~ ~ INSTITUTO GEO FISI CO DEL PER U CENTRO NACIONAL DE DATOS GEOFÍSICOS INFORME DE PRÁCTICAS PRE-PROFESIONALES "DETERMINACIÓN DE LA ZONA DE WADATI-BENIOFF EN EL BORDE OCCIDENTAL DE SUDAMÉRICA" PRESENTADO POR: Rodrigo Rubén, Quispe Chura Director: Dr. Hernando Tavera Lima IN:,TJI'uro GEOFISICO !Ju ,~..u 2003 BIBLIOTECA t'E~l'~.-\L f N- Jn8reao ""!'~_!~ ~ . echa f?!J._- I /0 -0/o-J-.-......................---...-----..-.--..... .-- - Perú I AGRADECIMIENTOS Mi agradecimiento de manera especial a la Ing. Isabel Bemal por sus enseñanzas consejos y orientación brindados en el desarrollo del presente estudio. Al Dr. Remando Tavera, Director del Centro Nacional de Datos Geofisicos- Sismologíadel Instituto Geofisico del Perú (CNDG), por darme la oportunidad de integrarme a su grupo de trabajo y poder así realizar mis practicas pre-profesionales. Asimismo, a todo el personal del área del CNDG - Sismología por su apoyo, orientación y sugerencias brindados en el desarrollo del presente estudio. Finalmente, hago extensivo mi agradecimiento al Instituto Geofisico del Perú por haberme brindado una beca integral para la realización de mis practicas preprofesionales en el área de Sismología, gracias a la cual se ha realizado el presente estudio. 2 INDICE AGRADECIMIENTOS 1.INTRODUCCIÓN 4 II. CARACTERÍSTICAS GEODINÁMICAS DEL BORDE OCCIDENTALDESUDAMÉIDCA 7 ID. BASE DE DATOS 11 3.1. Rango de Magnitud 12 3.2. Eliminación de Réplicas 14 IV. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE LA SISMICIDAD EN EL BORDE OCCIDENTAL DE SUDAMÉIDCA 17 4.1. Distribución Espacial de la Sismicidad 17 4.1.1. Sismos con Foco Superficial 4.1.2. Sismos con Foco Intermedio 19 20 4.1.3. Sismos con Foco Profundo 22 4.2. Distribución en Profundidad de los Sismos 22 4.2.1. Secciones Región I 22 4.2.2. Secciones Región II 24 4.2.3. Secciones Región ID 27 V. ZONA DE WADATI-BENIOFF 32 5.1. Tendencias Medias de la Sismicidad: Región I 32 5.2. Tendencias Medias de la Sismicidad: Región II 32 5.3. Tendencias Medias de la Sismicidad: Región ID 34 VI. CONCLUSIONES 37 VII. BIBLIOGRAFÍA 39 3 l. INTRODUCCIÓN La Tierra presenta grandes rasgos sismotectónicos, tales como grandes cadenas montañosas, cordilleras oceánicas, cadenas volcánicas, fracturas o fallas en la corteza, etc; los cuales ponen en evidencia que la Tierra no es un cuerpo estático, sino que ha estado y está sujeta a una actividad continua. A principios del siglo XX, Alfred Wegener publicó su teoría sobre la deriva continental, sugiriendo que los continentes formaron parte de un solo supercontinente llamado Pangea del cual se fueron separando de modo progresivo, desplazándose sobre la superficie del globo en diferentes direcciones. Actualmente, se reconoce la existencia de una docena de placas rígidas de diversa forma y tamaño (Africana, Euroasiática, Nazca, Norteamericana, Sudamericana. del Pacifico, etc) que se encuentran en constante movimiento, separándose o chocando entre si. La interacción entre placas tectónicas está definida por alguno de los siguientes . márgenes de contacto: Márgenes de fractura o deslizamiento horizontal, en las cuales no se genera ni destruye litosfera tal como ocurre en la falla de San Andrés. Márgenes de extensión o divergencia; donde se produce la separación de las placas, generándose nueva litósfera, lo que da lugar a montañas submarin~s, siendo un caso ~ípico la" cordillera Centro-Atlántica. Márgenes de subducción o convergencia donde se produce una colisión entre dos placas; proceso por el cual una de las placas se introduce por debajo de la otra dando origen a la formación de arcos de islas o cordilleras en los continentes; tal como ocurre con la Cordillera de Los Andes. En el caso del borde Occidental de Sudamérica, el alto índice de actividad sísmica y volcánica se debe a la colisión de la placa de Nazca y Sudamericana dando origen al proceso de subducción y mediante el cual la placa de Nazca se introduce por debajo de la placa Sudamericana a una velocidad relativa de 8 cm/año (DeMets 1990). Los sismos que se originan por este proceso pueden llegar a alcanzar grandes magnitudes y producir grandes catástrofes con cuantiosos daños materiales y perdida de vidas humanas. Los primeros estudios realizados para conocer la geometría de las placas subducentes fueron realizados por Wadati y Benioff en el año 1935. Estos autores propusieron que la geometría de la placa dentro del proceso de subducción, tendría su origen, en la presencia de una gigantesca falla de penetración entre dos cuerpos rígidos; 4 hipótesis muy cercana a la que actualmente define a una zona de subducción. En la actualidad, la superficie que define la geometría de una placa que subduce por debajo de otra, es conocida como zona de Wadati-Benioff. La forma o geometría de la placa de Nazca bajo la Sudamericana ha sido ampliamente analizada y evaluada por diversos autores a partir de la distribución de la sismicidad mundial (Barazangi y Isacks, 1976; Kanamori y McNally, 1982; Cahill y Isacks, 1992). Asimismo, existen otros estudios regionales realizados para Colombia (Taboada et al, 1998; Coblentz y Richardson, 1996; Pennington, 1981; Meijer y Wortel, 1992), Ecuador (Rey et al, 1977; Cooper et al, 1987; Bourdon, 1999; Bourdon et al, 2002), Perú (Stauder, 1975; Barazangui y Isacks, 1976; Rasegawa y Sacks, 1981; Grange et al, 1984; Schneider y Sacks, 1987; Rodríguez y Tavera, 1991; Cahill y Isacks, 1992; Lindo, 1993; Tavera y Buforn, 1998; Tavera, 1998; Tavera y Buforn, 2001; Bernal, 2002) y Chile (Madariaga, 1998; Astiz y Kanamori, 1988; Smalley y Isacks, . 1987; Fuenzalida et al, 1992; Araujo y Suarez, 1994; Comte y Suarez, 1995) utilizando datos extraídos del NEIC o de redes regionales. En general, todos estos estudios sugieren la presencia de una placa de Nazca con una g~ometría muy heter<?géneaycaracterizada principalmente por presentar diferentes modos de subducción por debajo del continente: subducción normal y subhorizontaL Desde Colombia hasta el Sur de Chile, se postula la presencia de regiones donde la placa de Nazca subduce con ángulos que varían entre 10° y 30°. En el presente estudio se describen las principales características geodinámicas del borde Occidental de Sudamérica con a fin de caracterizar zonas de mayor potencial sísmico. Asimismo, se analiza y evalúa la distribución espacial de los sismos ocurridos en el borde Occidental de Sudamérica con la finalidad de configurar la geometría de la zona de Wadati-Benioff a partir de las tendencias medias de la distribución en profundidad de los focos sísmicos, para tal fin se hace uso de una base de datos de 21 años (1980-2001), extraída del catalogo del NEIC (National Eartquake Information Center). 5 '-- Figura 1. Esquema que muestra la interacción de la Placa Nazca y la placa Sudamericana. Las flechas indican la dirección de convergencia de las placas; las zonas en alto relieve representa la cordillera de los Andes. El esquema interior representa el proceso de Subducción de placa de Nazca por debajo del continente. 