Anlisis ciclo ssmico de subduccin a travs de trabajos acerca del terremoto

Mw:8,8 del Maule del 2010

Javier Echeverra & Fernando Gmez.

Introduccin

El terremoto del Maule Mw:8,8 de 2010, es un gran terremoto de zona de subduccin, cuya

caracterstica importante para el estudio del ciclo ssmico, es que cont con una amplia cobertura

de diversos mecanismos de anlisis que permitieron obtener detalles de los momentos previos,

contemporneos y posteriores al terremoto. A partir de esto es que surgen algunas interrogantes

poco desarrolladas anteriormente, como la distribucin del locking interssmico con respecto al

slip cossmico y el tipo de control que hay detrs de la dinmica que se desarrolla en el

megathrust.

Mtodos y/o resultados

La fase inter-ssmica comprende el periodo de tiempo en el que las placas ocenica y continental

estn acopladas debido a un alto grado de friccin entre ambas. Esto produce, como consecuencia

de la subduccin, una deformacin del antearco que es proporcional a la energa que ser liberada

durante el periodo co-ssmico. La gran prolongacin del periodo inter-ssmico presente en la zona

fue el primer indicio de la ocurrencia del mega terremoto del Maule, Barrientos (1944) a travs

del estudio de este gap ssmico, y del comportamiento de los terremotos alrededor de l, da una

probabilidad de ocurrencia mayor a un 70% para que un terremoto rompa todo el gap en un plazo

de 10 aos. Gracias a esta informacin se llevaron a cabo estudios posteriores en la zona que

permiten caracterizar el periodo inter-ssmico del terremoto del 27 de Febrero de 2010. Campos

et al. (2009), a travs del anlisis de la informacin de un catlogo global de sismos y los datos

de su propia red sismolgica, evidencian un dficit de sismos existente en la zona que abarca la

VII y VIII regin, reafirmando la idea de un alto grado de acoplamiento entre las placas.

Posteriormente la deformacin del antearco en la zona es estudiada por Ruegg et al. (2009)

mediante el uso de datos GPS de redes continuas y discontinuas. Basndose en vectores de

velocidad generados para cada una de las estaciones GPS lograron calcular la velocidad de la

falla hipottica propia del Back Slip Model, y en base a la comparacin de sta con la velocidad

de convergencia de las placas determinaron un grado de acople de las placas de un 98%,

suponiendo una ausencia de variacin lateral en el grado de acople. Finalmente, Moreno et al.

(2010), basado en un Back Slip Model refinado, introduce variaciones de locking ya que

considera diferencias en el grado de acople entre distintos puntos, de modo que realiza modelos

de slip cossmicos preliminares.

La fase co-ssmica corresponde al periodo de desacople de las placas producto de un evento

ssmico que da inicio a un frente de ruptura de las asperezas responsables del alto grado de

friccin entre las placas durante el periodo inter-ssmico. Debido a la disminucin de la friccin,

este periodo se caracteriza por la ocurrencia de un desplazamiento (slip) del antearco en direccin

contraria a la observada antes del sismo, dando lugar a un alzamiento en las regiones cercanas a

la fosa y subsidencia en las regiones ms alejadas. En base a esta deformacin del antearco en la

vertical se realizaron los estudios que utilizan las metodologas ms directas para estudiar la fase

co-ssmica. Entre estos se encuentra en primer lugar el estudio realizado por Faras et al. (2010),

en el que se obtuvo informacin del alzamiento del antearco mediante la medicin de franjas de

lithothamnium presentes en la costa del rea de ruptura del terremoto del Maule. Mediante estos

datos realizarn modelo la deformacin durante el periodo co-ssmico, y en base a este

determinaron la magnitud del sismo. Estudios similares, basados en mediciones geodticas

locales de ecosistemas, fueron realizados por Melnick et al. (2012) y Kelson et al. (2012). Este

ltimo se destaca por la confeccin de un perfil que correlaciona la variacin de alzamiento y

subsidencia a lo largo de la costa con la topografa observada. El estudio de la fase co-ssmica se

basa principalmente en la confeccin de modelos de slip co-ssmico. Los primeros en realizar este

trabajo fueron Lay et al. (2010), quienes mediante el uso exclusivo de datos telessmicos

realizaron dos modelos de slip basados en dos grupos de ondas distintos, pudiendo concluir en

ambos la presencia de 2 parches de slip, uno al norte mayor que otro situado al sur, adems de la

ubicacin del epicentro del terremoto al centro del rea de ruptura. Aspectos en los que todos los

trabajos posteriores coinciden. Tong et al. (2010) producen un modelo de slip co-ssmico

prescindiendo de datos de sismicidad, basndose solamente en datos geodticos y satelitales

