Potencial para la ocurrencia de Grandes Sismos en el back-arco de los Andes Centrales

Los grandes sismos (M>8) que se producen a lo largo del borde occidental de la cordillera andina son repetitivos en el tiempo (entre 150 y 200 años) por tanto su ocurrencia es de por si esperada. Recientemente medidas geodésicas de la cinemática superficial a lo largo del limite oriental de la cadena sub-andina han evidenciado el potencial que presenta esta zona (ante-país) para la ocurrencia de un gran sismo.
El margen occidental de la Cordillera de los Andes constituye una zona de subducción de placas activas (Nazca-Sudamericana). Como resultado de ello, los sismos de magnitudes mayores superiores a Mw 8.0 son fenómenos de relativa frecuencia. Por el contrario, en el margen oriental andino la ocurrencia de sismos ha sido hasta ahora pre-supuesta a alcanzar magnitudes máximas de Mw 7.5. Recientemente Brooks et al (2011), han reportado que un gran segmento de falla que sobreyace los Andes bolivianos se encuentra sísmicamente acoplada y podría ser generadora de un sismo de magnitud superior a Mw 8.7, 8.9.

El tamaño de un sismo es directamente proporcional al área de la falla que se desliza durante su ocurrencia. Una falla que forma un ángulo bajo con la superficie de la tierra, corta una parte relativamente grande de la corteza frágil antes de alcanzar niveles de profundidad en el que las rocas, a causa del gradiente geotérmico, se comportan de manera dúctil y por ende son menos capaces de almacenar y liberar energía mediante los sismos. De esto se desprende que las fallas de ángulos superficiales tienen un mayor potencial para producir un gran sismo que aquellas fallas que buzan de manera mas profunda cuya cross-sección con la capa frágil de la corteza es mucho más pequeña. Si un segmento de falla esta acoplado y no puede deslizarse libremente, la energía elástica, creada por los dos segmentos de la corteza terrestre que intentan moverse uno respecto al otro, es almacenada en esta porción de falla que no se desliza. Un parámetro crítico en el estudio de los grandes sismos es documentar el área de la falla que se encuentra acoplada y estimar la cantidad de energía que dicha área liberará a través de un terremoto.
La convergencia entre la placa oceánica de Nazca y la continental Sudamericana ha producido durante los últimos 40 millones de años el plegamiento y fallamiento del margen oeste de Sudamérica, dando lugar a la cadena de montañas Andina. Hoy en día, esta contracción se acomoda mediante un movimiento de los Andes bolivianos respecto al cratón brazileño, a lo largo de una falla que sobreyace la parte oriental de los Andes (ver Figura). De manera más especifica, la cadena andina del sur de Bolivia presenta un movimiento hacia la parte interna y estable del continente a una tasa de 7-10 mm/yr. Si bien es cierto que los Andes se extienden a lo largo de toda Sudamérica, existen zonas más amplias en el sur de Perú, sur-oeste de Bolivia y norte de Chile, que permite suponer que la falla que sobreyace este segmento es probablemente más extensa en esta zona. Para evaluar el potencial del peligro sísmico asociado a esta falla, resulta crucial conocer/estimar la porción de falla que se encuentre acoplada en la zona frágil de la corteza.
Brooks et al., (2011) utilizan datos GPS para medir el movimiento de la superficie en los Andes del sur de Bolivia hacia la parte estable de Sudamérica. Los Autores muestran que las velocidades GPS medidas  son bien explicadas por un modelo de falla que buza hacia el oeste con un angulo superficial inferior a los 5 grados. Los autores muestran que la falla se desliza a una tasa de 9-13 mm/yr en el oeste, pero que esta acoplada en el este en un segmento de ~85-100 km acumulando energia elastica. El hecho de conocer la distancia del segmento de falla que se encuentra acoplado constituye un parámetro esencial para determinar el tamaño de algún terremoto potencial. Esta distancia observada es equivalente a las que se estimaron para los Himalaya y en donde se ha inferido habrían ocurrido sismos de magnitud superior a Mw 8.4.

Otro parámetro importante para estimar el tamaño potencial de los sismos es la longitud que puede sufrir ruptura a lo largo de la interfaz de falla acoplada. Si una falla estuviese dividida en varios segmentos, la ruptura en lugar de producirse a través de una gran terremoto, se produciría en partes individuales que podrían romperse de manera separada a través de pequeños sismos. Brooks el al., utilizaron datos de topografía de alta resolución para identificar expresiones superficiales de las probables fallas acopladas en la región. Los autores proponen que las áreas que presentan relieves altos denotan segmentos de falla que se han movido durante los sismos (es decir segmentos individuales desplazados por diferentes sismos), mientras que las regiones de bajo relieve indican el límite de dichos segmentos. A partir de este análisis topográfico los investigadores encontraron que la falla estaría dividida en cinco segmentos diferentes. De esta manera, si se tiene una estimación de la longitud y el ancho de cada segmento de falla es posible utilizar las relaciones/leyes de escala para los terremotos y estimar el tamaño potencial del sismo que podría estar asociado a cada segmento de la falla. Así, los autores estimaron que cada segmento individual de la falla podría sufrir ruptura con sismos de magnitudes entre 7.2-8.3 Mw. Sin embargo, en el peor escenario, si todos los segmentos de falla sufren ruptura en conjunto se esperaría un sismo de hasta 8.9 Mw.

