Geofisica Colombian a N° 5 pp. 18-26 diciembre de 2001 Bogota 0 C ISSN - 0121 - 2974 Implicaciones sismotectonicas de las soluciones mecanismo focal de algunos terremotos de la central de Colombia del region ELKIN DE JESOS SALCEDO HURTADO*1.2 CLARA INES RIVERA PEREZ1,3 AUGUSTO ANTONIO GOMEZ CAPERA1.3 RESUMEN Se han analizado las s luciones del mecanismo focal de veinte terremotos ocurridos a diferentes profundidades y arnbientes tectonicos para establecer el marco sismotect6nico de la regi6n central del territorio colombiano. Los sismos intermedios ocurridos en la parte occidental de la regi6n, en su mayorfa responden a fuerza de traccion y corresponden a la subduccion del material litosferico de la placa oceanica bajo la placa continental, mientras que los eventos superficiales que tienen lugar en el continente en su mayorfa son de tipo compresivo y estan relacionados con la actividad de las diferentes fallas que atraviesan la regi6n. Esta actividad es derivada de la colisi6n de la placa Nazca con el Bloque Andino. En eI sistema de fallas del borde lIanero se nota la continuaci6n de los esfuerzos tect6nicos desde la base de la corteza hasta la superficie terrestre. En general, el regimen geodinamico de la esquina noroccidental del continente suramericano est a gobernado por la interaccion de tres grandes placas, que a su vez causan la deformaci6n y el desplazamiento del Bloque Andino en direcci6n NNE. PALABRAS CLAVE: MECANISMO FOCAL, SISMOTECTONICA,TECTONICA DE PLACAS ABSTRACT Focal mechanism solutions of twenty recent earthquakes ocurred at different depthes and tectonics environment have been analysed to establish the seismotectonic framework of the central region of Colombian territory. The intermediate earthquakes in the western part of the region, in the majority respond to traction force and correspond to the subduction phenomenon of the oceanic lithospheric material beneath continental plate. While the superficial events ocurred at the continent crustal in the majority being of compressional type are related with the activity of different faults that cross the region. This activity is derived from the collision of the Nazca plate with the Andean Block. On the East Andean frontal fault system is noted a continuation of the tectonic stresses at the interior of the crustal to the earth's surface. In general, the geodymanic regimen of the nothwestern corner of the South American continent is governed by the collision of three major tectonic plates, that cause the deformation and displacement of the Andean Block in NNE direction. KEY WORDS: FOCAL MECHANISM, SEISMOTECTONICS, PLATE TECTONICS INTRODUCCION Tradicionalmente las soluciones de los mecanismos focales de los terremotos han sido una de las principales herramientas para el analisis sismotect6nico de regiones continentales y zonas oceanicas, como 10 muestran trabajos realizados en diferentes regiones del mundo (Sykes, 1967; Isaacks et al., 1968; Molnar and Sykes, 1969; Nowroozi, 1972; Udias et al., 1976; y muchos otras) y para el estudio del tipo de desplazamiento y movimiento relativo entre los bordes de los lfmites de diferentes placas y fall as tectonicas (Tandon and Srivastava, 1975; Philip y Cisternas, 1985; Udias and Bufom, 1985; Aztis and Kanamori, 1988; Adamek et al., 1988; Salcedo et al., 1995; Bufom and Udias, 1991, y otros). Ingeominas, Subdirecci6n de Geofisica, A. A. 4865, Santare de Bogola, D.C. - Colombia. Actualmente Depto. de Geogralia, Universidad del Valle, Cali (Valle) - Colombia Depto. de Fisica, Universidad Nacional de Colombia, Santale de Bogota, D.C. - Colombia. Corresponding author. Tel.: +57 (2) 321-2189; Fax: +57 (2) 333-4909. e-mail: elsalced@mafalda.univalle.edu.co 18 La tecnica de obtenci6n del mecanismo focal de los terrernotos ha evolucionado considerablemente. La mas cormin a nivel mundial ha sido la utilizaci6n de la polaridad del primer impulso de las ondas P. Cuando el numero de lecturas de polaridades de las ondas P no son suficientes para obtener una soluci6n confiable, general mente para algunos sismos moderados, se usa la tecnica de inversi6n de ondas. Actualmente, con ayuda del desarrollo de las tecnicas computacionales, el estudio del mecanismo de los terremotos y la aplicaci6n de los resultados de sus investigaciones son mejor utiJizadas tanto en tect6nica regional como para el conocimiento de las estructuras locales. EI uso de estos rnetodos, los cuales definen los parametres del mecanismo focal de los terrernotos, muestran una enorrne concordancia de sus resultados con los obtenidos por observaciones geol6gicas y geoffsicas. Para el tenitorio colombiano en particular, algunos autores han realizado importantes trabajos sobre interpretacion del mecanismo focal de terrernotos, que ayudan a la comprensi6n del marco sismotect6nico de una de las regiones tectonicas mas complejas de la Tierra, la esquina noroccidental del continente suramericano. Entre los principales trabajos aplicados al territorio colombiano se pueden enumerar los realizados par Mendiguren, 1973; Bune et al. 1975; Jordan, 1975; Herd et al., 1981; Pennington, 1981; Pennington GEOF!SICA COLOMBIANA, 5, OICIEMBRE DE 2001 IMPLICACIONES SISMOTECTONICAS DE LAS SOLUCIONES DEL MECANISMO FOCAL DE ALGUNOS TERREMOTOS DE LA REGION CENTRAL DE COLOMBIA et aI., 1981;Kellogg and Bonini, 1982;Mendoza and Dewey, 1984;Lomnitz and Hashizmine, 1985; Page, 1986; Adamek et al., 1988; Rivera, 1989; Salcedo, 1992; Salcedo et al., 1995. EI presente trabajo hace parte de los resultados del proyecto "Sismotect6nica del territorio colombiano" llevado a cabo en Ingeominas (Instituto de Investigaciones en Geociencias, Minerfa y Qufmica) durante el afio 1995. Aqui se usan los datos de las soluciones del mecanismo focal de una poblaci6n de terremotos para el analisis del marco sismotect6nico de la regi6n central de Colombia. Los datos utilizados en este estudio fueron, en buena parte, obtenidos durante el desarrollo del proyecto, y tarnbien tornados de otras fuentes como se muestra mas adelante. Aqui no se analizaran las particularidades de la sismicidad de la regi6n, puesto que esto se hizo en un articulo previa realizado tambien por los autores del presente trabajo (Salcedo et al., 1997). UBICACION GEOGRAFICA DE LA REGION DE ESTUDIO La regi6n de estudio escogida esta enmarcada entre las coordenadas 2,Y - 6,50 latitud Norte y 72,00 - 76,00 longitud Oeste en el territorio colombiano, encerrando los departamentos de Cundinamarca, Boyaca, Tolima, Caldas, Quindfo, Risaralda y Meta; adernas, cubre el sur de los departamentos de Antioquia y Santander, la parte occidental del Casanare y el norte de Huila (figura I). Esta regi6n, que sin duda corresponde a la zona mas poblada y donde mas frecuentemente ocurren los sismos en el pais, se escogi6 con el objeto de evaluar el ambiente sismotect6nico de la parte central del territorio colombiano, yencontrar la relaci6n entre la sismicidad y las principales estructuras tect6nicas allf presentes. La figura I tambien muestra los principales sismos ocurridos en la regi6n. o to r-, to to M " to N r-, ", to to r-, S!SIolO\.OCICAS >l~=•• ... A •• M r-, CONVENCIONES » o Capjlolde ICfll!pJbl;c,o, COP;loldco..l>CW'\ J. eO .-e 16 CONVENCIONES ESTRUCTURALES GEOGRAFlCASt Copital de lc republica, a Capitol de departamento. o Pcbroctcn . ________ Trurno de folio con ;fldlc'os 0 eviceoclcs ptmlvoles de oct; ...