(InSAR y GPS), obteniendo una mejor localizacin de dnde ocurre la deformacin. Delouis et

al. (2010) confeccionan el primer y nico modelo en integrar datos geodticos (InSAR y GPS)

con datos telessmicos, haciendo una inversin conjunta con los tres. Posteriormente Vigny et al.

(2011), confeccionan un modelo en base a datos exclusivamente geodticos, que destacan por

incluir los datos de 15 estaciones contnuas de GPS, adems de GPS de campaa y datos de

deformacin vertical. Este trabajo muestra un slip cercano a la fosa a la altura de Concepcin,

probablemente inexistente debido a que esto hubiera generado un tsunami mucho mayor. Lorito

et al. (2011), por su parte, realizan un modelo en base a una inversin conjunta de datos InSAR,

GPS, de deformacin vertical y de tsunami, llegando a conclusiones opuestas a Moreno et al.

(2010): relacionan el mximo de slip co-ssmico con el mnimo locking pre-ssmico, lo que

implica un potencial sismo de magnitud 8 frente a Concepcin. Una crtica a todos los modelos

previos es realizada por Fujii & Satake (2012), que consideran que estn errados debido a que

predicen tsunamis mucho ms grandes al que hubo. Por su cuenta generan un modelo de slip co-

ssmico, basado en datos de tsunamis e informacin de deformacin vertical, que se diferencia

por presentar dos parches de slip co-ssmico sobre el continente, lo que implicara un menor

desplazamiento de agua que los modelos anteriores.

Kiser & Ishi et al. (2011) estudian la evolucin de la ruptura a travs del tiempo cossmico, a

travs de un mtodo de Back Projection, notando que sta se propaga hacia el norte,

teniendo un salto de velocidad a aproximadamente los 35,5 Sur, a partir del cual reconoce

una predominancia de altas frecuencias para el seguemento Norte, y de bajas frecuencias

para el segmento Sur, pudiendo relacionar esto a una caracterstica mas bien heterognea y

homognea del megathrust, respectivamente. Wang & Mori et al (2011) incorporando el

uso de redes telessmicas japonesas observan el mismo fenmeno, sus anlisis ubican ms

al norte los resultados.

Koper et al. (2012) realizan un nuevo modelo de slip, incorporan el anlisis de Back

Projection, y establecen que las altas frecuencias se distribuyen hacia el norte y downdip

del parche de mayor slip (Norte), y las bajas frecuencias hacia el updip, y en general,

menores frecuencias hacia el segmento Sur.

Cubas et al. (2013) analiza factores geolgicos bajo su propio modelo de slip cossmico

(basado en datos publicados; parecido a los que ubican el slip cercano a la costa),

obteniendo una modelacin numrica respecto a la reactivacin de las fallas (encontrando

lmites geogrficos de propagacin de energa) y analizando el ngulo de subduccin con el

ngulo de la topografa, de modo que se pueda relaccionar con la friccin en la base del

megathrust, que se traduce en zonas en estado crtico que se estaran deformando tanto en

la base como internamente y que rodean a las zonas de alto slip cossmico.

Moreno et al. (2012) analizan la geologa en forma similar, y luego de estudiar la correlacin

entre slip cossmico y locking interssmico, y su relacin con las fallas geolgicas preexistentes,

incorporan el factor de la variacin del ngulo de subduccin a travs del gap ssmico, que ubica

una anomala de bajo ngulo en la zona con mayor slip.

Hicks et al. (2012) integr datos de tomografa ssmica de ondas P y la anomala de Bouguer para

obtener un mapa tridimensional que muestra un cuerpo de gran densidad cercano a la interfase de

subduccin.

Discusin y conclusiones

distribucin del locking interssmico con respecto al slip cossmico y el tipo de control que hay

detrs de la dinmica que se desarrolla en el megathrust.