6 11. CARACTERÍSTICAS GEODINÁMICAS DEL BORDE OCCIDENTAL DE SUDAMÉRICA El entorno geodinámico del Borde Occidental de Sudamérica es muy complejo, este tiene su origen en el proceso de subducción, mediante el cual la placa de Nazca (litosfera oceánica) subduce por debajo de la placa Sudamericana (litosfera continental) en dirección NE (Figura 1). dando origen a diferentes procesos de deformación. En la actualidad, la interacción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana a dado origen a diversos y grandes rasgos tectónicos (Figura 2), tales como: Dorsales Oceánicas, En la corteza oceánica existe superficies elevadas y alargadas que topográficamente resaltan como alineaciones de montañas (cordilleras submarinas) que presentan elevadas cumbres en relación a la profundidad media del fondo oceáni~o, llamadas Dorsales Oceánicas, las cuales tendrían su or;igen en antiguas zonas de generación de corteza o por puntos calientes extintos, estas dorsales se ubican sobre la placa de Nazca próximas al borde Occidental de Sudamé~ca, así también se e~cuentran. dispuestas en una dirección perpendicular a la, línea de fosa Perú-Chile, tal como la Dorsal de Nazca, Dorsal de Camegie yla Dorsal de Juan Fernández. De estas cordilleras submarinas, la Dorsal de Camegie se ubica entre las latitudes soN y 0° presentando una orientación predominante E-W, siendo su origen probable como un antiguo arco de islas. La Dorsal de Nazca se encuentra entre -15S0 y -24So de latitud y sigue una orientación predominante NE-SW. Estudios recientes, sobre anomalías magnéticas, permiten considerar la hipótesis de que la Dorsal de Nazca debe su origen a una antigua zona de creación de corteza (Sebrier et al 1985; Udias y Mezcua, 1997). La Dorsal de Juan Fernández se encuentra ubicada entre -32°S y -34°S de latitud con una orientación E-W; siendo considerada como una cadena de volcanes generados por un punto caliente ya extinto. Fractura de Mendaña, Esta se localiza en el extremo NW de la ~egión central de Perú entre -lOoS y -12°S de latitud; y presenta un ancho de 150 km aproximadamente con una orientación N62° (Kulm et al. 1983). Esta fractura sería una antigua zona de divergencia de placas. 7 0° I~ ~ \000 e Sudamérica DorsaldeCarnegie 10° ~. rtac\uta 15° OcéanoPacifico 20",- 25° ~~ r? oo ~0 ~~ j /f ~[J, / . 30° Á~~ <) 00 Placa de Nazca \\ 35° / I 40° 85° 75° 80° 70° 65° Figura 2. Principales rasgos tectónicos presentes en la placa de Nazca y en el borde Occidental de Sudamérica. Los triángulos indican la localización de los volcanes y las líneas representan a los principales sistemas de fallas. E/área sombreada corresponde a la Cordillera de los Andes y las flechas la dirección de convergencia de placas según (DeMets et al,1990). 8 Fosa Perú-Chile, En general, las fosas oceánicas marcan el inicio de los procesos de subducción. La fosa Perú-Chile se presenta paralela al borde Occidental de Sudamérica y a la Cordillera de los Andes, alcanza profundidades máximas de 6000m (Reras, 2002) y se extiende a través de varios miles de kilómetros desde Colombia hasta la Tierra del Fuego en Chile. La fosa Peruana-Chilena se orienta en dirección NE-SW en Ecuador y Colombia, NNW-SSE en el Norte-Centro y NW-SE en la región Sur de Perú y finalmente, N-S en Chile. La Cordillera de los Andes, Es una cadena montañosa que se extiende a 10 largo del borde Occidental de Sudamérica, desde Venezuela hasta la Tierra del fuego en Chile, presentado una longitud de 8000km y esp~sores que fluctúan entre 50 a 70km (James 1971). La Cordillera de los Andes, es una de las formaciones orográficas mas altas del mundo, segunda después del Rimalaya, alcanza alturas de hasta 6959 m.s.n.m. (nevado Aconcagua, asimismo determina y condiciona territorios en 7 países: Chile Argentina, Bolivia, Perú, Ecuador, Colombia y Venezuela. Dentro de su topografía y geometría la Cordille~a de los Andes pr~senta 2 inflexiones importantes: La primera conocida como el Codo de Santa Cruz a la altura de Arica en Chile, en donde la cordillera de los .Andes cambian de orientación, de una dirección N-S en Chile a una dirección NW-SE a 10 largo del Perú. Una segunda inflexión es la de Guayaquil, localizada sobre el Ecuador, donde la Cordillera de los Andes cambia de orientación hacia el NE hasta llegar al Caribe, donde se acentúa aun más esta dirección. Cadena Volcánica, La cadena volcánica en el borde Occidental de Sudamérica se distribuye formando tres agrupamientos (Figura 2): el primero sobre Colombia y Ecuador entre las latitudes SONy -2°S con una orientación NE-SW, el segundo en la zona Sur de Perú y Norte de Chile entre -16°S y -27°S de latitud con una orientación NW-SE y un ultimo agrupamiento al Sur de Chile por debajo de los -33°S de latitud hasta la tierra del Fuego con una orientación NE-SW. Sistemas de Fallas, Una falla es definida como la superficie de contacto entre dos bloques que se desplazan en forma diferencial uno con respecto del otro, estas se reconocen por su expresión en superficie o por la distribución de sismos sobre su plano 9 . de falla. Las fallas en el borde Occidental de Sudamérica deben su origen a la continua defonnación de la Cordillera de los Andes; por 10tanto estos se distribuyen paralelos a la misma presentando diferente longitud y características. Entre los principales sistemas de fallas se puede mencionar los siguientes: en Colombia el Romeral, Cauca, Farallones, Buenaventura, Golfo de Tortugas, Anchicayá, río Magdalena, Santander de Quilichao y Huilan (OSSO, 1998); en Ecuador: las fallas de Guayaquil, Babahoyo, Santo Domingo, Toisán, Maldonado, Jama, Girón- Cuenca (Suarez et al, 1983); en Perú: fallas de Moyobamba, Satipo, Madre de Dios, Cordillera Blanca, Tambomachay, Huaytapallana (Bernal, 2002) y en Chile: Andina, Atacama, Domeyko, POCillO, Chacabuco, Liquiñe y Ofqui (Muñoz y Charrier, 1996). 10 111. BASE DE DATOS Un catalogo sísmico define una base de datos valida para realizar cualquier estudio dentro del campo de la sismología, este debe de contener los principales parámetros que caracterizan un sismo (fecha, hora de origen, latitud, longitud, profundidad, magnitud e intensidad) calculados en las mismas condiciones de contorno a fin de construir una base homogénea (Tavera y Agüero, 2000). Los resultados de cualquier estudio, dependen de la calidad de la base de datos utilizados, por lo tanto esta deberá de ser lo más homogénea posible, evaluada y calificada de manera cuantitativa dependiendo del procedimiento mediante el cual fueron obtenidos. Asimismo, de acuerdo al tamaño de los sismos, esta debe ser completa para el periodo considerado y de excluirse algún sismo debe ser únicamente por que no cumple con las condiciones de contorno definidas inicialmente. Finalmente, esta información debe ser lo más actual posible ya que solo así se tiene la seguridad de que los parámetros focales de los sismos han sido correctamente determinados con el uso de un número mayor de estaciones sísmicas (Bernal, 2002). "". Los sismos utilizados en el presente estudio fuerón extraídos del catalogo del National Earthquake Information ~enter (NEIC). Esta institución con sede en Estados Unidos tiene la misión de determinar epicentros de los sismos que se producen en el mundo. Actualmente los parámetros epicentrales para los sismos importantes (mb>4.0), están disponibles minutos después de ocurrido yl sismo, en su website. El área de estudio se ubica entre 7°N y -45°S de latitud, -85°W y -600W de longitud y se ha considerado datos para el periodo comprendido entre los años 19802001. Asimismo, se elaboró curvas de frecuencia sísmica y distribución temporal de la sismicidad para definir el umbral mínimo de magnitud a partir del cual se puede asumir que la base de datos es homogénea. Los sismos para los cuales el NEIC reportó la profundidad de 33 km (profundidad normal) fueron eliminados ya que este valor es atribuido cuando los algoritmos no permiten calcular correctamente este parámetro. Asimismo, a fin de homogenizar aun más la base de datos se ha visto por conveniente utilizar la magnitud mb para todos los sismos, ya que esta escala de magnitud es valida para sismos ocurridos a diferentes niveles de profundidad y distancias. 