\ooO -eetectentcc. Rupturos p:rindpolm.lltt' pleislOl;cn;ccs. -------- Tramo de folio inoc:livtl • "t' • • • • • •• Folio de cobcrqormentc. los puntas ncc:c et bloque revoetodo. • • • • • • • • •• Folio in....ersc. Los rec.l6ngulos noctc !!I brcqoe tevcrncdo. SISMDL6GICAS Falla COI'I indicoci6n del seouoc de 10 ccropeeente tlO(;lootol del movimtentc r0110 definido. Folio cproximcdc a ini.erida. Unecmtento Ictoqectoqtco. SOluci6n del Mecanisme Focal. Lo porte sombreodo deooto ccmoreston y 10 porte en bronco diiotociOn. • Ecicentre Anticlinal ceooaolco. Figura 2. Principales sistemas de fallas en el area de estudio (adapt ada de Paris y Romero, 1993) jUIHO can los diagramas del mecanisme focal de los ierremotos. Los cfrculos representan los epicentros. Los diagramas representan el hemisferio inferior de esfera focal can cuadrantes sombreados para las cornpresiones y blancos para las dilatauones. GEOFislCA COLOMBIANA, 5, DICIEMBRE DE 2001 21 SALCEDO ET AL. TABLA 2 SOLUC10NES DEL i\·lECANIS/ v 1Q FOCAL DE LOS TERREMOTOS DE LA. REGION CENTRAL DE COLOI'.,tBIA. FECHA EJES P, T PLANOS DE FALLA T1PO DE FALLA REFERENCIAS No. Dia Mes Aiio cI>p El,.

----------_. -- 14. 1986-IH-29 9:48:55.6 17. 1990-1-10 2:57:50.7 Es sabido que en la zona de transici6n del continente al oceano del territorio colombiano ocurre la interacci6n de gran des elementos litosfericos, yen correspondencia con la teorfa de la tect6nica de placas, es evidente que ocurre la deformaci6n y la penetraci6n de la placa oceanica frfa en el manto de la Tierra. Aqui el hipocentro de los terremotos refleja la posici6n de la zona de Wadatti-Benioff. La frta y fragil placa de Nazca, como resultado del acercamiento con el continente suramericano, continua sumergiendose bajo el material mucho mas caliente del manto, formando con la masa rocosa continental un fuerte contacto entre los bloques que constituyen la litosfera de las dos placas, oceanica y continental, y a la vez entre los bloques intern os de cada una de elias mismas (figura 4). La fuerza de contacto entre los bloques de cada una de las placas en cuesti6n aparece por la presencia de la fuerte presi6n lateral de GEOFislCA COLOMBIANA, 5, DICIEMBRE DE 2001 3. 1966-X-18 18:43:37.6 10. 1978-1-21 8: 19:29.3 /---. i "l~-~) /'------' I ' ~-----..1~~-i---~ \ [ i /~) \ : ~ ~, \,,--~! /',,-., /.~ 15.1988·XII-3120:58:31.3 19. 1991-VI-25 23:06:58.0 Figura 3. Soluciones del mecanismo focal de los terremotos encontradas par este estu- dio, representadas par compresiones + y di- lataciones 0, sabre una proyecci6n de area igual del hemisferio inferior de 13esfera focal. P y T denoian los ejes de presion y tension, respecrivarnente, y la lfnea punteada que los contiene represerua el plano ecuatorial. El nurnero que se ante pone a la fecha de cada evento corresponde a la numeraci6n adop- rada en las rablas I y 2. calentamiento que se genera con la penetracion de la placa oceanica. La existencia de estas grandes fuerzas genera a su vez fuertes rupturas dentro de la placa, las cuales son las causantes de los complejos y simultaneos movimientos que segun Lobkovskyi (1988) ocurren en los focos superficiales de terremotos que suceden en los bordes sismoactivos de zonas oceanicas, Como se observa en la figura 2 y la tabla I, los terremotos del 9 de marzo de 1967 (No.4) y del 18 de octubre de 1973 (No.7) con profundidad de 60 y 61 kilometres respectivamente, ocurrieron en condiciones de esfuerzos compresivos en direcci6n NW-SE. Ambos eventos representan falla de tipo inverso y, aunque notandose una alta componente de rumbo en el 7, tienen el plano preferencial de ruprura orientado transversalmente en direcci6n suroeste-noreste, representando un desplazamiento lateral derecho, el cual concuerda estrechamente 23 SALCEDO ET AL E o 0 0 0 -76.'" -75.5 -75.'" -74.50r-.