La ruptura sísmica y sus ambientes tectónicos

      Nosotros mostramos que una reflexión profunda sobre las limitantes a priori proporcionadas por el estudio del contenido espectral de los datos, la coherencia física del modelo empleado y el tomar en cuenta de los aspectos tectónicos, permiten limitar el espacio de soluciones admisibles.

      Nuestros resultados obtenidos para el sismo de Iran (1990) y de Guam (1993), ocurridos en dos contextos tectónicos muy diferentes, aportan respuestas a nuestros objetivos: determinación de la resolución espacial y temporal del deslizamiento sobre el plano de falla, estimación de la velocidad de ruptura y de su dirección de propagación, el poner en evidencia el carácter unilateral o bilateral de esta propagación y de las variaciones posibles de los parámetros del mecanismo de foco durante la ruptura.

      Nosotros mostramos la necesidad de considerar las manifestaciones suplementarias de la complejidad del proceso de ruptura para situar correctamente, en su contexto tectónico, la integralidad de los fenómenos físicos en la fuente.

      El conjunto de estas consideraciones en el cuadro del estudio del sismo de Guam (Las Marianas), nos ha llevado a plantearnos el problema geodinámico del acoplamiento sísmico en las zonas de subducción. Proponemos en esta tesis, un modelo dinámico cuantitativo que permite explicar la diversidad del acoplamiento sísmico y las diferentes estructuras tectónicas existentes para el conjunto de zonas de subducción del planeta.

Introducción general 8

1 Datos de banda ancha y metodología : Aplicación al sismo de Iran,
1990. 13
1.1 Introducción 13
1.2 Datos de banda ancha 14
1.3 Metodología 21
Faulting process of the 20 June 1990 Iran earthquake from broadband records 27
1.3.1 Introduction 28
1.3.2 Epicenter Location and Surface Faulting 29
1.3.3 Source Models 31
1.3.4 Surface Wave Inversion 32
1.3.5 Inversion of Broad-band Body-Waves 33
1.3.6 Final inversion of a bilateral rupture model and results 40
1.3.7 Discussion 43
L3.8 Conclusion 45
1.3.9 Acknowledgements 45
1.3.10 References 47

2 Estudio de la fuente sísmica del terremoto de Guam: el caso de un sismo de subducción. 60
2.1 Introducción 60
2.2 Cuadro tectónico y modelo de acoplamiento sísmico para la zona de subducción de las Marianas 62
2.3 Análisis de los datos 69
2.4 Fase precursora y relocalizaciones 74
2.4.1 Fase precursora 75
2.4.2 Relocalisacion de fase P2 y de las replicas 80
2.5 Faulting Process of the August 8, 1993 Guam earthquake: a thrust event in an otherwise weakly coupled subduction zone 85
2.5.1 Introduction 86
2.5.2 Geotectonic Setting 87
2.5.3 Relocation of Aftershocks 89
2.5.4 Far-field body wave analysis 90
2.5.5 Modeling of GPS Data 97
2.5.6 Discussion and Conclusions 99
2.5.7 Acknowledgments 101
2.5.8 References 102

3 El Acoplamiento Sísmico 121
3.1 Introducción 121
3.2 Condiciones de estabilidad de la fricción 123
3.3 El Modelo 128
3.3.1 Coeficiente de acoplamiento sísmico 128
3.3.2 El esfuerzo normal en el contacto inter-placa 130
3.4 On the Mechanism of Seismic Decoupling and Back-arc Spreading at Subduction Zones 144
3.4.1 abstract 145
3.4.2 Introduction 146
3.4.3 The Model 147
3.4.4 The Controlling Parameters 148
3.4.5 Forces Associated with Subduction Zones 149
3.4.6 Comparison with Observations 152
3.4.7 The Philippine Sea-Pacific Plate Boundary 153
3.4.8 Global Comparisons with Observations 156
3.4.9 Discussion 159
3.4.10 Acknowledgements 161
3.4.11 Appendix 161
3.4.12 References 164

