Mapa de Esfuerzos Actuales en el Bloque Norte de Los Andes

2ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica
2ª Asemblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofisica
Lagos 2000
1
Mapa de Esfuerzos Actuales en el Bloque Norte de Los Andes
Present-Day Stress Map in the North-Andes Block
M. Arcila(1) (2) , A. Muñoz(2), G. De Vicente (2)
(1)
(2)
Ingeominas, A.A. 695 Popayán, Colombia [email protected]
Departamento de Geodinámica, Facultad de CC. Geológicas, Universidad Complutense, 28040 Madrid, España
SUMMARY
Tectonic setting of the North-Andes Block is complex, and it is controlled by the interaction between different major
plates (Cocos, Nazca, South America and Caribe) and a group of minor plates (Andean Block and Panama) located
between them. This complex setting is resolved by means of different convergent and oblique margins. The main aim of
this work is to establish the present-day stress map of the North-Andes Block from the stress inversion of focal
mechanisms. More than 2500 earthquakes were evaluated, and finally we choose 264 focal mechanism with magnitudes
(Mb) ≥ 4.3. Inversion of shallow focal mechanism with the Stress Inversion Method (Reches et al., 1992), has allowed
us to calculate the local stress tensors in the studied area. Moreover, σHMAX trajectories have been interpolated taking
into account the R factor and the deviations in the σHMAX value. The final present-day stress map has a good agreement
with the main geological structures, and the kinematics setting.
1.
INTRODUCCIÓN Y ENCUADRE TECTÓNICO
El esquema geotectónico para el noroccidente de Sur América
y sur de Centro América es bastante complejo y está controlado por
la interacción de una serie de placas menores (bloque Andino y
Panamá), situadas entre placas mayores convergentes entre sí
(Cocos, Nazca, Sur América y Caribe). Esta situación se resuelve
mediante límites de placas convergentes con subducción oceánica
asociada (Nazca-Bloque Andino, Cocos-Panamá, Caribe-Bloque
Andino y Caribe-Panamá); convergencia entre placas continentales
(Bloque Andino- Sur América) y límites de placa transcurrentes
(Panamá - Nazca) (Kellog y Vega, 1995, Gutscher et al, 1999a)
El propósito de este estudio es establecer, a partir del análisis
poblacional de mecanismos focales de terremotos superficiales
(profundidades ≤ 70 km) y el cálculo de estados puntuales de
esfuerzo, un mapa de esfuerzos actuales para el Bloque Norte de
los Andes.
La información sismológica utilizada se restringió a fuentes
que garantizaran homogeneidad en metodología, calidad y tiempo.
De esta manera, las localizaciones hipocentrales para 2568 sismos
con magnitudes Mb entre 3.5 y 6.5, se tomaron de Engdahl et al
(1998), que relocalizan sismicidad mundial registrada a partir de
1964 por el International Seismological Center (ISC), y el National
Earthquake Information Center (NEIC) del USGS. Los planos
nodales de mecanismos focales de terremotos incluyen información
de 265 sismos con magnitudes (M b) entre 4.3 y 6.5, 246 reportados
en el catálogo CMT de la Universidad de Harvard (Dziewonski et
al, 1981) y 19 obtenidos para este estudio a partir de polaridades
de onda P, tomadas de Pennington (1981) e Ingeominas (1995).
2.
METODOLOGÍA Y ANÁLISIS
Las poblaciones de mecanismos focales de terremotos se
definieron a partir de criterios de localización (agrupaciones o
fuentes sísmicas) y geológicos (límites de placa, regiones
morfotectónicas). Los estados puntuales de esfuerzos se calcularon
con el Método de Inversión de Esfuerzos (Reches et al, 1992), y en
la selección de planos nodales se siguió la metodología propuesta
por Capote et al (1991), basada en el modelo de deslizamiento
(Reches, 1983). Una vez obtenidos los 19 tensores reducidos
(Tabla 1), se calcularon las orientaciones y magnitudes relativas de
las componentes horizontales máxima y mínima (σHMAX y σHMIN)
para generar las trayectorias de esfuerzos superficiales. Esta
interpolación se realizó mediante el código "Lissage" (Lee y
Angelier, 1994), y dadas las dimensiones de la zona de estudio y el
carácter regional del análisis, ésta se realizó con un radio de
búsqueda elevado (500 km), siguiendo el método inverso de la
distancia al cuadrado, y considerando los errores angulares en el
cálculo de las componentes horizontales de los tensores.
