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INSTITUTO GEOFÍSICO DEL PERÚ
DIRECCIÓN DE SISMOLOGÍA
“ANÁLISIS DE LA GEOMETRÍA DE LA PLACA DE NAZCA EN EL
BORDE OCCIDENTAL DEL PERÚ MEDIANTE AJUSTES
POLINOMIALES”
INFORME DE
PRÁCTICAS PRE-PROFESIONALES
Realizado por:
KATIA VERONICA VILA MAMANI
Director: Dr. Hernando Tavera
Lima-Perú
2012
2
AGRADECIMIENTOS
Mi más sincero agradecimiento al Dr. Hernando Tavera, Director de la Sección de
Sismología del Instituto Geofísico del Perú por brindarme la oportunidad de
integrarme a su grupo de trabajo y poder iniciar mi formación profesional.
También agradezco, a cada una de las personas que me acompañaron en el
proceso de realización de este estudio y a quienes me dieron su soporte en todas
las formas y momentos.
3
ÍNDICE
Pág.
Agradecimientos
Índice
Resumen
I.-INTRODUCCIÓN 5
II.-RASGOS GEOMORGOLOGICOS Y TECTÓNICOS 7
2.1.- Zonificación geomorfológica 8
2.2.- Rasgos Tectónicos 13
III.- GEOMETRIA DE LA PLACA DE NAZCA 19
3.1.-Base de datos 19
3.2.-Distribución espacial de la sismicidad 20
3.2.1.- Sismos con foco superficial 21
3.2.2.- Sismos con foco intermedio 21
3.2.3.- Sismos con foco profundo 22
3.3.-Selección de datos 22
3.4.-Perfiles Sísmicos 25
3.5.- Ajustes polinomiales 29
3.6.-Geometría de la placa 30
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
4
RESUMEN
En el presente estudio se determinó la geometría de la placa de Nazca en el borde
occidental del Perú a partir de ajustes polinomiales y la distribución espacial de la
sismicidad contenida en el catalogo sísmico del Instituto Geofísico del Perú para un
periodo (1980- 2011) y los catálogos sísmicos de Grange (1980-1983), Suarez (1991) y
Deverche (1987) correspondientes a redes sísmicas temporales que operaron en las zonas
Sur, Centro y Norte del Perú.
El análisis de la distribución de los eventos en profundidad permitió elaborar 22 perfiles
perpendiculares a la fosa oceánica y su tendencia fue ajustada con la aplicación de un
polinomio de 5º grado. Los resultados finales permiten observar la presencia, en el borde
occidental del Perú, de dos modos de subducción. En las regiones norte y centro prevalece
la subducción tipo subhorizontal y en la región sur de tipo normal. Entre ambos modos la
placa oceánica cambia su geometría por contorsión.
5
I.-INTRODUCCIÓN
Las placas tectónicas son fragmentos de litósfera que avanzan como bloques
rígidos flotando sobre la astenósfera, su movimiento se debe principalmente a las
corrientes de magma caliente procedentes de la base del manto. Tales corrientes
se enfrían al llegar bajo la litósfera, e impulsadas por los materiales que
continúan llegando, vuelven al fondo originándose así diferentes corrientes
circulares de convección (Figura 1). Estas corrientes pueden llegar a romper una
placa, y después separar los fragmentos, formando dorsales oceánicas, o de otro
modo hacer colisionar una placa contra otra iniciando el proceso de subducción.
La subducción es un proceso de hundimiento de una placa litosférica bajo otra en
un límite convergente, según la teoría de tectónica de placas. Después de la
colisión las placas se ordenan de acuerdo a su densidad para continuar su
desplazamiento, la de menor densidad mantiene su movimiento horizontal;
mientras que la de mayor densidad continua su movimiento hacia la astenósfera.
En el movimiento hacia las capas más profundas de la Tierra, la placa oceánica
provoca un aumento lento de la presión y temperatura hasta que las rocas se
funden parcialmente y ascienden a través de la corteza terrestre continental
donde ayudan a formar volcanes e islas.
En el Perú esta interacción entre las placas de Nazca y Sudamericana se realiza a
una velocidad de 6.5 cm/año (Khazaradze y Klotz, 2003) en dirección 70º NE
(Norabuena, 1999), por esto es considerada como una de las zonas de subducción
mas rápidas en el mundo. El deslizamiento se da frente a la costa de Sudamérica
sobre una extensión de 5000 Km. aproximadamente, existiendo áreas que ofrecen
mayor resistencia al movimiento lo que causa la acumulación de energía que se
libera en forma de sismos. Los sismos pueden alcanzar grandes magnitudes que
traen con esto grandes catástrofes que afectan a la población en general, esa
potencialidad de daño es denominada peligrosidad sísmica y esto, ha motivado a
muchos científicos a realizar diversos estudios sobre la naturaleza y los agentes
que favorecen a su ocurrencia, entre ellos la geometría de la placa de Nazca, pues
conociendo los detalles de la deformación se puede entender mejor los procesos
internos de la Tierra.