11 3.1. RANGO DE MAGNITUD A fin de homogenizar los datos, se construyó la curva de frecuencia sísmica (Figura 3) a fin de identificar el umbral mínimo de magnitud para la completeza del catalogo. En la Figura 3, se observa que los sismos con magnitud mb2::4se ajustan a una recta, lo cual sugiere que a partir de esta magnitud los sismos presentarían errores mínimos en sus parámetros ya que serian registrados por un mayor número de estaciones. Con la finalidad de obtener una base de datos óptima se realiza un análisis complementario para definir el umbral mínimo de magnitud para la base de datos. Según, Lamarre et al (1992), un catalogo es homogéneo o completo cuando los sism?s ocurridos en el lapso de un determinado periodo se encuentran dentro de un intervalo de magnitud uniforme. Es decir, para evaluar la completeza de un catalogo se debe realizar la comparación entre la distribución temporal de los $ismos y su magnitud para" diferentes periodos de tiempo. En la Figura 4 se muestra la distribución temporal de los sismos para el periodo 1980-2001, asimismo se observa gran irregularidad en el umbral mínimo de magnitud de los sismos. Entre los años 1980 y 1991 el umbral mínimo de magnitud es del orden de mb=4.1, para los años 1992-1995 el umbral mínimo disminuye hasta mb=3.3; mientras que, entre los años 1996 y 2001 el umbral mínimo de magnitud alcanza un valor del orden de mb = 2.2. Esta diferencia tiene su origen en el incremento y en la incorporación de estaciones más sofisticadas, con lo cual es posible registrar un mayor número de sismos a nivel mundial. En general, es posible considerar como un umbral mínimo de magnitud el valor de mb = 4.0 para todo el periodo de tiempo (1980- 2001). 12 CURVA DE FRECUENCIA 7000 6000 -~ 111 o 55000 .¡;¡ QI "a 4000 -~ ~ ".¡:I «11 -=3000 E ti «112000 51:: 1000 o 3 4 5 6 7mag (mb' Figura 3. Curva de Frecuencia sísmica para el borde Occidental de Sudamérica 8.0 7.0 6.0 ~ 5.0 :' 4.0 :t=! e '- E 3.0 <» . ~ 2.0 1.0 1980 19135 1990 1995 2000 años Figura 4.- Distribución temporal de la sismicidad ocurrida en el borde Occidental de Sudamérica durante el periodo 1980-2001. La línea horizontal representa el umbral mínimo de magnitud 13 3.2. ELIMINACIÓN DE RÉPLICAS Después que se produce un terremoto de magnitud elevada, es posible esperar que ocurran muchos sismos de menor tamaño en la vecindad del hipocentro, los cuales se conocen con el nombre de réplicas. Algunas réplicas duran largo tiempo, incluso superan el lapso correspondiente a un año tal como ocurrió con los sismos de Alaska 1964 y Chile 1960. A fin de homogenizar con mayor precisión la base de datos, se ha visto por conveniente eliminar las réplicas de sismos de magnitud elevada; debido a que estas representan anomalías dentro de los patrones de frecuencia sísmic.a y en general; se presentan en gran número formando aglomeraciones. En el presente estudio se ha visto por conveniente eliminar las réplicas de los sismos de magnitud elevada asociados al proceso de subducción y que ocurrieron durante el periodo 1980-2001. Los sismos ocurridos en el interior del continente y que produjeron replicas no fueron considerados por estar relacionados con la deformación continental. Para el borde Occidental de Sudamérica se ha logrado identificar 7 sismos de magn,itud elevada que pr9dujeron' réplicas los cuales son presentados en la Tabla 1. Tabla 1. Relación de sismos ocurridos en el borde Occidental de Sudamérica para el periodo 1980 - 2001 Y que produjeron FECHA réplicas. HORA DE LATITUD LONGITUD PROFUNDIDAD MAGNITUD ORIGEN (O) (O) (Km) (mb) 1 1985/03/03 22:47:07.28 -33.1 -71.9 35 6.5 2 1992/10/18 15:11:59.11 7.07 -76.9 10 6.4 3 1995/07/30 05:11:23.63 -23.3 -70.3 45 6.8 4 1996/11/12 12:59:01.30 -14.99 -75.68 30 6.7 1997/10/15 01:03:33.46 -30.9 -71.2 58 6.6 6 1998/08/04 18:59:20.10 -0.59 -80.39 30 6.5 7 2001/06/23 20:33:14.13 -16.3 -73.6 32 6.9 5 . 14 Las réplicas fueron eliminadas mediante la identificación de grupos o concentración espacial de sismos, que tienen como referencia a un sismo de magnitud elevada. El periodo considerado como el límite en el cual ocurren las replicas fue de seis meses de ocurrido el sismo principal. En general, se logro identificar 7 eventos principales dentro del área de estudio (Tabla 1), para los cuales se construyó sus respectivos histogramas para identificar y cuantificar las réplicas para su posterior eliminación, tal como se muestra en la Figura 5. replicas: 18-10-1992(COLOMBIA) replicas:O3-03-1985(CIDLE) 50 40 45 35 40 30 fII 35 o ~ 25 i! e 30 .¡ 25 fII E en "¡¡¡20 E ~ 15 20 e 15 10 10 5 5 O o $' ene feb mar abr may jun jul a90 sel replicas:30-07-1995 (CIDLE) 40 45 35 40 30 35 o 25 ~30 ~ 15 e ~25 "¡ e2o ~ C15 ~!!"o,o!!,p.o .~ ,$' ~'t O'" ~ J9 &. <f:t "Í>~' §'. o ,<' <,'" .{J! ~~ 4". replicas: 12-11-1996 (PERU) fII e "~20 10 10 5 5 o O ~O ~ }0° .~ ..>.-f' ., ,¡9 ,o .<€ ..~ ~"f' ..,/0° ~ .? .~ .? ~ <f"' if ~ ~,o ..,/00 :,/' "'~ ;:§'V &~ .<1'" '4-'" .p¡ <f"' if ti' 6' ti' ,o ¡¡,o $:o ° 6' .:o~ ~ ~ ~"'i ,o Figura 5.- Histogramas de sismos ocurridos en el borde Occidental de Sudamérica, que produjeron réplicas 15 replicas:04-08-1998 replicas: 15-10-1997 (CHILE) 50 (ECUADOR) 40 45 35 40 30 el) o 25 E el) '¡¡¡ 20 E :::1 15 e 10 el)35 o E 30 el) '¡¡¡ 25 § 20 e 15 10 5 5 o O ~ ~ ~ ~ ~ -<f> ~ ,J> ~ # 'IF"""VJo,,~,VJ..,0 .,~ <1-0 ¡y" ~ ~ A9 ~VJ .VJ ~. 0,<iP<$' l' ..:>~O .4'0 " replicas:23-06-2001 (PERU) J:;f ~<0 ,J><0~<0 #0 ",($ ""VJ O~ ;.,0 .i}VJ ,i~ "o ~ ~~o éO 0 ,<iP .J 50 45 40 el) 35 o E 30 el) '¡¡¡25 § 20 e 15 10 ~ ~ ~.~ '() ~'" .~ " ~ ~ ~ ~ ~ ",<f ",,0<$' o(j.v "'~ ~,0<$' .i}0<$' <1-0 ~ Figura 5,-Continuación Finalmente, estos procedimientos permitieron construir una base homogénea de datos compuesta de 9849 sismos con magnitudes mayores e iguales a 4.0mb. 16 IV. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE LA SISMICIDAD DEL BORDE OCCIDENTAL DE SUDAMÉRICA El borde Occidental de Sudamérica es una de las regiones sísmicas de mayor actividad del mundo, tal como se muestra en la Figura 6. En este borde son frecuentes los terremotos que llegan a alcanzar grandes magnitudes y producen enormes catástrofes con perdidas de vidas humanas y cuantiosos daños materiales. La región andina desde Colombia hasta la Tierra del Fuego es sacudida periódicamente por grandes terremotos y contribuye en gran porcentaje con la ~nergía sísmica disipada en todo el mundo en cada siglo. En general, los sismos se distribuyen por debajo del continente aumentándo la profundidad de sus focos desde la fosa hacia el interior del continente, llegando a alcanzar profundidades del orden de 700 km en los bordes de frontera entre Brasil, Perú, . Bolivia y Argentina. 4.1 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA SISMICIDAD Para clasificar los sismos, existen. diferentes procedimientos, ya sea considerando magnitud, intensidad, profundidad etc. Sin embargo esta clasificación depende del tipo y objetivo del trabajo que se esta realizando. En el presente estudio se realiza un análisis y evaluación de la sismicidad en el borde Occidental de Sudamérica, con la finalidad de obtener una aproximación a la geometría de la zona de WadatiBenioff. Por tal motivo, para realizar una análisis detallado de la distribución de la sismicidad se ha clasificado los sismos en función de la profundidad de sus focos, siguiendo el criterio establecido por Tavera y Buforn (1998) y Bernal (2002): Sismos con foco Superficial : profundidad menor a 60 km Sismos con foco Intermedio : profundidad entre 60 y 300 km Sismos con foco Profundo : profundidad mayor a 300 km 17 a. b. , .7J)' .7J)' Océano Pacífico .- Océano Pacífico 00 -40' -40' w w , '.. . Sismos Intennedio$ .. SismosProfundos . Sismos Superficiales -«r .¡;o' -80' , -«r -40' -«r -«r -40' Figura 6. Mapa de slsm/cldad para el borde Occidental de Sudamérlca, periodo 1980 - 2001(mb ~ 4.0) a) Slsmos con foco superficial (h ~ 60 km) Y b) Slsmos con foco Intermedio (60 km < h ~ 300 km) Y profundo (h > 300 km). RI, RIIY RIIIIndican las regiones de estudio. 