Tabla 1. Tensores de esfuerzo calculados (stress tensor calculated )
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
3.
LON
-78.172
-77.518
-72.222
-77.080
-79.384
-78.745
-79.293
-72.732
-80.125
-77.712
-78.378
-77.776
-83.037
-83.271
-82.463
-82.585
-82.619
-82.089
-69.900
LAT
9.443
6.798
7.551
7.130
5.628
2.420
2.950
5.105
-0.390
-2.713
-1.270
0.006
9.830
8.718
6.960
5.427
3.986
7.606
10.002
σ1
15/57
3/271
2/262
7/317
11/222
3/274
76/169
10/118
18/271
5/114
2/246
1/279
4/30
15/33
3/219
11/237
3/226
24/214
87/205
σ2
71/268
9/2
46/354
76/81
69/99
28/6
11/19
30/22
15/175
72/7
27/337
8/9
83/170
16/128
73/116
77/85
75/125
63/61
0/315
σ3
8/150
79/161
43/170
11/226
16/316
60/179
6/288
57/225
65/47
16/205
62/152
81/181
4/299
67/262
15/310
5/328
14/317
10/309
2/45
R
0.22
0.03
0.11
0.10
0.49
0.10
0.40
0.06
0.19
0.19
0.17
0.36
0.12
0.14
0.65
0.67
0.48
0.72
0.80
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
El mapa de trayectorias de esfuerzos muestra una orientación
general del esfuerzo máximo horizontal (σHMAX) que varía de esteoeste en el extremo sur, a noreste-suroeste en el extremo norte del
mapa, con inflexiones asociadas a los límites de placas (figura 1).
Esta orientación general este-oeste pasa a ser noroeste-sureste en el
límite entre el Bloque Andino y la placa Sur América,
disponiéndose perpendicular a la dirección general del relieve. Con
relación al régimen de esfuerzos, los estados de esfuerzos
compresivos aparecen asociados a las zonas de subducción
presentes en el Océano Pacífico (Nazca-Bloque Andino, CocosPanamá), y a zonas de carácter transpresivo en el contacto entre el
Bloque Andino y Sur América. Las zonas con mayor componente
compresiva horizontal (tensores 2 y 6), se encuentran en el extremo
norte de la zona de subducción Nazca-Bloque Andino, y es posible
observar una disminución en el valor de la relación σHMAX/σHMIN
desde el extremo norte hacia el sur a lo largo del contacto entre
ambas placas. Por lo que respecta a los tensores en régimen de
desgarre, estos aparecen asociados a los límites transcurrentes entre
placas oceánicas (Cocos-Nazca, Nazca-Panamá), al contacto
convergente oblicuo entre las placas Caribe y Panamá, y a los
extremos norte y sur del contacto entre el Bloque Andino y Sur
América. Por último, los dos únicos regímenes extensivos aparecen
asociados a fallas normales y normal-direccionales situadas en la
zona de fosa Nazca-Bloque Andino y en el extremo septentrional
del contacto Bloque Andino-Sur América, teniendo en ambos casos
un carácter puntual.
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Lagos 2000
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Caribe
Panamá
Coiba
Bloque
Andino
Sur América
Nazca
Figura 1. Mapa de esfuerzos actuales del bloque Norte de los Andes a partir de mecanismos focales de terremotos, los números corresponden a los
tensores de la Tabla 1 y los radios de las elipses a la razón σ HMAX /σ HMIN . A la derecha, esquema de lo s principales límites y placas tectónicas (Present-day
stress map in the North-Andes Block obtained from the focal mechanism of earthquakes, with numbers, stress tensors in Table 1 and ratio σ HMAX /σ HMIN
given by ellipses-axis. Right, main tectonic and boundaries plates draft).