--------;..~-----'_T_-=---------=----,:...:, ·50 I-l°O "0 o :? -o § - 150 "ci: -250 '-- ----.J CONVENCIONES vectc-es de roe-zoe de 01;;,66,.. y reoccioo de 10 il'lieroccion de 10 meso de 10 crocc subcoc.do y 10 meso roc oso y del monto de 10 ciccc cootleento! Vector de dlrec ctSn general de cesptcrcmeotc en et prone de rupture de los Iocca eeroccs en 10 cicco subducido nr-ecctoo en 10 que se introduce 10 prcco oceanica bcjc el ccntjoente [sQuemot'loci6n de Jo ploc:osl,lbducidCl Figura 4. Esquema de los vecrores gecdinamicos en la zona de subduccion de la placa de Nazca bajo el cont inenre suramericano en e l territorio colombiano entre las lati tu- des (4.0( . 6.00N. con la direcci6n del sistema de fallas del borde lIanero. Por su profundi- dad, estos eventos pueden considerarse como corticales, puesto que la corteza bajo la cordillera Oriental tiene aproximadamente un espesor de 66 kilometres (Gobema, 1981; Coral-G6mez, 1987). EI sismo del 18 de octubre de 1966 (No.3), ocurrido al nororiente respecto a los dos anterio- res, tiene su plano preferencial orientado de SW a NE con desplazarnien- to lateral izquierdo a 10 largo de el; el esfuerzo de compresi6n esta orien- tado horizontalmente. EI terremoto del 25 de junio de 1991 (No. 19) ocu- rre superficialmente, bajo condiciones de esfuerzos compresivos vertic a- les, que generan un desplazamiento lateral derecho en los pIanos de falla; la orientaci6n del plano de ruptura coincide con la orientaci6n de la falla Santa Maria mas pr6xima a el, Mas al nororiente, despues que la cordil- lera Oriental y el sistema de fallas del borde llanero cambian de rumbo, se localiza el terremoto del 21 de enero de 1978 (No. 10), el cual ocurri6 superficialmente y bajo condiciones de esfuerzos compresivos orientados en direccion SWW-NEE. EI plano preferido es el que esta en la direcci6n SWS-NEN. En estos eventos (3, 4, 7, 10 y 19) la direcci6n del plano preferido de ruptura es aquel paralelo al sistema de fallas del borde IJanero. E1terremoto del 18 de diciembre de 1985 (No. 13), ocurre bajo esfuer- zos compresivos que tienen una orientacion NS, entre las faIJas Alto del Trigo y de Com bras; el plano nodal del mecanismo obtenido esta orientado en la misma direcci6n que tienen estas fall as, es decir, SW-NE, representan- do una falJa con desplazamiento lateral izquierdo y componente inverso. 24 Por Ultimo,el terremoto del 17de enero de 1982 (No. 12)es de tipo distensivo. El esfuerzo principal es subhorizontal orientado de WSW-ENE, mientras que el plano nodal preferido esta orientado SSW-NNE. Este plano y el desplazamiento que en el se indica coinciden estrechamente con el rumba y desplazamiento de la falla Salinas, que recorre la zona de estudio desde el centro de esta, dirigiendose hacia el norte casi hasta la latitud de 5S Norte, donde cambia de rumba en la direccion NNE. EI terremoto No. 20, ocunido el2 de enero de 1992, tuvo lugar en una profundidad interrnedia de 144 kilometres, En este caso el mecanismo tiene un plano casi horizontal E-W. EI eje de compresi6n buza hacia el NE. IMPLICACIONES SISMOTECTONICAS EN LA REGION EI patron 0 esquema sismotect6nico, que resume la sismicidad y las obser- vaciones de mecanismos focales de terremotos para esta regi6n, es mostra- do en la figura 5. Como puede observarse, la mayor parte de la sismicidad esta localizada en el sector occidental, en un area que abarca los departa- mentos de Caldas, Quindio, Risaralda, parte de Tolima y Valle del Cauca. En esta zona los