Geofisica Colombiana pp 40-42 diciembre de 2002 Bogota, D.C. ISSN - 0121 - 2974N° 6

Determinacion de mecanismos focales para temblores
~ueiios 0 moderados: region del Caribe nororiental

ViCTOR A HUERFANO MORENO

Red sismica de Puerto Rico, Universidad de Puerto Rico,recinto de Ma y a q ue z , Geologia

RESUMEN

La determinacion delmecanismo focal de un terremoto contribuyc considerablemente al entendimiento del comportamiento

tcctonico de la zona de gcneracion. Acrualmentc tenemos las soluciones globalcs CMT (Centroid Moment Tensor) y cl USGS

(United States Geological Survey). La metodologia que utilizan esta basada en el uso de periodos largos para determinar las

caracteristicas ocurridas durante el proceso de ruptura; ademas, permiten detcrminar el valor de la energia liberada. Los cata-

logos mundiales se actualizan constanternente para terremotos moderados mayores (> 5.0/5.2, Mb).

EI objetivo de este trabajo es la aplicacion a eventos locales del Metoda de Analisis de la Amplitud, Espectro y Polaridades

(ASPO,1. Zahradnick, 200 I) para calcular los para metros focalcs de temblores moderados 0 pequeiios para una red sismica ti-

pica: unas pocas estaciones de banda anchajunto con una red mas densa de sismornetros de periodo corto. Se presentan las so-

luciones focales para dos cventos ocurridos en Puerto Rico- el primero, en la zona suroeste con magnitud de 3.6 MI

(2002/09/0602: 19:48); cl segundo, en la zona sureste con magnitud 3.5 MI (2002/09/07 04:0 1:06).

PALABRAS CLAVE: TECTONICA DEL CARIBE, MECANISMO FOCAL, CATALOGO SiSMICO

ABSTRACT

Earthquake focal solutions can contribute considerably to the understanding of active tectonics. At present, the Centroid Moment

Tensor (CMT) method is one of the most robust and reliable ways for computing focal mechanisms. This method uses long period

seismograms to reconstruct the average character of the entire fracturing process of an earthquake, and calculates the energy release.

The CMT catalog is routinely update for moderate/strong world wide quakes with magnitudes above 5.0/5.2.

The objective of this abstract is to present the Amplitude Spectra and Polarities or ASPO method (1. Zahradnik, 2001) to

calculate the focal parameters from weak events based on available NCe instrumental setup: few broadband (BB) stations

within a more dense shortperiod network. The method can be summarized as follows: (I) all stations are used to compute the

epicenter; (2) The complete records from three-component BB stations arc selected; (3) Only amplitude spectras are inverted;

(4) Feww Firts-motion reliable polarities are used as a constraint for the inversion and (5) The Green's function with includes

near field affects and interference waves is calculated by the discrete wavenumber method. ASPO determines five parameters:

focal depth, scalar moment, strke, dip and rake, and works below the corner frequency.

KEYWORDS CARl BEAN TECTONICS, FOCAL MECHANISM, SEISMIC CATALOG

INTRODUCCION
Basandonos en los catalogos y la documentacion historica (preinstru-
mental) as! como en la infonnaci6n recolectada instrumentalmente, po-
demos concluir que la Esquina Nororiental de la Placa del Caribe
(ENOPC) se com porta como una zona sismicamente activa. EI poten-
cial sismica y el transfondo tectonico de las fallas mayores de la ENOPC
(por ejemplo, la Trinchera de Puerto Rico, eI Canon de la Mona y el Pa-
saje de Anegada) ha sido reconocido y estudiado por diversos grupos
cientificos. En los ultimos dos siglos, en esta zona se han registrado los
terremotos mayores de las Islas Virgenes (7.4 Mb) Y del Cafion de la
Mona (7.3 Mb). Tambien se ha demostrado que zonas adyacentes tienen
potencial de generacion de eventos destructivos y maremotos.

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En la ENOPC, los temblores moderados y pequefios son particu-
lannente importantes debido a que constituyen la mayorfa de la acti-
vidad sismica y estan distribuidos en toda la region. En la Red
Sismica de Puerto Rico (RSPR), aunque se mantiene un catalogo lo-
cal 0 regional de datos parametricos, no se calculan rutinariamente
las soluciones focales. Este tipo de anal isis a distancias locales 0 re-
gionales es mucho mas complicado que para aquellos eventos tele-
sismicos (Iejanos) debido ala fuerte contribucion de los efectos de la
corteza y las heterogeneidades de la parte superior del manto, 10cual
aparece retlejado en los sismogramas. Modelar este tipo de eventos
es imposible utilizando las tecnicas usadas por las redes globales.
Estudios propuestos sugieren que se pueden analizar los mecanismos

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DETERMINACION DE MECANISMOS FOCALES PARA TEMBLORES PEQUENOS 0 MODERADOS, REGION DEL CARl BE NORORIENTAL

focales compuestos para un selecto grupo de eventos; sin embargo, si
esa aproximacion se basa en registros tom ados solo en instrumentos
de periodo corto, podemos correr el riesgo de no estar considerando
toda la informacion de la fuente, 10 que puede inducir incertidumbre
en los resultados.