Otro parametro a tomar en cuenta para conocer el potencial sísmico de una falla es saber cuan a menudo ésta se desliza. Si se desliza de manera regular los esfuerzos se liberan gradualmente mediante sismos de baja magnitud y no a través de un solo gran evento de características destructivas. Desafortunadamente no se tiene información sobre la tasa de deslizamientos de las fallas en frente oriental de los Andes Bolivianos, asimismo no se han registrado sismos de magnitudes mayores a 7Mw en esta región, por lo que se deduce que los esfuerzos se vienen acumulando desde ~1700, que es cuando se iniciaron algunas observaciones. Este periodo de acumulación tan largo incrementa el potencial de un sismo de magnitud Mw7.0 o mayor.
A raíz de los grandes terremotos acontecidos en Haiti, Chile y Japon en los dos últimos años este estudio pone en evidencia que algunas áreas de la cadena andina, que por lo general no están asociadas con actividad sísmica y/o riesgo sísmico, podrían potencialmente ser escenario de eventos catastróficos.
Otras áreas como en norte de Perú, donde no se tiene registro de la ocurrencia de sismos grandes (M>8) en los últimos siglos destacan y ponen en evidencia que es necesario llevar a cabo este tipo de estudio a fin de conocer y mitigar el riesgo sísmico.
Referencias: Brooks et al (2011);  McQuarrie (2011), ambos en nature Geosciences.

Extended Nucleation of the 1999 Mw 7.6 Izmit Earthquake

Nucleación extendida del terremoto Mw 7.6 de Izmit de 1999.

Michel Bouchon, Hayrullah Karabulut et al., 2011

Estudios teóricos y pruebas de laboratorio sugieren que los sismos son precedidos por una fase de inestabilidad de deslizamiento en desarrollo, en donde los bloques de falla se deslizan lentamente antes de pasar aceleradamente a la fase de ruptura dinámica. En este estudio los autores presentan resultados de uno de los más grandes terremotos ocurridos en Turquia, el sismo de Izmit de 1999 de Mw 7.6, el cual fue precedido por una señal sísmica de larga duración originada en el hipocentro. Esta señal consiste en una sucesión de repetidas rupturas/explosiones sísmicas que se aceleran en el tiempo y que muestran un aumento del ruido sísmico de baja frecuencia. Laos resultados sugieren que estes sismo fue precedido por una fase de deslizamiento lento de 44 minutos de duración y que ocurrió en la parte inferior de la zona de ruptura fragil. Este deslizamiento tuvo una baja aceleración inicial, pero posteriormente consiguió una alta aceleración dos minutos antes del terremoto. 

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A new GPS velocity field from central to northern Peru

Fast subduction of the oceanic Nazca plate beneath the South American continent induces large earthquakes with a carateristic repeat time of 100-150 years in Chile and southern Peru (Compte and Pardo, 1991; Dorbath, et al., 1990; Nishenko, 1991). Previous studies of the interseismic deformation along the Andean subduction using GPS and/or InSAR have shown a current significant level of locking of the interplate interface all along the margin. However, the overall picture is still missing information from thenlatitude 10S (North of Lima, Peru) to 2S (North of Guayaquil, Ecuador). In that area, no large earthquake has been for the last three centuries (Dorbath, et al., 1990; Kelleher, 1972), suggesting on one hand that this portion may be freely aseismically slipping. On the other hand, the factors usually assumed to control the level of locking (convergence rate, age of the ocean floor, presence of sediments along the trench, Ruff and Tichelaar, 1996) are not very different from the adjacent segments where large earthquakes have occurred in the past. The question posed is: has the plate interface accumulated large stress during the last centuries possibly triggering a giant earthquake in the next years or is it aseismically slipping?. We present new GPS results for central to northern Peru resulting from a combination of survey-mode GPS and continuos GPS measurements to answer this question. Our solutions spans the 2007-2010 period (4 years), and includes CGPS sites from the LISN project (http://jro.igp.gob.pe/lisn/) dedicated to monitor the ionosphere, from the ADN project and IGS global stations. We first asses the quality of our time series and discuss the uncertainty of velocities estimates after 2-3 years of data. We first note that the repeatabilities obtained strongly depend of the type of monumentation and equipment used for the vertical component for sites from the LISN network. Nonetheless, for velocity estimates, the agreement with sites showing best repeatabilities are usually within 1-3 mm/yr. Finally, we preliminary conclude that low coupling is found from central Peru at about 8S to the border with Ecuador. Very high coupling is found further south around LIma. We will present preliminary models of coupling based on these results. To be presented in the EGU 2011 Vienna (Villegas JC, et., al 2011)

Otro video de estudiante peruana que filmó Réplica (7.1Mw) del Sismo de Sendai 2011

Preliminary results for the Japan - Sendai Earthquake March 11th 2011 - Seismology and Geodesy

PRELIMINARY RESULTS BASED ON SEISMOLOGICAL AND GEODETIC OBSERVATIONS PUBLISHED BY RESEARCHERS FROM UNIVERSITIES AND LABORATORIES AROUND THE WORLD. 