4.1.1 Sismos con Foco Superficial En la Figura 6a. se muestra el mapa con la sismicidad superficial presente en el borde Occidentalde Sudaméricapara el periodode 1980- 2001 (mb ~ 4.0). De manera general, los sismos pueden ser agrupados en dos grupos: el primero considera sismos que se localizan entre la línea de costa y la fosa a 10 largo del borde Occidental de Sudamérica, produciendo terremotos de magnitud elevada con relativa frecuencia. Esta sismicidad puede estar asociada principalmente al proceso de subducción en sus primeros niveles de profundidad (fricción de placas). Un segundo grupo está formado por sismos ubicados en el interior del continente, los mismos que se distribuyen de Norte a Sur a 10 largo de la Cordillera de los Andes. Estos sismos pueden estar asociados a las deformaciones corticales que dieron origen a los principales sistemas de fallas. A fin de realizar un análisis detallado se ha visto por conveniente dividir la zona de estudio en tres regiones: Región 1 : Colombia y Ecuador Región TI: Perú Región ID: Chile Región 1, En esta región se observa que los sismos se localizan en su gran mayoría entre la fosa y la línea de costa, formando pequeños agrupamientos paralelos a la línea de costa y asociados al proceso de subducción, además se observa importantes concentraciones de sismos entre las latitudes 2°N y -3°S ~iendo la segunda coincidente con la llegada de la dorsal de Carnegie al continente. Un segundo grupo, considera los sismos presentes en el interior del continente los cuales se distribuyen sobre los flancos de la cordillera de los Andes, alineados en dirección NE-SW los mismos que estarían asociados a los principales sistemas de fallas activos presentes en esta región. Asimismo, se observa la presencia de algunas áreas con un bajo índice de sismicidad las cuales podrían ser asociadas a la presencia de algunas zonas de laguna sísmica. Región 11, En esta región los sismos con foco superficial se localizan en mayor número entre la fosa oceánica y la línea de costa, siendo esta región donde se producen sismos de magnitud elevada con relativa frecuencia, tal como el ocurrido el 23 de Junio del 2001. Asimismo, se observa un incremento en el número de sismos en la parte central 19 de Perú coincidiendo con la llegada de la dorsal de Nazca. En el interior del continente se observa otro grupo importante de sismos con foco superficial y estos se distribuyen de Norte a Sur, a lo largo de la cordillera Oriental y sobre el margen Occidental de la zona Subandina. Estos sismos pueden ser asociados a las deformaciones netamente continentales que tienen su origen en el levantamiento de la cordillera de los Andes y en la subsidencia del escudo brasileño, procesos que dieron origen a los principales sistemas de fallas (Tavera y Bufom,1998). En la zona sur y sobre el Altiplano, también se observa sismos superficiales pero son menos numerosos y más dispersos. Región IlI, En esta región la mayoría de sismos con foco superficial se ubican de manera continua entre la fosa Perú-Chile y la línea de costa. Entre las.latitudes -300S y -35°S se observa un incremento considerable en la sismicidad probablemente debido a la llegada de la dorsal de Juan Femández a la línea de costa. En el interior del continente los sismos se distribuyen de manera muy dispersa en las zonas Norte y Sur de Chile, en . cambio en la zona centro el incremento de sismos es importante, llegándose a distinguir concentraciones entre las latitudes -34°S y -33.5°S, ambas ubicadas sobre los flancos de la Cordillera de los Andes. Estas aglomeraciones estarían ~sociadas a sistemas .de fallas' activas presentes en la zona central de Chile. Por debajo de la latitud de -43°S, la sismicidad es casi nula. 4.1.2 Sismos con Foco Intermedio En la Figura 6b se muestra un mapa de sismicidad inte:rmedia (60 < h ~ 300km) y magnitudes mb~4.0 y en ella se observa que los sismos se distribuyen mayormente en el interior del continente formando diferentes agrupamientos a lo largo de al línea de costa y la cordillera andina. Esta sismicidad está relacionada con los procesos de fricción y deformación de la placa de Nazca dentro del proceso de subducción. Siguiendo el patrón establecido anteriormente, el análisis se realiza dividiendo la zona de estudio en tres regiones. Región 1, En esta región se puede observar que los sismos se distribuyen en mayor porcentaje en el interior del continente con algunas concentraciones en la región Norte de Colombia próxima al límite con Venezuela, sobre la latitud de 6°N (nido de Bucaramanga), un segundo agrupamiento se localiza hacia el Oeste con una latitud de 20 4°N, aproximadamente en la parte central de Colombia y hacia el sur de Colombia y Norte de Ecuador, los sismos con foco intermedio se distribuyen de manera dispersa. Por debajo de la latitud -loS se nota un nuevo incremento en el índice de sismicidad. La presencia de diferentes agrupaciones de sismos indicaría que la placa presenta áreas de mayor deformación. Región 11, En esta región se pueden distinguir diferentes zonas la primera se localiza al Norte de Perú donde los sismos se encuentran principalmente en la zona subandina siguiendo una aparente orientación NW-SE. En este grupo se observa un agrupamiento de sismos, entre las coordenadas -80S de latitud y -74°W longitud con un rumbo predominante N-S. Un segundo grupo se localiza próximo a la línea de costa por debajo de los -90S de latitud y se caracteriza por la frecuente ocurrencia de sismos de magnitud elevada, además se observa una zona de bajo índice de sismicidad entre la línea de costa y la cordillera occidental en el Norte de Perú. Finalmente, tercer grupo con un . mayor número de sismos se encuentra en la región Sur de Perú sobre la Cordillera Occidental y el Altiplano peruano-boliviano. Región 111,En la figura 6b se observa que los sismos con foco intermedio se localizan en su gran mayoría en el interior del continente, presentando una distribución heterogénea. Es posible distinguir algunos agrupamientos: el primero considera los sismos que se ubican próximos a la línea de costa los cuales se distribuyen de manera dispersa. A estos niveles de profundidad han ocurrido varios sismos que han generado cierto grado de destrucción en superficie. Un segundo, agrupamiento de sismos se localiza en el interior del continente entre los -18°S y -25°S de latitud sobre el Altiplano. Hacia el Sur se observa una disminución considerable en el número de sismos intermedios entre -24°S y -27.5°S de latitud, para luego aumentar entre las latitudes de -27.5°S hasta los -29.5°S principalmente en la zona andina. Un último agrupamiento de sismos se localiza entre las latitudes -31°S y -37°S sobre el limite Chile - Argentina, para luego ser la sismicidad casi nula hacia el Sur. En conclusión, los sismos con foco intermedio deben su origen al proceso de deformación interna de la placa de Nazca por debajo del continente. Asimismo, estos sismos se distribuyen de manera irregular en el borde Occidental de Sudamérica, 10cual 21 pone en. evidencia que la placa de Nazca esta sujeta a diferentes regímenes de deformación dentro del proceso de subducción. 4.1.3 Sismos con Foco Profundo En la figura 6b se observa la distribución de los sismos con foco profundo (h > 300km), los cuales se presentan en menor número en relación a los de foco intermedio y superficial. Por tal motivo, se hará una análisis de manera general. Los sismos con foco profundo, se distribuyen formando tres grupos bien definidos. El primero se localiza en el límite Perú-Brasil entre -60S.y -11oS de latitud con una orientación N-S, el segundo próximo al límite Perú-Bolivia entre las latitudes -13°S y -14°S con una orientación predominante E-W y el tercer grupo, entre -21°S y -29°S de latitud con un rumbo predominante N-S sobre territorio argentino y boliviano. La naturaleza del origen de estos sismos aun sigue siendo terna de investigación. 