre de la tasa de deslizamiento en el mega empuje es como máximo de unos pocos milímetros por año
Superciclos de terremotos
Ciclos de terremotos simples: los terremotos grandes y grandes liberan la deformación elástica acumulada durante el período interseísmico anterior en asperezas muy bloqueadas, restableciendo el deslizamiento y el déficit de momento
Los terremotos de 1942 y 2016 corresponden a una liberación de un déficit momentáneo acumulado en una ventana de tiempo superior a 110 años
El terremoto de 1906 no liberó toda la tensión acumulada antes y posiblemente ni siquiera rompió las áreas donde ocurrieron los terremotos de 1942 y 2016
Explica las magnitudes menores propuestas para este gran terremoto 7,8
El terremoto de 2016 indica que persistió un déficit de deslizamiento residual significativo después del terremoto de 1942
En la parte norte de la zona del terremoto de 1906 el momento liberado por los terremotos supera claramente la tensión acumulada desde 1906
Historia
Ciudades como Portoviejo y Manta fueron fundadas durante el siglo XVI y reportaron daños de intensidad III por el terremoto de la corteza de Riobamba M7.5–7.9 de 1797, ubicado 230 km tierra adentro
Sufrieron graves daños durante los terremotos de 1942 y 2016
Existe la probabilidad que cada siglo un megaterremoto golpeara la zona pero no dejara relatos históricos
Paleosismología
Los depósitos provocados por terremotos muestran turbiditas similares a 1906 hace 600 años, seguidas de un grupo de eventos con un tiempo de recurrencia de 40 a 70 años y luego un período de inactividad de 300 años. precedente a la secuencia del siglo XX
Métodos
Distribución de desplazamiento espacial del terremoto del 2016
Datos geodésicos: Se analizaron los datos del GPS utilizando el software GAMIT / GLOBK v10.642, utilizando la estrategia descrita en Nocquet (2014). Los sitios GPS de la campaña se midieron de 3 a 14 días después del terremoto. Se usaron datos de SAR de la banda C Sentinel-1 (Agencia Espacial Europea, longitud de onda de 5,55 cm) y la banda L ALOS-2 (Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa, longitud de onda de 24,25 cm) para determinar el desplazamiento cosísmico de la línea de visión hacia el interior
Métodos de inversión cinemática de ruptura: incluye cinco conjuntos de datos: HRGPS, GPS estático, acelerogramas, InSAR y ondas corporales a escala global. Se seleccionaron desplazamientos de GPS con una magnitud mayor a 1 cm y dentro de los 200 km del epicentro
Desajuste del modelo fuente cinemático: Se invirtió el deslizamiento de falla cinemática obtenida dando el mismo peso al GPS estático, los movimientos locales del suelo (HRGPS y acelerómetros) y los datos telesísmicos, mientras que la mitad de este peso se aplica a InSAR para tener en cuenta potencial desplazamiento postsísmico.
Validación del modelo a partir de la función de tiempo de fuente relativa (1) y datos de tsunamis (2)
- Comparación de las predicciones del modelo con ondas superficiales de banda ancha registradas en estaciones telesísmicas. Se adoptó un enfoque empírico de función de Green (EGF), utilizando como EGF la réplica de Mw 6.7
- Se utilizaron observaciones de tsunamis registradas en las tres boyas de aguas profundas de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA)
Superposición entre la ruptura de 1942 y 2016: Se revisaron las diferentes observaciones disponibles para discutir la superposición entre las áreas de ruptura de 1942 y 2016. Con un mecanismo de empuje y un ángulo de inmersión poco profundo, el mecanismo focal indica que el evento de 1942 es un evento de interfaz de subducción. Se han determinado dos ubicaciones de hipocentros para este evento. Ambos están ubicados dentro de áreas de deslizamiento significativo (∼1 m) durante el terremoto de 2016
Estimaciones de acoplamiento espacial interseísmico, deslizamiento y déficit de momento: El mapa de acoplamiento interseísmico se deriva utilizando el campo de velocidad deNocquet (2014) aumentada de dos sitios en el sur de Colombia proporcionados por el Servicio Geológico de Colombia y que se benefician de datos desde 2011. La geometría de la interfaz de subducción de BPAU se discretiza utilizando cuasi-equilátero triángulos de aristas de 10 km de largo
Disponibilidad de datos: Datos tomados del IGEPN, IGM, a red global GNSS IGS, Sentinel-1, entre otros