AREA DE ESTUDIO Y SISMICIDAD
La ENOPC es una zona sismicarnente activa. En Puerto Rico, el pro-
medio de sismicidad oscila entre 2 y 1sismos diarios con unos muy no-
torios eventos de enjambres tipicos en las zonas sismicas del Sombrero,
19°N, y los canones de la Mona e Islas Yirgenes. La tectonica de esta
region esta rnarcada por la convergencia de las placas mayores de Nor-
teamerica y del Caribe; la primera en proceso de subduccion a una ra-
zan de entre lOy 20 mm/afio en la Trinchera de Puerto Rico, y la
segunda entre 1 y 3 mm/afio en la Trinchera de Muertos.

Existen zonas de extension, como los canones de La Mona, Islas
Virgenes y el Pasaje de Anegada; zonas de movimientos laterales en la
zona de fallas de los 19°N y en la parte mas occidental de la Trinchera
de Puerto Rico; defonnaciones verticales en la zona sismica del Som-
brero (Ten Brink, 2002) y en el interior del suroeste de Puerto Rico.

EI catalogo sismico de la RSPR (PRSN, pagina electronica)
mantiene informacion parametrica desde 1987, con mas de 10.000
soluciones (figura I), que reflejan el grado de actividad para esta
parte de la ENOPC; adem as, se mantienen las series de tiempo en
formato digital para estaciones de periodo corto desde 1992. Mas re-
cientemente (200 I), los temblores se registran en estaciones de ban-
da ancha. Sin embargo, soluciones focales solo han sido posibles
mediante e: analisis de las polaridades del primer arribo (onda P) y,
en algunos casos, la razon de las amplitudes P, SH y SY (Huerfano,
1994). Soluciones para eventos registrados por las redes mundiales
solo reportan 36 mecanismos desde 1976 (CMT, pagina electroni-
ca), 10 que representa una minima parte de la actividad real.

Figura I.Muestra la intensa actividad sismica registrada por la RSPR.

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PREPARACION DE LOS DATOS
Si el temblor ocurre en el punto focal, las ondas sismicas viajan por
la corteza hasta Ilegar a la estacion, don de son registradas segun la
capacidad del sismometro, La serial que finalmente se obtiene 5(1', t)
mediante el sistema de adquisicion de datos incluye la informacion
de la fuente F(r, t), la interrelacion de las ondas elasticas con la corte-
za C (I', t) Y la parte correspondiente al instrumento 1(I', t), tal que:

(1)

Si la respuesta instrumental es conocida mediante las tab las de
calibracion y el conjunto de polos y ceros, y se tiene un modelo rea-
Iista de la velocidad de propagacion de las ondas de cuerpo, al me-
nos en las capas superiores, la ecuacion (I) depende solo de !a
funcion de la fuente. EI problema puede ser dividido como sigue:

I\.T ~ Imin.:CMT,USGS

S (;::, I) => 2. T ~ 20seg.~ Imin.:RNT,ASPO
3. T :s; 20seg.:ASPO

Se analizaron dos eventos sisrnicos que fueron reportados como
sentidos en PuertoRico (tabla I). Las sefiales de estos temblores se
registraron en cinco de las estaciones BB de la RSPR. MTP, CPO,
CBY, AGP Y MGP, equipadas con 30seg. Guralps 3-ESP y 40T.
Tambien se utilize el registro de la estacion SJG que tiene un 120
seg. STS-I (IRIS, pagina electronica), Se aplico la correccion ins-
trumental para todas las senates, rnanteniendolas frecuencias en un
rango de 0.1 Hz - 2Hz y se rotaron las cornponentes (X, Y, Z) ~ (R,
T, Z). Para continuar con el analisis, se requiere una localizacion
epicentral preliminar, se deben leer cuidadosamente las polarida-
des de aquellas estaciones don de sean indudables y se debe dispo-
ner de un modelo detallado de velocidad en la corteza.

EI espectro observado se com para con los espectros numericos,
los cuales se determinan mediante el rnetodo de discretizacion del
numero de onda (Bouchon, 1981) usando el modelo de velocidades
para Puerto Rico (Huerfano, 1994). La diferencia se determina
paso a paso mediante la norma L 1*, que indica:

Error (2)
n

La suma se ejecuta sobre todas las estaciones (n), sobre todas las
componentes y sobre todas las frecuencias utilizadas en la inversion.