4.2 DISTRIBUCIÓN EN PROFUNDIDAD DE LOS SISMOS En el presente estudio, el principal objetivo es la determinación de la geometría de zona de Wadati-Benioff en el borde Occidental de Sudamérica; por tal motivo, es necesario evaluar y analizar la distribución de los sismos en función de la profundidad de sus focos. Para tal objetivo se ha construido 59 secciones verticales de sismicidad, tal corno se muestra en el Anexo. Las secciones han sido construidas y enumeradas de Norte a Sur con una orientación perpendicular a la línea de fosa Perú-Chile y con anchos y longitudes que varían de acuerdo a la densidad de sismos y al cambio en la orientación de la línea de fosa. Siguiendo el patrón anterior se divide la zona de estudio en tres regiones: región 1 (Colombia y Ecuador), región II (Perú) y región III (Chile). 4.2.1 Secciones Región I , ~. Para esta región se han elaborado 7 secciones sísmicas perpendiculares a la fosa Perú-Chile (Figura 7) divididas en dos grupos: el primero se localiza sobre territorio colombiano y considera las secciones 1 al 3 (Anexo) las cuales presentan una orientación en dirección SE-NW con una longitud de 1000 km a partiÍ';de linea base 22 Lbl Y anchos de lOOkm.Un segundo grupo considera las secciones 4 al 7 (Anexo) las cuales se localizan sobre territorio ecuatoriano y parte del territorio peruano con longitudes de lOOOkmy anchos de l50km con una orientación predominante E-W. 7° 5° 3° ]O o ~ u '..... d:; o -1" C\¡ E, ,9 O -3° -5° -84°- Figura 7. Mapa de sismicidad para la Región 1, periodo 1980-2001 (mb:?4.0).Las áreas corresponden a las secciones verticales de sismicidad perpendiculares a la línea de fosa. Lb1 y Lb2 indican las líneas base. Secciones 1 Y 2, En estas secciones se observa que los sismos aumentan en profundidad de Oeste a Este hasta alcanzar una profundidad no mayor a 200km y distancias en superficie de 350km desde la línea Lbl. La distribución de los sismos sigue una línea con una pendiente del orden de 30°, a su vez se puede distinguir un segundo grupo de sismos superficiales que se encuentran de manera aislada, asociado posiblemente a sistemas de fallas activos presentes en la zona. Secciones 3 , 4 Y 5, En estas secciones se observa que los sismos se distribuyen de manera dispersa; sin embargo se nota la presencia de un agrupamiento de sismos entre la línea base Lbl y la fosa (sección 3) lo que sugiere que la placa estaría sujeta a una mayor deformación en esa zona. En general, los sismos siguen un lineamiento con una 23 pendiente del orden de 25° hasta una profundidad de 150km y distancias en superficie del orden de 400km desde la línea base (Lbl y Lb2). Sección 6, El número de sismos se incrementa considerablemente en esta sección siguiendo un alineamiento con un ángulo de 20° aproximadamente hasta una profundidad 170km, para luego presentar una aparente horizontalidad hasta distancias en superficie del orden de 700km desde la línea base Lb2. Sección 7, En esta sección la distribución de los sismos se presenta de manera casi homogénea, estos tienden a distribuirse sobre un lineamiento con una pendiente de 15° hasta profundidades de BOkm para luego presentarse de una manera casi horizontal hasta distancias en superficie del orden de 750km desde la línea base Lb2. Asimismo, en todas las secciones se observa importantes agrupamientos de sismos con foco superficial en el interior del continente y a distancias entre 300-500km aproximadamente desde la línea base, los cuales estarían asociados a sistemas de fallas activas presentes sobre la zona Andina de Colombia y Ecuador. 4.2.2 Secciones Región II Para la región TIse ha elaborado 23 secciones verticales perpendiculares a la línea de fosa (8 al 29 en el Anexo), las cuales se distribuyen en dos grupos (Figura 8), el primer grupo considera las secciones 8 al 16'localizadas sobre el Norte y Centro de Perú, estas secciones presentan una orientación NE-SW con distanc~as de 1000km desde la línea base Lb3 y anchos de 150 km. Las secciones del segundo grupo (secciones 17 al 30) se localizan sobre la zona Sur de Perú, y también presentan longitudes del orden de 1000km desde la línea base Lb4 y anchos de 1OOkm. Secciones 8 Y 9, En ambas secciones los sismos se distribuyen en profundidad con una pendiente del orden de 15°y 20° hasta una profundidad promedio de 11Okmpara luego distribuirse de una forma casi horizontal hasta distancias en superficie de 650-850km respecto a la línea base Lb3. Asimismo, se observa una aglomeración de sismos (sección 8) entre 140 y 200km de profundidad que sugiere que la placa esta sujeta a diferentes esfuerzos de deformación. La presencia de sismos con foco superficial (h~60km) indica la ubicación de algunos sistemas de fallas activos. 24 Secciones 10 Y 11, En ambas secciones se observa que los sismos se distribuyen formando dos agrupamientos; en el primero los sismos se distribuyen siguiendo un lineamiento con una pendiente de 20° hasta una profundidad promedio de 80km entre la línea de fosa y distancias del orden de 250km. Asimismo, se observa la ausencia de sismos entre distancias de 250 y 500km desde la línea base Lb3 10 cual sugiere que la placa no ha sufrido ruptura desplazándose de manera asísmica por debajo del continente. Los sismos reaparecen en un segundo agrupamiento a partir de los 500km de distancia con profundidades del orden de 120km, presentando una aparente horizontalidad hasta distancias de 730km desde la línea base Lb3. Asimismo, se observa la presencia de un agrupamiento de sismos con foco superficial a una distancia aproximada de 600km desde la línea base Lb3 que podría corresponder al sistema de fallas de Moyobamba-Rioja. -00 -40 Brasil -80 -120 Océano Pacífico -16~ -20~ -840 -800 -760 -720 -680 -640 -600 Figura 8. Mapa de sismicidad para la Región 1/,periodo 1980-2001 (mb;;;:4.0).Las áreas corresponden a las secciones verticales de sismicidad perpendiculares a la línea de fosa. Lb3 y Lb4 indicanlas líneas base. 25 Secciones 12 Y 13, Estas secciones siguen un patrón similar al anterior, donde la distribución de los sismos en profundidad se presenta con una pendiente del orden de 20° en dirección al continente. Se distingue dos agrupamientos, el primero entre la línea de fosa y profundidades del orden de 100km alcanzando distancias en superficie del orden de 300km. Asimismo, entre 300 y 500km de distancia se hace notoria la ausencia de sismos, para luego hacerse presente en una aparente distribución horizontal a profundidades del orden de 130km alcanzando distancias en superficie de 730km. En la sección 13 y a una distancia de 670 y 800km se observa un agrupamiento significativo de sismos que sugieren un ligero cambio en al distribución de los sismos. Esta característica fue descrita y discutida por Schneider y Sacks (1987) quienes propusieron la presencia de una resubducción de la placa oceánica a esa latitud. . Secciones 14, 15 Y 16, En estas secciones se observa que los sismos tienden a presentarse de una manera más homogénea que las anteriores y siguiendo un lineamiento con una pendiente del orden de 25° hasta alcanzar profundidades de 130km para luego distribuirse de manera prácticamente horizontal,hasta distancias del ~rden de' 550 Y650km desde al línea base Lb3. A su vez a la distancia de 500-600 km desde la línea base se observa sismicidad superficial asociada a los principales sistemas de fallas activos. Secciones 17, 18 Y 19, En estas secciones el número de sismos disminuye en relación a las secciones anteriores y la sismicidad se distribuye siguiendo un lineamiento con una pendiente de 25° desde la línea de fosa hasta profundidades del orden de 1O0km,desde donde se aprecia una distribución aparentemente horizontal hacia el interior del continente hasta distancias de 400 - 500km desde la línea base