Se señala la presencia de una zona de fractura E-O con
expresión morfológica y actividad sísmica asociada, situada al
sur del Bloque de Panamá (latitud aproximada 5.5°), y que pone
en contacto dos bloques de corteza oceánica con desplazamiento
sinestroso. Este límite presenta un carácter concreto y
diferenciado de uno paralelo situado más al norte, definido como
el límite entre las placas Nazca y Bloque Panamá. De este modo
se retoma la microplaca "Coiba", propuesta por Adamek, et al
(1988), para el bloque de carácter oceánico limitado al norte y al
sur por los dos límites transcurrentes sinestrosos, la zona de
subducción al este, y la Zona de Fractura de Panamá al oeste.
AGRADECIMIENTOS
Resultados preliminares del trabajo de tesis doctoral de M. Arcila,
con financiación de la Agencia Española de Cooperación Internacional
AECI e INGEOMINAS (Servicio Geológico Colombiano). Los autores
agradecen a los doctores Z. Reches y J.C. Lee, el uso de sus programas
de análisis. El mapa de esfuerzos se elaboró con el programa GMT
(Wessel y Smith, 1999), y la base topográfica se tomó de Smith y
Sandwell (1997).
4. REFERENCIAS
Adamek, S., C. Frohlich and W. Pennington (1988). Seismicity of the
Caribbean-Nazca Boundary: Constraints on Microplate Tectonics of
the Panama Region. J. Geophys. Res. 93 (B3): 2053-2075.
Capote, R., G. De Vicente, J.M. Gonzalez Casado (1991). An
application of the slip model of brittle deformations to focal
mechanism analysis in three different plate tectonics situations.
Tectonophysics, 191: 399-409.
Dziewonski, A.M., T.A. Chou and J.H. Woodhouse (1981).
Determination of earthquakes source parameters from waveform
data for studies of global and regional seismicity. J. Geophysics Res.
86: 2825-2852.
Engdahl. E.R., R.D. Van der List and R. Buland (1998). Global
teleseismic earthquake relocation with improved travel times and
procedures for depth relocation. Bull. Seism. Soc. Am. 88: 722-743.
Gutscher, M.A, J. Malavieille, S. Lallemand and J.Y. Collot (1999a).
Tectonic segmentat ion of the North Andean margin: impact of the
Carnegie Ridge collision. Earth Planet. Sci. Lett. 168: 255-270
INGEOMINAS (1995). Boletin trimestral de sismos enero-marzo
Kellog, J.N., V. Vega (1995). Tectonic development of Panama, Costa
Rica and Colombian Andes: Constraints from global position
system geodetic studies and gravity. Geol. Soc. Am. Bull. Special
paper 295:75-90
Lee, J.C., J. Angelier (1994). Paleostress trajectory maps based on the
results of local determinations: the "lissages" program. Computers
and Geosciences, 20 (2): 161-191.
Pennington, W.D. (1981). Subduction of the eastern Panama basin and
seismotectonics of northwestern South America. J. Geophys. Res.
86 (B11): 10753-10770.
Reches, Z. (1983). Faulting of rocks in three-dimensional strain fields. II
Theoretical analysis. Tectonophysics, 47: 109-129.
Reches, Z., G. Baer and Y. Haztor (1992). Constrain on the strength of
the Upper Crust from stress inversion of fault slip data. J.
Geophysic. Res. 97 (B9): 12481-12493
Smith, W.H.F. and D.T. Sandwell (1997). Global seafloor topography
from satellite altimetry and ship depth soundings. Science 277:
1956-1962
Wessel, P. and W.H. Smith (1999). The Generic Mapping Tools (GMT).
Version 3.2