At 14:46 (Local Time) 03/11/2011, an earthquake of 9.0 Mw occurred on the pacific coast from Sanriku to Ibaraki. Below figures show the mechanism by Earthquake Reseach Institute, USGS, Global CMT (left to right). Low-angle reverse fault are achieved in all of them.

The optimal location of the W-phase solution was estimated by grid search method. Probable location ranged in wide area along North-South direction. Parameters of best fit solution are as follows: slope:10，Half duration：70 s，depth 24 km， 38 degrees northern latitude，143 degrees eastern longitude(indicated with red star). Again note that a good waveform-fit was achieved in a wide range at North-South.

Preliminary pre-seismic interplate coupling inversion from 257 pre-seismic GPS measurements of the Japanese Network (period 2001-2011). The GPS measurements are plotted relative to the Amurian Plate. The fault geometry was taken to be consistent with USGS Fault solution and Harvard CMT. Dashed line may indicate the seismic source (Mohamed Chlieh from IRD - Geoazur - France). Asperities in red  could be ruptured in cascade.

INTERSEISMIC COUPLING distribution based on GEONET GPS data from 1996-2000 and estimated using a three-dimensional block model of the combined offshore/onshore fault network (Loveless and Meade, JGR, 2010) . Coupling was estimated on a mesh of triangular dislocation elements based on 3D slab geometry. 

COSEISMIC DISPLACEMENT - HORIZONTAL  AND VERTICAL displacements based on estimated position of GEONET stations. Coseismic displacement is shown in red, and first 8 hours of postseismic displacement at available stations is shown in blue. Bars at end of vector show 95% error estimate. Solutions courtesy of ARIA team at JPL and Caltech. Preliminary computation shows a horizontal displacement of ~2.4 mts (USGS, Kenneth).

Slip distribution on a curved plate interface using coseismic GPS vectors from the Geospatial Information Authority of Japan. The above plot shows the slip distribution, which extends about 400km N-S and reaches a maximum of about 10 meters. (Ito, Ozawa, Watanabe and Sagiya from Nagoya University)

High-rate 1-Hz data from one station of the International GNSS Service affected by the Sendai earthquake. The record is from the MIZU station located at Mizusawa. The analysis approach uses PPP or precise point positioning, a technique that requires meticulous modeling of all of the phenomena affecting GPS measurements to reveal station displacements with precisions approaching a few centimetres. (Banville and Langley from University of New Brunswick)

SENDAI EARTHQUAKE - felt in Tsukuba - Peruvian student

Sheila Y. grabó estas imagenes en los precisos instantes que ocurria el terremoto de Sendai Japon del 11 de Marzo de 2011.

Sheila Y. recorded this video during class just when the Mw 9.0 Earthquake occurred the 11th March 2011 in Sendai region JAPAN. (she was very brave).

Análisis estadístico de anomalías ionosféricas antes de la ocurrencia de grandes sismos (+M6.0 durante 2002-2010)

Recientemente Le. H., et al (2011) publicaron un articulo en la revista JGR un estudio relacionado a las anomalias ionosféricas observadas antes de la ocurrencia de grades terremotos a nivel mundial. El análisis se basa en la medición del Contenido Total de Electrones (TEC) del mapa mundial de la ionosfera. Para el estudio los autores seleccionaron un total de 736 sismos con magnitudes superiores a M6.0 ocurridos a nivel mundial durante los años 2002 a 2010. En primer lugar se define la anomalía tipica diaria, luego se define la tasa de ocurrencia de días anómalos para los 21 días previos a la ocurrencia del sismo (PE = prior to earthquakes), también se estimaron los días background (PN). Los resultados muestran que los valores de PE dependen de la magnitud del terremoto, la profundidad de la fuente y el número de días previos al terremoto. El PE es mayor para los terremotos de mayor magnitud y menor profundidad y para días cercanos al evento. Los resultados también muestran que la tasa de ocurrencia de las anomalías muchos días antes del sismo es notoriamente mayor que ese valor durante los días background, especialmente para sismos superficiales de gran magnitud.
De los resultados obtenidos por los autores se puede rescatar que las anomalías TEC, observadas algunos días previos a la ocurrencia de un sismo,  están relacionadas con una alta probabilidad de la ocurrencia de un sismo. De seguro es necesario profundizar en este tema con mas datos pero desde ya en adelante estos resultados pueden servir para validar estudios de pronostico de terremotos en el futuro. 
Un dato adicional, las mediciones para obtener el TEC (Total Electron Content) pueden ser obtenidas por ejemplo utilizando  sistemas de posicionamiento global, con antenas y sistemas de registro adecuados.