Lb4. Secciones 20, 21 Y 22, Estas secciones presentan un incremento en el número de sismos, los que se distribuyen sobre una línea con una pendiente igual a 30° hasta profundidades de 100km a partir de la cual se nota una aparente horizontalidad hasta distancias de 500km hacia el interior del continente. Secciones 23 Y 24, En estas secciones los sismos se distribuyen de manera clara presentando una pendiente de 30° desde la línea de fosa; sin embargo, se observa un 26 incremento en la profundidad hasta llegar a 150km (sugiriendo un cambio en la distribución de los sismos) a partir de la cual se observa una aparente horizontalidad hasta distancias del orden de 500km desde la línea base Lb4. Sección 25, 26 Y 27, En estas secciones se observa un patrón distinto al de las secciones anteriores, ya que la horizontalidad desaparece conforme se incrementa el número de las secciones. La distribución de los sismos sigue un lineamiento con una pendiente de 30° hasta alcanzar una profundidad del orden de 250km y distancias en superficie de 600km desde la línea base Lb4. Secciones 28, 29 Y 30, Estas tres secciones presentan un aumento en el índice de sismicidad, su vez los sismos se distribuyen de manera clara sobre una línea con una pendiente de 30° hasta una profundidad de 250 km. a distancias del orden de 500 km. aproximadamente desde la línea Lb4. Asimismo, en las secciones 8 a 16 y 22 a 25, se observa la presencia de sismos próximos a la superficie a distancias que varían entre 400,y 700km desde la lí~ea base Lb3 YLb4. Todos estos sismos tendrían su origen en la deformación cortical de la placa continental (placa Sudamericana) por efecto del levantamiento de la Cordillera de los Andes y la subsidencia del escudo brasileño. 4.2.3 Secciones Región III En la Figura 9, se observa la distribución de las secciones verticales de sismicidad correspondiente a la región III (secciones 31 al 59 en el Anexo). El total de las secciones fueron divididas en tres grupos: el primero considera las secciones 31 al 37 localizadas al Norte de Chile con una orientación predominante E-W, y longitudes del orden de 1000km a partir de la línea base Lb5 y anchos de 100km. Un segundo grupo se localiza en la región central de Chile y considera las secciones 38 al 56 cada una presenta una longitud de 1000km y anchos de 50 - 100km a partir de al línea base Lb6. Finalmente un tercer grupo compuesto por 3 secciones (57 al 59) se localiza al Sur de Chile al igual que las secciones anteriores presentan una longit,udde 1000km desde la línea base Lb7 hacia el interior del continente con un rumbo predominante NW - SE y anchos de 150 - 450km. El análisis se realizara en orden correlativo de Norte a Sur. 27 - Secciones 31, 32, 33 Y 34, Estas secciones presentan un patrón similar entre ellas, siendo el más resaltante el ángulo de inclinación en la distribución de los sismos el cual es del orden de 30° para un rango máximo de profundidad del orden de 300km (secciones 31, 33 Y34) Y250km (sección 32).Estos lineamientos alcanzan distancias en superficie de 730km (secciones 33 y 34) Y650km (secciones 31 y 32). -180 Brasil -2"0 o u -260 ~.... u ~ ~ -3"0 o ;::: -34~ CIj '(1) u O -300 -420 -460 -790 -730 -670 -610 -550 Figura 9. Mapa de sismicidad para la Región 1/1,periodo 1980-2001 (mb;?4). Las áreas corresponden a las secciones verticales de sismicidad perpendiculares linea de fosa. LbS, Lb6 Y Lb7 indican las líneas base. 28 a la Secciones 31, 32, 33 Y 34, Estas secciones presentan un patrón similar entre ellas, siendo el más resaltante el ángulo de inclinación en la distribución de los sismos el cual es del orden de 30° para un rango máximo de profundidad del orden de 300km (secciones 31, 33 Y34) Y250km (sección 32).Estos lineamientos alcanzan distancias en superficie de 730km (secciones 33 y 34) Y650km (secciones 31 y 32). -182. Brasil o u ~.... u CIj ~ o t::: -340 CIj '<1) u O -3°0 -420 -460 -790 -730 -6r -610 -550 Figura 9. Mapa de sismicidad para la Región 1/1,periodo 1980-2001 (mb;C4). Las áreas corresponden a las secciones verticales de sismicidad perpendiculares a la línea de fosa. Lb5, Lb6 YLb7 indican las líneas base. 28 Secciones 35 Y 36, En estas secciones los sismos se distribuyen siguiendo un lineamiento con una pendiente de 25°, desde la línea de fosa hasta profundidades del orden de 260km y distancias en superficie de 700km (sección 35) y 650km (sección 36) desde la línea base Lb5 hacia el interior del continente. A su vez se observa en ambas secciones, un ligero cambio en la orientación de los sismos sugiriendo que la placa de Nazca tiende a presentar una aparente horizontalidad en su distribución. Sección 37, 38, 39 Y 40, En estas secciones se observa una disminución en el número de sismos y aún así, se puede identificar pequeños awupamientos de sismos próximos a la línea de fosa los cuales disminuyen hacia el interior del continente (secciones 37 y 38). En general, los sismos se distribuyen en profundidad siguiendo una p'endiente del orden de 15° hasta una profundidad de 150km a partir del cual presentan una aparente horizontalidad en su distribución hasta distancias de 730km desde la línea base Lb6 y Lb7. Secciones 41, 42 Y 43, En estas secciones los sismos se distribuyen de manera homogénea sobre un lineamiento con una pendiente que varía entre 10° y 20° ~asta una. profundidad máxima del orden de 120km, a partir de la cual se hace más notoria una horizontalidad en la distribución de los sismos.hasta distancias en superficie del orden de 700km desde la línea base Lb6. Secciones 44 Y 45, Ambas secciones siguen el mismo patrón que las seCCIOnes anteriores; sin embargo, estas presentan un agrupamiento .de sismos próximosJa la línea de fosa, además de mostrar la presencia de dos áreas ubicadas entre 280-330km y 600800km desde la línea Lb6 con total ausencia de sismos. Secciones 46, 47 Y 48, En estas secciones se muestra un aumento considerable en el número de sismos y a su vez se distinguen diferentes agrupamientos. El primero próximo a la línea de fosa donde los sismos se distribuyen siguiendo un lineamiento de 20° hasta profundidades del orden de BOkm a partir de la cual los sismos presentan una horizontalidad en su distribución. Un segundo agrupamiento se presenta a partir de los 400km hasta 750km desde la línea base Lb6, lo cual sugiere que la placa de Nazca esta I sujeta a una mayor deformación. La sismicidad con foco superficial se hace presente en estas secciones, asociados a sistemas de fallas presentes en la zona. 29 Secciones 49 Y 50, La sismicidad presente en estas secciones se encuentra en mayor número próxima a la línea de fosa y disminuye en dirección al continente. Los sismos se distribuyen siguiendo un lineamiento con un ángulo de 20° hasta profundidades del orden de l70km. Este incremento en la profundidad sugiere la presencia de una zona de transición entre la subducción subhorizontal y la normal. Secciones 50, 51, 52 Y 53, Al igual que las secciones anteriores, estas presentan un gran número de sismos con foco superficial próximos a la línea de fosa. En general, la distribución de los sismos sigue un lineamiento con una pendiente de 20° hasta una profundidad del orden de 200km y distancias en superficie del orden.de 730km desde la línea base Lb6. Además se observa la presencia de sismos con foco superficial en el interior del continente asociados a fallas activas de la zona. Secciones 54 al 59, En estas secciones el número de sismos disminuye, pero estos siguen un lineamiento continuo con una pendiente del orden de 25° - 30° hasta una profundidad máxima del orden de 200km y distancias en superficie de 550-660km desde la línea base Lb6 y Lb7. Finalmente, entre las secciones 44 al 55 se observa la presencia de un importante número de sismos con foco superficial a