TABLA 1 PARAMETROS FOCALES OBTENlDOS. LA PROFUNDIDAD DEL EVENTO ES

DADA POR LA INVERSION.

Centroid'.' Loculjzacion Plano de falla Desplazamiento

z»
No F'eeha MI Lan. Longi. (km) Azi. Hl'('. Des. Azi. PI.

t« 2002/09/07 3.5 18.079 -66.074 294 60 168 120 10

2" 2002/09/06 3.6 18.135 -66.808 10 280 82 96 152 80

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ViCTOR A. HUERFANO MORENO

RESULTADOS
Este rnetodo permite determinar cinco parametres: la profundidad
focal, elmomento escalar y la geometria de la falla (azimuth, angu-
10 de hechado y angulo de desgarre). En la tabla I, se detallan los re-
sultados de la inversion, que incluye la profundidad focal,
correspondiente a la que reporto el minimo error. En la figura 2 se
muestran los resultados de este estudio, adem as de los resultados
para la zona local de Puerto Rico, reportados par el grupo de Har-
vard (CMT) y pOI' Mendoza (2002), para el caso de las soluciones,
utilizando RMT.

Los mecanismos focales obtenidos coinciden con estudios pre-
vios de la tectonica local. Para el caso del evento (I "), se sabe que
existe en esa zona un movimiento casi lateral en direccion
ONO-ESE, 10 cual i dica que este sismo esta relacionado con este
tipo de deformacion: azimuth del vector desplazamiento = 1200 con
una inclinacion de 10°, para un plano de falla 024°N. Para el caso
del evento (2"), en esta zona se presentan patrones complejos que
van desde desgarres laterales (GSPR.FZ) hasta movimientos con un
fuerte componente vertical en la esquina suroeste de Puerto Rico
(Huerfano et al., 200 1). Este ultimo es el posible causante del even-
to modelado. Se tiene un angulo E62°S para el vector de desplaza-
miento con una componente vertical inclinada de 80°.

21.0

20.5

20.0

19.5

19.0

18.5

18.0

17.5

17.0

i6.5

160
-70 -69

Figura2.Mecanismos focales obtenidos en este estudio.

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CONCLUSIONES
Dos eventos pequefios fueron simulados usando una red local de es-
taciones de banda ancha. EI rnetodo ASPO, tambien conocido
como LMT (Local Moment Tensor) se aplico en la inversion de los
espectros para las sefiales completas. Los resultados obtenidos pOI'
este estudio coinciden con estudios previos de la tectonica de las
zonas de generacion.

En general, del rnetodo podemos concluir:
I. Es un metodo rapido para determinar los parametres focales:

profundidad, momento escalar y la geometria (azimuth, hechado y
desgarre).

2. Es una herramienta util en aquellas regiones donde la distribu-
cion de estaciones sismicas consta de unos pocos sismometros BB
junto con una red mas densa de SP.

3. En condiciones favorables, pennite solucionar eventos de

magnitud MI ::> 3.5.
4. Sirve para la implementacion de un catalogo local local de so-

luciones focales, en adicion a los catalogos mundiales.
5. Provee informacion valiosa para un mejor entendimiento de

la tectonica local con base en los registros BB.

BIBLIOGRAFIA
BOUCHON, M. 1981. A simple meted to calculate Green's functions for es-

lastic layered media. Bull. Seism. Soc. Am. 71: 959-971.

Centroid Moment Tensor (CMT). Pagina Electronica: www.seismo-

logy.harvard.edu

HUERFANO, Y., and BATAILLE K. 1994. Crustal Structure and Stress Regi-
me Near Puerto Rico. EOS Suplements. AGU.

HUERFANO, Y.; HILLEBRANDT, c., and BAEZ-sANCHEZ G. (2001). Micro-
seismic activity reveals two stress regimes in southwesterm Puerto
Rico. Submited to: Tectonophysics.

HUERFANO, Y. 2002. Earthquake local sources in the Puerto Rico region:
Puerto Rico Tsunami Mitigation and Warning Program. Prepared for:

University of Puerto Rico.

MENDOZA, C. 2002. Earthquake sources in the Caribbean region: Puerto
Rico Tsunami Mitigation and Warning Program. Prepared for: Univer-
sity of Puerto Rico.

RED SiSMICA de Puerto rico. Pagina Electr6nica: rmsismo.uprm.edu

TEN Brink, U.; MARTIN J. 1.; GURROLA, H.; DILLON, W., and HUERFANO

Y. 2002. Dynamic topographic in the Puerto Rico Trench. Submited to:

JRL.

ZAHRADNIK, J.; JANSKY, 1., and PAPATSIMPA, N. 2001. Focal mechanism

of week earthquakes from amplitude spectra and polatities (ASPO).

Pure and Appl. Geophys., 158: 647-665.

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