sismos son caracterfsticos a una profundidad interrnedia, y estan relacionados a la zona de subducci6n. EI regimen de esfuerzos pre- dominante es extensivo y es gobemado par la tracci6n de la placa subductada, como es habitual para sismos de profundidad intermedia en este tipo de zonas. Este esfuerzo y el movimiento de la placa estan bien documentados por datos sismol6gicos (Jordan, 1975; Pennington, 1981; Adamek et al., 1988 y otros) y geodesicos por G.P.S. (Freymueller et al., 1993; Kellogg and Vega, 1995; Mora and Kellogg, 1995; Mora, 1995). La direcci6n del movimiento en los pianos de fallas deterrninados, en la mayorfa de los terre- motos de profundidad interrnedia en este sector, coincide con la direcci6n del vector de penetraci6n de la placa oceanica bajo el continente. Las fle- chas grandes rellenadas en la figura 5 muestran la direcci6n de los ejes de esfuerzos de presi6n y tension inferidos de las direcciones de estes en cada mecanismo focal, los cuales varian mas corminrnente de NW a W. En este lugar, la subducci6n alcanza una profundidad aproximada de 180 kil6me- tros, inferida de la actividad sismica interrnedia. Se observa un cordon sismico que se extiende desde el norte del de- partamento del Huila, por el piedemonte de la cordillera Oriental, sobre la zona que corresponde al sistema de fallas del borde llanero, que a su vez representa la zona de contacto del BJoqueAndino y la placa suramericana en el territorio colombiano (Pennington, 1981). La soluci6n obtenida para cuatro eventos (4,7, lOy 19) ocurridos a 10 largo de la zona de separaci6n de estos dos grandes bloques es bastante consistente con la direcci6n del plano de falla en cada uno de los tramos del sistema de falJa, el cual expe- rimenta cambios de direccion a diferentes latitudes. En los dos sectores identificados en el sistema de falla del borde llanero, de acuerdo con el cambio de direcci6n que experimenta, se nota la predominancia del desplazamiento lateral derecho, siendo de mayor mag- nitud en el sector sur (Salcedo et al., 1995). Las soluciones de los meca- nismos focales de los terremotos de esta zona de falla muestran una reorientaci6n de los esfuerzos compresivos en la corteza a 10 largo del borde oriental de la cordillera Oriental (figura 5). Una reorientaci6n simi- lar de esfuerzos en la superficie terrestre a 10largo de esta zona, tambien ha sido notada por Mojica (1985), mediante observaciones geol6gicas. En la figura 5 las flechas rellenas mas pequefias muestran la direccion del eje de esfuerzo de presi6n a 10 largo de la zona. GEOFislCA COLOMBIANA, 5, OICIEMBRE DE 2001 IMPLICACIONES SISMOTECTONICAS DE LAS SOLUCIONES DEL MECANISMO FOCAL DE ALGUNOS TERREMOTOS DE LA REGION CENTRAL DE COLOMBIA 6.0" , ~\6 2.5" '" Ll> "" 'D -o Ll> ill ,; t-, t'. r-, ~ '" LD s: er M l") r-, " ~ CONVENCION(S _____ It'JMO <);> ,,,Ho f"'~ lI>dit;H <> ... ~,,~'''s W~h .. ,I.p~ "" <><:U"""'1 ~!«I""'CO, "'.,pi......:.. "''''''''~''\'' ~'t"a<:.;g 1'1 ~ 'l'». Ul' 'ed<:n.;:>l",. r.o,::;o "I h~" ........~I.M". .._ .••.•... ~-~._-- r"l(;i6~ '" <:~"....t .. "'Yi!ltn'OI ""'''-'''''-<:'''0 ----- f'noOCD • Otros eventos, como 12 y 13, estan representando la gran compresi6n regional producida por la deformaci6n de grandes bloques litosfericos. Esta compresi6n ha sido la causa de la generaci6n de los sistemas de Falla generalmente de tipo inverso en el territorio colombiano, mientras que la ocurrencia del evento 20 a profundidad intermedia y su condici6n de es- fuerzos puede interpretarse como un estado causado por el material litosferico que es empujado por debajo de la corteza desde el SW Este mecanismo focal esta soportado por el desplazamiento del Bloque