distancias del orden de 500 y 700km, los mismos que se distribuyen de Norte a Sur sobre el territorio chileno y argentino asociados a los principales sistemas de fallas activos presentes en el interior del continente. El análisis de la distribución en profundidad de los sismos ha permitido observar que estos se presentan de manera heterogénea, con la presencia de sismos con origen en la superficie de fricción de las placas y en la deformación interna de la placa oceánica. Asimismo, se ha identificado la presencia de áreas con total ausencia de sismos que sugieren la presencia de probables lagunas sísmicas. La variación en el ángulo de inclinación de la superficie de fricción entre las placas (10° a 30°) sugiere que la placa de Nazca presenta dos modos de subducción o geometrías: una subhorizontal con profundidades máximas de 120 km aproximadamente y distancias que varían entre 500 y 800 km desde la línea base, y una subducción normal caracterizada por un 30 alineamiento continuo de los sismos hasta una profundidad del orden de 300 km Y distancias en superficie menores a 500 km. En la distribución de la sismicidad, también se ha observado la presencia de importantes agrupaciones de sismos a diferentes niveles de profundidad que sugieren la presencia de áreas de mayor deformación en el interior de la placa de Nazca. Asimismo se observa la presencia de importante actividad sísmica superficial en el interior del continente, en las regiones donde los sismos asociados a la deformación interna de la placa de Nazca se distribuyen de manera subhorizontal por debajo del continente. 31 v. ZONA DE WADATI-BENIOFF En el presente estudio se realiza un análisis cualitativo de la sismicidad con la finalidad de obtener un modelo aproximado de la geometría de la zona de WadatiBenioff (ZWB) en el borde Occidental de Sudamérica. Por tal motivo, se ha construido y evaluado un total de 59 secciones verticales de sismicidad a fin de ajustar la distribución de los sismos a una tendencia media característica. Para tal objetivo se ha visto por conveniente no considerar los sismos con foco superficial que estarían asociados a fallas activas presentes en el interior del continente y para las áreas con ausencia de sismos, se ha seguido una tendencia media probable a fin de construir el total de la sección. A continuación, se analiza la geometría de las !íneas de tendencia media para cada una de las regiones definidas anteriormente. 5.1 TENDENCIAS MEDIAS DE LA SISMICIDAD: REGION 1 Para la Región 1 se ha elaborado 2 gráficos de te~dencias medias. En la FiguralOa se observa que la ZWB se presenta siguiendo una pendiente del orden de 30° hasta una profundidad del orden de 200km y distancias en superficie de 280km desde la línea de fosa configurando una subducción de tipo normal. Según la Figura 10b, las tendencias medias sugieren una ligera disminución en el ángulo de subducción (10° a 20°) Yun cambio en la posible forma de la ZWB con profundidades del orden de 110 km Y distancias, desde la fosa, de 400 y 600km dentro de una subducción de tipo subhorizontal. Las tendencias medias de las secciones 4, 5 Y 6 estarían sugiriendo la contorsión de la ZWB entre los dos modos de subducción observados en este grupo. 5.2 TENDENCIAS MEDIAS DE SISMICIDAD: REGION II Para esta región se ha elaborado 3 gráficos de tendencias medias de sismicidad para las zonas Norte, Centro y Sur de Perú. El primer gráfico (Figura 10c) corresponde a la zona Norte de Perú. En esta figura se observa que las tendencias de las secciones 8 a la 13 muestran que la ZWB presenta ángulo de inclinación del orden de 15° a 25° hasta una profundidad de 100-150km a partir de la cual se observa una horizontalidad 32 Figura 10. Tendencias medias de la sismicidad para el borde Occidental de Sudamérica: Región I y Región 11. 33 hasta distancias de 550 y 750km como máximo. Un segundo grupo considera las secciones para la zona Centro de Perú (secciones 14 - 19) Ytal como se observa en la Figura 10d, las tendencias muestran que la ZWB presenta un ángulo de inclinación de 30° hasta una profundidad de 100 km para luego presentarse de manera horizontal hasta distancias que varían entre 270 y 520 km desde la fosa. Para la zona Sur de Perú (Figura 1Oe),la ZWB se inicia en promedio con un ángulo de 30°. En las secciones 20, 21 Y22 la ZWB es casi horizontal hasta distancias de 400 km; mientras que, las tendencias de las secciones 23, 24 Y 25 muestran un aumento gradual en profundidad sugiriendo la contorsión de la ZWB hasta configurar una subducción de tipo normal en las tendencias 26 a la 30. 5.3 TENDENCIAS MEDIAS DE LA SISMICIDAD: REGIÓN III Para la región ID se ha elaborado 4 gráficos de tendencias medias de .la sismicidad debido a la gran cantidad de secCionesconstruidas para el análisis. El primer gráfico (Figura 11a), considera las secciones 31 a la 40 para la zona Norte de Chile y en ellas se observa que la ZWB se presenta de manera similar,que en la región Sur,de Perú;' sin embargo, las tendencias de las secciones 35 a 40 disminuyen gradualmente su profundidad indicando que la ZWB se contorsiona para pasar de una subducción normal a otra subhorizontal. Todas las tendencias medias alcanzan distancias de 600km por debajo del continente. Según la Figura 11b, para la zona Centro de Chile (secciones 41 a la 46), las tendencias sugieren que la ZWB se inicia con una pendiente del orden de 15° a 25° hasta profundidades que oscilan entre 100 y 120 km para luego hacerse horizontal hasta distancias en superficie de 500-700 km. Las tendencias medias representadas en la Figura 11c (secciones 47-54) indican que la ZWB presenta una pendiente de 20° - 25° hasta una profundidad de 150 km a partir de la cual se hace horizontal hasta distancias de 680 km. La secciones 49,50 y 51 aumentan gradualmente su profundidad mostrando la contorsión de la ZWB para pasar a una subducción de tipo normal con distancias de 280 km desde la fosa. Finalmente, las tendencias del 55 al 59, según la Figura lId, sugieren que la ZWB presenta una inclinación con un ángulo de 25°- 30° continuo hasta una profundidad máxima de 200 km y distancias en superficie del orden de 300-450 km. 34 Región 100 200 300 Distancia (km) 400 500 600 111 700 I a. - a "'" '" "'" :g .::1 100 2°O1 1(40) (39) (381 (371Contorción (361 300 L '" 100 200 300 400 1(351 de [-[VO) (321(31(33) 600 500 I 700 . I b. -:a la placa - ""r f421 (46/45) 8 200 o.. 300 100 a 200 300 400 I 600 I 500 I 700 I c. 100 (48( (47) (53) (54) I (51) . (491 (50) I (51) la placa (50) de Contorción 300L 100 E "" 200 300 Distancia (km) 500 400 I I - -600 I 700 I d. 100 .§ § '8 200 300 Figura 11. Tendencias medias de la sismicidad para el borde Occidental de Sudamérica: Región 111. 35 La distribución de las tendencias medias de la sismicidad en el borde Occidental de Sudamérica sugiere que la ZWB se presenta de manera heterogénea, pudiéndose identificar dos tipos de subducción: normal y subhorizontal. La subducción normal se presenta en Colombia, Norte de Ecuador, Sur de Perú, Norte y Sur de Chile, y se caracteriza porque la ZWB subduce inicialmente con un ángulo promedio de 30° continuo hasta profundidades del orden de 200 km. En este tipo de subducción, la ZWB alcanza distancias, desde la fosa, del orden de 400 km. La subducción de tipo subhorizontal esta presente en Sur de Ecuador, Norte y Centro de Perú, y Centro de Chile y en este caso, la ZWB subduce con un ángulo que varia entre 15° a 25° continuo hasta profundidades de 120 km a partir de la cual se hace casi horizontal hasta ~ distancias de 700 km como máximo en las regiones Norte de Perú y Centro de Chile. Entre cada tipo de subducción, las tendencias medias de la sismicidad sugieren claramente la contorsión de la ZWB en las latitudes -1°S, -15°S, -25°S y -32°S. . Asimismo, se ha observado que en las zonas donde se presenta la subducción de tipo subhorizontalla placa de Nazca alcanza mayores distancias desde la fosa, debido a que se conserva aun fría y no es absorbida por el manto. Cont~ariamente, en las regiones desubducción normal, al presentar mayor ángulo de inclinación y ser continua, la placa oceánica es absorbida completamente a prQfundidades mayores a 300 km. Esta característica es coherente con la presencia de actividad volcánica en estas regiones. 