Caracterización de sistemas de fractura mediante la localización relativa de terremotos tectónicos y volcánicos usando métodos clásicos y técnicas de array

Resumen

Uno de los retos de los estudios sismotectónicos de las series sísmicas es encontrar los planos de ruptura responsables de la ocurrencia de los terremotos y relacionar la tectónica local donde tienen lugar las series con la dinámica regional. La elaboración de mapas epicentrales de la serie de forma rutinaria lleva a veces a interpretaciones erróneas de las fallas implicadas en las series sísmicas. Para encontrar los sistemas de fractura activos y poder interpretar de forma fiable las estructuras geológicas locales, es necesario que los terremotos de la serie estén localizados de la manera más precisa que se pueda. Una de las herramientas más utilizadas para este fin es la localización relativa precisa de los hipocentros aprovechando que los terremotos de una serie sísmica se agrupan en familias por la similitud de las formas de onda. Estas localizaciones precisas pueden ajustarse a un plano que se interpreta como el plano de ruptura. Se han analizado dos series sísmicas en Agrón (Granada) en 1988-1989 e Iznájar (Córdoba) en 1989 y una serie ocurrida en la isla Decepción (Antártida) en 1999. Las dos primeras series se encuentran en o cerca de la Cuenca de Granada y han sido registradas por Red Símica de Andalucía (RSA). La serie de Decepción, ocurrida en un ambiente volcánico, ha sido registrada con antenas sísmicas. Para las tres series se ha realizado un análisis preliminar que consiste en obtener mapas de localización, estimar la energía implicada, caracterizar su evolución mediante histogramas temporales, y, en el caso de la serie de Decepción, distinguir y estudiar la sismicidad volcánica, con terremotos volcano-tectónicos (VT) e híbridos por un lado y con eventos de largo periodo (LP) y tremor volcánico por otro. En las tres zonas el análisis preliminar de la distribución de terremotos pone de manifiesto la presencia de alineamientos epicentrales aparentes, que quizás indiquen las direcciones de las fallas responsables de la sismicidad. Para resolver esta cuestión se han aplicado distintas técnicas con el objeto de obtener localizaciones hipocentrales precisas de al menos algunos de los terremotos de las series. Se ha evaluado la similitud de las formas de onda de los terremotos de cada serie utilizando la correlación cruzada y se han agrupado en familias utilizando la técnica de equivalencia de clases con umbrales de correlación altos (~0.9). Se ha elegido un evento maestro para cada familia, y se ha localizado de manera precisa cada uno de sus miembros respecto al evento maestro. Para las series de Agrón e Iznájar, registradas con una red sísmica, se ha empleado el método clásico, basado en determinar con precisión los tiempos de llegada relativos a partir de interpolaciones de la correlación cruzada entre cada terremoto y su correspondiente evento maestro. Para la serie de Decepción, registrada con antenas sísmicas, se ha elaborado un nuevo método que parte de la estimación precisa del vector lentitud aparente relativo de los eventos de las familias respecto a un evento maestro. Estas estimaciones, junto con las diferencias S-P, se utilizan para localizar espacialmente los hipocentros empleando el trazado del rayo. Este método ha sido ampliamente probado para entender su utilidad y asegurar su rendimiento, y promete ser una herramienta interesante para el análisis de eventos sismo-volcánicos registrados en antenas sísmicas. Las localizaciones precisas de los terremotos de las familias de cada serie sísmica se han ajustado a un plano utilizando mínimos cuadrados. Para la serie de Agrón se han encontrado dos planos N-S, uno E-O, uno NE-SO y otro NO-SE. Para la serie de Iznájar se han obtenido ocho planos con azimut N-S y buzamiento casi vertical; cinco planos NNO-SSE, tres de ellos con poco buzamiento (dos con dirección de buzamiento ENE y uno con dirección OSO); y un plano con dirección E-O muy buzado. Esta información se ha combinado con los mecanismos focales obtenidos de la polaridad de las primeras llegadas de algunos terremotos de las familias para resolver la ambigüedad de los planos nodales y elegir una de las soluciones. Esta combinación ha proporcionado para la serie de Agrón dos soluciones de falla normal con direcciones NO-SE y ENE-OSO, y una tercera solución de salto en dirección sinistra con dirección N-S. Uno de los planos obtenidos y uno de los dos planos conjugados del terremoto principal están de acuerdo con la extensión regional ENE-OSO que actúa en el área. La proximidad observada de fallas con diversa orientación sugiere una fragmentación significativa de la corteza superior en bloques tectónicos pequeños. En la serie de Iznájar, la combinación ha permitido obtener seis soluciones de fallas de salto en dirección sinistra con azimut N-S, y tres soluciones de fallas normales con direcciones NO-SE a NNO-SSE y direcciones opuestas del buzamiento. Las fallas N-S de salto en dirección sinistra dominan en la dislocación, y representarían a la mayoría de las familias analizadas. La coexistencia de los restantes planos (fallas normales puras) sugiere una permutación de los ejes principales de esfuerzo, mayores e intermedios, producida probablemente por la perturbación del esfuerzo local en el transcurso del enjambre. En la serie de Decepción, la mayoría de los planos calculados con el ajuste de las localizaciones relativas se orientan en dirección NO-SE, y los buzamientos varían entre 41 y 86º. Estas tendencias coinciden con algunos de los sistemas de fallas más importantes de la isla. El resto de azimutes de los planos tienen direcciones entre N120ºO y N170ºO, que también coinciden con otros alineamientos N-S y NE-SO. Las distribuciones de epicentros encontradas en el análisis preliminar y la relocalización muestran dos alineamientos aparentes con dirección NE-SO y ENE-OSO. Estas direcciones no coinciden con la mayoría de las obtenidas de la geometría de los planos de ruptura. Los planos de falla identificados se encuentran localizados en el límite de la cámara magmática situada bajo la bahía. Parece claro que una reactivación de la cámara magmática (en forma de una intrusión magmática profunda) desencadenaría un desequilibrio en la zona, sometida además a un campo de esfuerzos ligado a la tectónica del Estrecho de Bransfield. Los fluidos liberados por el magma podrían interaccionar con las fracturas, dando como resultado una disminución del esfuerzo normal sobre los planos de falla y facilitando el proceso de ruptura que generaría los terremotos volcano-tectónicos registrados. Las estructuras sismogenéticas implicadas en las tres series no han coincidido del todo con los alineamientos epicentrales aparentes que se observan en la localización preliminar. Del mismo modo, los sistemas de fractura encontrados no coinciden del todo con las direcciones que se esperan a partir de la dinámica regional. Estos resultados ponen de manifiesto que la aplicación de técnicas de localización precisa para el estudio de series sísmicas es fundamental para obtener información sobre las fracturas implicadas y así interpretarlas en el marco de la tectónica local y regional.