4 Conclusiones 178

Referencias bibliográficas 181

Annexe A : Respuesta de los instrumentos digitales 191

      La extrema complejidad del sismo de Iran (1990), tanto desde el punto de vista de la historia de la ruptura como de su contexto tectónico, nos condujo por la via de diseñar una estrategia precisa para controlar la validez física de los resultados de la inversión. El éxito de nuestra aproximación se tradujo en un artículo publicado en Geophysical Journal International. La experiencia adquirida con el sismo de Iran y la ocurrencia del sismo de Guam (1993) nos ofreció la oportunidad de ampliar nuestros objetivos primeros hacia una aproximación global de los terremotos mayores en el contexto geodinémico de las zonas de subducción. Los resultados obtenidos son objeto de dos artículos más sometidos a la revista Journal of Geophysical Research.

      En el capítulo 1, mostramos que una reflexión profunda sobre las condiciones a priori proporcionadas por el estudio del contenido espectral de los datos, la coherencia física del modelo empleado y el hecho de tomar en cuenta los aspectos tectónicos, permiten limitar el espacio de soluciones admisibles. Los resultados para el sismo de Iran (1990) nos entregan respuestas a los objetivos fijados : La resolución espacial de la historia del deslizamiento sobre el plano de falla es del orden de los 10 km. Mostramos una ruptura bilateral en dos etapas, en un primer momento hacia en nor-este, la cual se detiene al cabo de 10 s y vuelve a iniciarse hacia el sur-este del hipocentro. Determinamos una velocidad de ruptura de alrededor de 2.5 km/s. Ponemos en evidencia una variación sensible de los parámetros del mecanismo de foco durante la ruptura. La solución final que toma en cuenta el conjunto de estas complejidades ajusta los observables de manera satisfactoria.

      En el capítulo 2, mostramos que el sismo inter-placa de Guam, a parte de su mecanismo inverso, aparecía como una anomalía en una zona reconocida como sísmicamente desacoplada. Proseguimos con la misma estrategia utilizada en el capítulo precedente y encontramos la historia de la ruptura. Mostramos la necesidad de considerar manifestaciones suplementarias de la complejidad del proceso de ruptura para dar cuenta correctamente de la integralidad de los fenómenos físicos que ocurren en la fuente. Los resultados muestran un plano de pendiente débil para un mecanismo inverso. Encontramos una propagación de la ruptura unilateral hacia en nor-este (60°) con una velocidad de 3.5 km/s, sin variación sensible de los parámetros del mecanismo de foco. Nuestros resultados indican que el evento fue iniciado con un precursor de una duración de alrededor 8.6 s, con una tasa débil de liberación del momento sísmico, seguida por una fuerte liberación de energía en dos secuencias, localizadas a 30 km y 78 km al nor-este del epicentro, respectivamente, en la dirección de propagación. El procedimiento de relocalización de las replicas muestra que ellas se organizan en enjambres, asociados a estas dos zonas. El modelo final permite no solamente ajustar de manera satisfactoria los datos de banda ancha, sino que también los datos GPS, medidos sobre la ista de Guam antes y después del sismo.

      En el capítulo 3, proponemos un modelo físico simple que permite explicar la ocurrencia aparentemente anormal del sismo de Guam. Mostramos que la zona de las Marianas es, en efecto, una región que presenta un espectro amplio de estructuras tectónicas a partir de las cuales hemos construido un modelo prototipo de acoplamiento sísmico a nivel de la zona de contacto inter-placa. Este modelo ha sido eficaz para explicar la diversidad del acoplamiento sísmico y las diferentes estructuras tectónicas existentes a lo largo de esta región y de la zona de subucción Izu-Bonin. Luego de haber identificado y cuantificado los parámetros que controlan la dinámica del sistema, lo aplicamos a otras zonas de subducción con éxito.