Podemos ver, que el modelo de locking intersismico propuesto por Moreno et al. (2010) no es

coincidente con todos los modelos de slip cossmico analizados (Figura 1). Esto se puede deber

en gran medida a los tipos de instrumentos que midieron los parmetros utilizados en la

confeccin de dichos modelos, por lo que no podemos dar total validez a la tesis propuesta por

Moreno (la nica comparable en forma directa a travs de esquema simplificado) y la idea de que

en zonas de alto locking interssmico se producira el mayor slip cossmico se mantendra en

controversia. Sin embargo, cabe destacar una zona que es ampliamente coincidente, que es la

zona central entre los dos parches principales de slip cossmico, y que se ubica aproximadamente

a los 35,5 S, en la cual hay un bajo o nulo locking interssmico que e ubica entre dos parches de

locking ubicados al norte y al sur.

Es ampliamente aceptado por parte de los trabajos que se analizaron, que existen dos parches de

slip mximo, ubicados al norte y sur de esta zona de bajo locking interssmico. El problema es

que no ubican estos parches a la misma posicin, tanto en latitud y en longitud, generando las

mayores divergencias en torno a donde se produjo el mximo slip, si cercano a la fosa o alejado

de ella, y por ende, ms cercano al lmite del updip o el downdip (Figura 1.a, 1.b). Las

implicancias de tener el slip mximo cercano a la fosa, son que deberan haberse producido

tsunamis de dimensiones muchsimo ms grandes a los que realmente se generaron, lo cual

contrarresta la realidad, sobre todo en los modelos que proponen un gran slip frente a la pennsula

de Arauco, ya que el tsunami que afect la zona sur de la ruptura vino desde el Norte. Por lo

tanto, pareciera ser ms consistente la idea de que el deslizamiento mximo ocurri en el

downdip. Para esclarecer esto, sera necesario analizar los trabajos que consideran el afterslip, ya

que ah se considera la totalidad (o la mayora) de la energa liberada en forma de rplicas o de

manera assmica.

Adems, sostenemos la idea que los factores geolgicos juegan un papel fundamental en la

dinmica del megathrust, siendo preponderante debido a que es la nica manera de explicar las

diferencias de parches de slip, zonas con mayor o menor lockeo, etc. Todo esto se produce debido

a diferencias existentes tanto en las cortezas ocenica y continental (como fallas pre-existentes,

fosas o seamounts en la corteza ocenica y batolitos de distinta composicin, fallas corticales, etc,

en la corteza continental), como en el plano de falla del megathrust (presencia y distribucin de

fluidos y sedimentos que podra estar tambin controlada por factores geolgicos).

Por otro lado, destacamos las observaciones de Kelson et al. (2012) acerca del control

topogrfico que ejercen los terremotos a largo plazo, y creemos que la relacin se da en este

sentido, son los terremotos los que influencian sobre la topografa y no al revs. Esto nos permite

sostener que son las caractersticas friccionales de largo plazo, es decir, las geolgicas, las que

producen una mayor influencia en la estructura friccional del megathrust.

Imgenes:

Figura 1: Comparacin entre locking minterssmico de Moreno et al. (2010) y los distintos

modelos de slip cossmico (autores bajo cada imagen). (a) parte superior: modelos que ubican el

mximo slip cercano al lmite downdip (lnea de costa). (b) Parte inferior: modelos que ubican el

mximo slip cercano al lmite updip (fosa).

Referencias

-Barrientos S., 1990? Large Events, Seismic Gaps, and Stress Diffusion in Central Chile.

Santiago, Chile. 7 pg.

-Cubas, N., Avouac, J.-P., Souloumiac, P., Leroy, Y., 2013. Megathrust friction determined from

mechanical analysis of the forearc in the Maule earthquake area. Earth and Planetary Science

Letters 381, 92103.

-Delouis, B., Nocquet, J., Valle, M., 2010. Slip distribution of the February 27, 2010 Mw = 8.8

Maule Earthquake, central Chile, from static and highrate GPS, InSAR, and broadband

teleseismic data. Geophys. Res. Lett. 37.

-Faras, M., Vargas, G., Tassara, A., Carretier, S., Baize, S., Melnick, D., Bataille, K., 2010.

Land-level changes produced by the Mw 8.8 2010 Chilean earthquake. Science 329, 916.