36 VI. CONCLUSIONES El proceso de subducción de la placa de Nazca bajo el borde Occidental de Sudamérica, da origen a la ocurrencia continua de sismos a diferentes niveles de profundidad. Esta sismicidad, tiene su origen en el proceso de fricción de placas, deformación interna de la placa de Nazca y deformación de la placa Sudamericana. Los sismos con origen en el proceso de fricción de placas y deformación interna de la placa, ha permitido realizar una aproximación para la geometría de la zona de Wadati-Benioff en el borde Occidental de Sudamérica. La distribución espacial de los sismos, en el borde Occidental de Sudamérica, se presenta de manera heterogénea." Los sismos con foco superficial (h:$;60km) se distribuyen en dos grupos: el primero entre la línea de fosa y la costa, siendo mayor el número de sismos sobre el territorio chileno y menor en Ecuador y Colombia. Estos sismos están asociados al proceso de subducción en sus primeros niveles de profundidad (fricción entre placas). Un segundo grupo se localiza en el continente y tiene su origen en los principales sistemas de fallas activas que se distribuyen sobre o paralelas a la. Cordillera de los Andes. Los sismos con foco interÍnedio (60<h:$;300km) están relacionados con el proceso de deformación interna de la Placa de Nazca por debajo del continente y su distribución irregular sugiere que la placa está sujeta a diferentes regímenes de esfuerzo, siendo mayor por debajo del borde Ecuador - Perú y en la zona central de Chile. La actividad sísmica con foco profundo (300<h:$;700km)se presenta en menor número sobre la parte oriental de Perú, el Altiplano Boliviano y en la región Norte de Argentina. El origen de estos sismos aún es tema de investigación. La distribución en profundidad de los sismos y sus tendencias medias analizados en un total de 59 secciones verticales ha permitido aproximar una posible geometría para la zona de Wadati-Benioff en el borde Occidental de Sudamérica. Los resultados sugieren la presencia de una ZWB con geometría muy heterogénea pudiéndose identificar la presencia alternada de dos modos de subducción, una normal y otra . subhorizontal. En la subducción normal (Colombia, Norte de Ecuador, Sur de Perú, Norte y Sur de Chile), la ZWB se inicia con un ángulo medio de 30° constante hasta profundidades de 280km como máximo; mientras que, en la subducción subhorizontal (Sur de Ecuador, Norte y Centro de Perú, y Centro de Chile), el ángulo de subducción 37 de la ZWB disminuye a 15°-25° hasta profundidades de 120km para luego ser casi horizontal hasta distancias de 750km como máximo. Los cambio en el modo de subducción y las tendencias medias de la sismicidad sugieren que la ZWB soporta una contorsión que involucra áreas de diferentes dimensiones. En las áreas de subducción subhorizontal, la ZWB alcanza longitudes de hasta 800km por debajo del continente sugiriendo que la placa aun se mantiene fría y no puede ser absorbida por el manto; mientras que, en las zonas de subducción normal, la placa es absorbida rápidamente a profundidades del orden de 280km. Esta característica es coherente con la presencia de volcanes en la zona de subducción normal. e Las variación en la geometría de la zona de Wadati-Benioff coincide con la llegada de las dorsales oceánicas (Carnegie, Nazca y Juan Femández) al borde Occidental de Sudamérica y con la topografia de la Cordillera de los Andes. 38 VII. BIBLIOGRAFÍA" Araujo, M. YSuarez, G. (1994). Geometry and state of stress of subduction Nazca plate beneath central Chile and Argentina: evidence from teleseismic data. Geophys. J. Int., 116,283-303. Barazangi, M YIsacks, B. (1976). Spatial distribution of earthquakes subduction ofthe Nazca plate beneath América. Geology, 4,686-692. Bernal, I. (2002). Aproximación a un modelo detallado de la sismicidad en el Perú. Tesis de grado. Universidad Nacional de San Agustín, 169pp. . Bevis, M YIsacks, B. (1984). Hypocentral trend surface analysis: Probing the geometry ofBenioffzone. J. Geophys Res. 89,6.153-6.170. 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La ubicación de cada sección sísmica es indicada en las Figuras 7, 8 Y 9. Las letras indican: C= Línea de Costa, F=Línea de Fosa. Lbi indica la línea base pqra cadaregión (ver texto). " Lb] ! Al ANEXO F e + + ... , -;;-¡ , , " ,..w". , .. . ":,,.~ " , , "', ""'~":I. Sección 1 Sección 2 Lb2 ~ " .. , " ., ,, \ , " Sección 4 , Sección3 + ;,p.1. 1' ." ~+ ;. -L 'lo" ~ 'o:' ""'. ,,o ,:'~ ,.JJ> ':""" ~ . #, "Ioo~ ,... " , ,'" ""'" .: ' , Sección5 Sección6 Lb3 +'¡'t~"'( + .., ~ , .. <":JOO;l/ii..d./, ,lO,,:,-, ...-.l'... , ~...I!io").""" '"... .' ~.. . " " '..~. 1, '. ' -,' '-'0 ,. 'lo. \.'.. . .' 1,.o -1-,:- Sección7 Sección 8 -.-r-r + + .,, ' .'"- . .." ' . '" ..... . ."'."'-1 o,., ... .."11""""" . ,011'. -l. lO 011'.. Sección 9 Sección 10 + -1 + '" ~ .. o""""... , , , " ~', ':' " "W.. " '" , ':.'"!::d f,,: Sección11 Sección 12 + ""',"=,\ .. .. .. , " ' ..o,:.,.~.: .00 '. .-: ;..:ot..o, "', ~"_o- + . -ot.t.~ , ~ " ,"o ,' .¡.,., "" , -;,. Sección 13 o . ~ 100-o - '-:«'oC",' ~ 200-g ~ .. 300- .....; Sección 14 .. ',j..':'1 ,:". .. .' , # - , .' ~' "'f¡.. " . . , 'o.a:,.. , . - 400-, o Sección 15 133.6 267.2 400.8 534.4 Distancia(km) 668.0 801.6 935.2 o 133.6 267.2 400.8 534.4 Distancia(km) 668.0 801.6 935.2 A2 Lb4 e F . .: '.. .. .. = I Sección ""'..'. .' .' "'. '. ':J l'" . .""'....'... Sección 18 --r 17 + .. .. ; -- .'" - . .' .'.'...!IO::. .,.. N:.. . Sección 19 . ~. .""""- . . \. , .. Sección 20 Sección 22 . . .. .... ' \'".,..,":,~~ '. ).oo¡.. . Sección 21 + + --:-r: '~"\i""". ~..t .'Á::""".i Ii'-!,",' Sección24 Sección23 -.+ ".'" ..."", " .'..'...".'h.. "o.' . ~:"!"""":" d" . . ~. ". Sección25 ... Sección26 + "'"ir" l. l.,: I. . .'.. ""-"'. .. ... . . 1/... I "'~.: Sección27 Sección28 + . '. ",. . ""... ..ri.:.t.- .. .' Oo.. .. . ~ '4..~..."'4.. .. ' .. .. "'~-'!I!IIiA.., . Sección29 Sección 30 Lb5 ~ -g 100 ."'Jt '. .1i_'~' .1 ."'?"~ ". "'200 ] J!300 "."II'IftI',... . ". ""'J-.;. Sección 133.6 267.2 400.8 534.4 Distancia(km) 668.0 . .., ""."'w! " ., ..:¡.. I.:.\,. . .' I 40 . 801.6 Sección32 31 935.2 . ...,- ."T"""""" .T ..., ., o 133.6 . . T ...r.- ,.- ,..., ,. --,--,- ,...-r 267.2 400.8 534.4 Distancia (km) r r . . r .-,- T - , , 668.0 801.6 ,.-, "-,-,- . 935.2 J¡ e . F ! . ... ~ . ..: . . ""'. " "1 - - '. A3 . .- ~ :""'. ~. . '~. . re- .-, - , ", ~~.:~ < ,S 00,, ., Sección 34 Sección 33 l. , " '~~ ¡.;~o., \I.~~. oo~ , Sección , Sección 36 35 Lb6 . .:; I , ", . Sección 37 Sección 38 , "" ,,~~. , '.'t"':~.. Sección 39 o. ~ .r. fa~... . , ' . . .. -JIto"", < '" Sección42 Sección 41 .«e. ." ., . .' # .o Sección 43 « . , r '. Sección44 ~...o.. . . . .""r--;' o" ' o 'í' .. Sección45 , -, e 100 <!" :2200 Sección 46 . * ", \.~',', '" , ;""~',..-,"'~'" -,o, ' " :"""'.' ] ~300 . ..-. :;. . oo,. '.~"~J.~~~---- . 'lit. ",., '..~-;. .. Sección 47 400 o 133.6 267.2 400.8 534.4 Distancia(km) 668.0 801.6 " 935.2 5ección48 o 133.6 267.2 400.8 534.4 668.0 801.6 935.2 Distancia (km) I A4 F + . ;;O .. .. ..""'.. " Sección50 Sed ."- >\0",. 1 ~ .. ,"':.~"'" ."". ,. ,.. .~.-.".. "'#.. . '.,.,.. Lb? . - ..,.. . ..", .. . . 1."1.&'.. . . '.,,~. .'.>0.. .. Sección 57 .. ."'!IOO .. ~200 Sección 58 ."':... ]8300 o. 400 O 133.6 267.2 400.8 534.4 668.0 801.6 935.2 Distancia (km) L..