Andino que es movido en direcci6n NE como resultado de las colisiones recientes o acreciones tect6nicas entre la Fosa de Carnegie y el continente suramericano. La flecha grande no rellena en la figura 5 muestra la direc- ci6n del movimiento del BloqueAndino respecto a la placa suramericana, CONCLUSIONES Del estudio de las caracterfsticas de la sismicidad en concordancia con la estructura tect6nica que se refleja en el territorio colombiano entre las GEOFislCA COLOMBIANA, 5, DICIEMBRE DE 2001 coordenadas (2.5° - 6S)N y (72° - 76°)W, se pueden deducir las siguientes conclusiones: En el sector occidental se observa una concentraci6n de terremotos de profundidad intermedia, entre 60 y 170 kil6metros dentro de la placa oceanica subductada; muchos de ellos responden a la fuerza de tracci6n tipica de estas zonas, mostrando que la direcci6n del movimiento en el plano de falla coincide con la direcci6n de penetraci6n de la placa oceanica bajo el continente. Adernas, los es- fuerzos derivados de estos focos dan eviden- cias de las fuerzas de accion y reaccion que ocurren entre la placa subducida y la masa rocosa del bloque continental. El patr6n general de esfuerzos en la re- gion, dentro del continente, deducido del mecanismo focal de los terremotos evalua- dos, es de compresiones horizon tales, los que a su vez se derivan de la interaccion de las placas de Nazca, Caribe y Suramericana. Como producto de la gran com presion regional se generan grandes deformaciones asociadas a zonas de fallas y el desplazamiento del Bloque Andino en direccion NNE. A pesar de que los datos de los mecanis- mos focales de los terrernotos a 10 largo del sistema de fallas del borde llanero no son muy abundantes y dejan grandes sectores al descubierto, es interesante notar, en esta etapa, que en su recorrido dentro de la cor- teza se presenta una reorientacion de esfuerzos cornpresivos. En este sentido es importante aumentar la estadfstica de los datos para poder tener una mejor representaci6n de este fenomeno. Sin embargo, esto esta de acuerdo con otros datos geologicos que son representativos para la parte mas superficial de la corteza. SlSMOLO(;ICAS o;'~(<6'l O"! 10 C<:l'1'"lPon,r.on!ol d. I~ ejf!:J ee P'~ll'~"'. de·'I/(lo(l(l.$ oer mec""';smo lll!l l~("emelo Oorfl;C'Oo Oel It)l! d.e C"'n.6Il at cvotro tetftm()tOl! Q 10 tof~ del ere oe lolllOI D:"II-(.d6f1 (1" 1011t'!li".,,-:cl de ~~silin 'I d;~\",ns,~ (,If"· s de los me'!J",ernol rccetee ~!D aceo de~I"'~cio;:leIQ5;it>Q'ACci6n~Io~1i61CQ AGRADECIMIENTOS focos. Las fechas mas grandes representan la direccion promedio del eje de presion y tension en la lana. Figura 5. Marco sismotect6nico de la region central del territorio colombiano. Las rechas pequerias indican la direcci6n de los ejes de presion en el foco, derivados del mecanismo de los terremotos. Los cfrculos muestran los Este trabajo se elaboro dentro del proyecto "Sismotectonica del territo- rio colombiano", identificado con el codigo P92FO I, en ellnstituto de Investigaciones en Geociencias, Minerfa y Qufmica de Colombia (Ingeominas), a cuya directiva expresamos nuestro mas sincero agrade- cimiento por el apoyo institucional brindado al hacer posible est a inves- tigacion y su respectiva publicacion. 25 SALCEDO ET AL. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ADAMEK, S, FROHLICH,C. & PENNINGTON,W. D. 1988: Seismicity of the Carib- bean-Nazca boundary: Constraints on microplate tectonics of the Panama re- gion, J, Geophys, Res" Vol. 93 (B3): 2053-2075. AZTIS, L., LAY, T. & KANAMORI, H. 1988: Large intermediate depth earthquakes and the subduction process. Phys. Earth planet. 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