-Fletcher, L., Hesman, B., Irwin, P., Baines, K., Momary, T., Sanchez-Lavega, A., Flasar, F.,

Read, P., Orton, G., Simon-Miller, A., Hueso, R., Bjoraker, G., Mamoutkine, A., Rio-

Gaztelurrutia, T., Gomez, J., Buratti, B., Clark, R., Nicholson, P., Sotin, C., 2011. Thermal

structure and dynamics of Saturns northern springtime disturbance. Science 332, 14137.

-Fujii, Y., Satake, K., 2012. Slip Distribution and Seismic Moment of the 2010 and 1960 Chilean

Earthquakes Inferred from Tsunami Waveforms and Coastal Geodetic Data. Pure Appl. Geophys.

-Hicks, S., Rietbrock, A., Haberland, C., Ryder, I., Simons, M., Tassara, A., 2012. The 2010 Mw

8.8 Maule, Chile earthquake: Nucleation and rupture propagation controlled by a subducted

topographic high. Geophys. Res. Lett. 39.

-Kelson K., Witter R.C., Tassara A., Ryder I., Ledezma C., Montalva G., Frost D., Sitar N., Moss

R., Johnson L., 2012. Coseismic Tectonic Surface Deformation during the 2012 Maule, Chile,

Mw 8.8 Earthquake. Earthquake Spectra S39-S54.

-Kiser, E., Ishii, M., 2011. The 2010 Mw 8.8 Chile earthquake: Triggering on multiple segments

and frequencydependent rupture behavior. Geophys. Res. Lett. 38.

-Koper, K., Hutko, A., Lay, T., Sufri, O., 2012. Imaging shortperiod seismic radiation from the

27 February 2010 Chile (MW 8.8) earthquake by backprojection of P, PP, and PKIKP waves. J.

Geophys. Res. 117.

-Lay, T., Ammon, C., Kanamori, H., Koper, K., Sufri, O., Hutko, A., 2010. Teleseismic inversion

for rupture process of the 27 February 2010 Chile (Mw 8.8) earthquake. Geophys. Res. Lett. 37.

-Lorito, Romano, Atzori, Tong, Avallone, McCloskey, Cocco, Boschi, Piatanesi, 2011. Limited

overlap between the seismic gap and coseismic slip of the great 2010 Chile earthquake. Nature

Geosci 4, 173177.

-Melnick, D., Cisternas, M., Moreno, M., Norambuena, R., 2012. Estimating coseismic coastal

uplift with an intertidal mussel: calibration for the 2010 Maule Chile earthquake (Mw = 8.8).

Quaternary Science Reviews 42, 2942.

-Moreno, M., Melnick, D., Rosenau, M., Baez, J., Klotz, J., Oncken, O., Tassara, A., Chen, J.,

Bataille, K., Bevis, M., Socquet, A., Bolte, J., Vigny, C., Brooks, B., Ryder, I., Grund, V.,

Smalley, B., Carrizo, D., Bartsch, M., Hase, H., 2012. Toward understanding tectonic control on

the Mw 8.8 2010 Maule Chile earthquake. Earth and Planetary Science Letters 321-322, 152165.

-Moreno, M., Rosenau, M., Oncken, O., 2010. 2010 Maule earthquake slip correlates with pre-

seismic locking of Andean subduction zone. Nature 467, 198202.

-Ruegg, J., Rudloff, A., Vigny, C., Madariaga, R., Chabalier, J., Campos, J., Kausel, E.,

Barrientos, S., Dimitrov, D., 2009. Interseismic strain accumulation measured by GPS in the

seismic gap between Constitucin and Concepcin in Chile. Physics of the Earth and Planetary

Interiors 175, 7885.

-Tong, X., Sandwell, D., Luttrell, K., Brooks, B., Bevis, M., Shimada, M., Foster, J., Smalley, R.,

Parra, H., Soto, J., Blanco, M., Kendrick, E., Genrich, J., Caccamise, D., 2010. The 2010 Maule,

Chile earthquake: Downdip rupture limit revealed by space geodesy. Geophys. Res. Lett. 37.

-Wang, D., Mori, J., 2011. Frequencydependent energy radiation and fault coupling for the 2010

Mw8.8 Maule, Chile, and 2011 Mw9.0 Tohoku, Japan, earthquakes. Geophys. Res. Lett. 38.