La geometría de la placa de Nazca en el Perú ha sido estudiada por diferentes
autores a través de diferentes criterios (Stauder, 1975; Barazangi y Isacks, 1976,
1979; James, 1978; Hasegawa y Isacks, 1981; Rodríguez y Tavera, 1991; Tavera y
6
Buforn, 1998; Tavera 1998, Quispe 2002) y en general, todos los resultados
sugieren la existencia de una placa heterogénea y caracterizada por dos modos
de subducción, subhorizontal y normal.
Esta característica llevó a Barazangi y Isacks (1976) a postular la hipótesis de que
la litósfera oceánica se rompía, pero estudios posteriores mostraron que la placa
oceánica soporta una contorsión (Grange, 1984; Rodríguez y Tavera, 1991; Cahill
y Isacks, 1992; Tavera y Buforn, 1998).
En el presente estudio se realiza el análisis de la distribución espacial de los
sismos en el borde occidental del Perú a fin de determinar la geometría de la
Placa de Nazca a partir de tendencias polinomiales de sismicidad.
7
II.- RASGOS GEOMORFOLOGICOS Y TECTONICOS
Los agentes que intervienen en los diversos procesos dinámicos que ocasionan la
deformación en el borde occidental del Perú son diversos, pero deben su origen
a una causa principal que es el proceso de subducción (Figura 1).
Figura 1.- Esquema que muestra las corrientes de convección en los procesos subductivos, tal como
se presenta en el borde occidental del Perú.
A partir de este se han generado varios niveles de deformación en la corteza
continental y el origen a diversos rasgos estructurales, los que en conjunto
forman parte de un complejo sistema de transformación constante. La
zonificación morfológica y los rasgos tectonicos del Perú son detallados en el
presente capítulo.
8
2.1 ZONIFICACIÓN GEOMORFOLOGIA
La actual morfología del Perú es el resultado de varios procesos constructivos
y destructivos que son necesarios para que exista un balance dinámico en
superficie terrestre. En el Perú existen 7 unidades morfoestructurales
ubicadas de oeste a este paralelas a la línea de costa (Figura 2).
Figura 2.- Principales Unidades geomorfológicas presentes en el Perú (Tavera y Buforn et al 1998);
los triángulos blancos representan la presencia de la cadena volcánica.
9
2.1.1 La Cordillera de la Costa
La Cordillera de la Costa tuvo su origen en las fases tectónicas del Pre-
Cambrico, habiendo sido plegada y parcialmente erosionada. En la
actualidad esta cordillera esta segmentada próxima al litoral siguiendo
una dirección NO-SE y comprende niveles entre los 900 y 1200m sobre
el nivel del mar. El segmento Sur, esta formado por el macizo de
Arequipa ubicado entre los 14° y 18° Sur y el segmento Norte entre 2° y
7° Sur comprendiendo: las islas Lobos de Afuera y Lobos de Tierra entre
los 7º y 5º30’S, los cerros de Illescas en Sechura entre los 5º 50’ y 6º 10’S y
los cerros Amotapes.
La cordillera tiende a desaparece entre las latitudes de 6° a 14° Sur,
posiblemente debido a la subsidencia de una parte del margen
continental por efectos tectónicos y forma el borde externo de la
plataforma continental denominándose borde alto de la Plataforma
(Thornburg y Kulm et al 1981).
2.1.2 Zona de Costa.
Es una zona estrecha que se extiende de norte a sur a lo largo del litoral
peruano abarcando aproximadamente anchos entre 15 y 100 km. en las
regiones Norte y Centro y alrededor de 50 km. en la región Sur, se
extiende con niveles que varían entre 50 y 1500 m.s.n.m. de altura.
Litológicamente, las regiones Norte y Centro, están constituidas por
suaves plegamientos de rocas volcánicas y sedimentarias; mientras que
la región Sur, por fuertes plegamientos de rocas basálticas (Villegas,
2009). Esta zona posee un substrato de rocas precámbricas y paleozoicas
(Palacios, 1995), y en la parte superior encontramos formaciones
volcánicas submarinas cubiertas por afloramientos marinos cenozoicos
que forman terrazas.
10
2.1.3. Cordillera Occidental
La Cordillera Occidental está localizada entre la zona costera por el
Oeste y la Cordillera Oriental (entre 4° y 9° Sur) y con el Altiplano
(entre 9° y 18° Sur) por el Este. Formada por elevaciones que sobrepasan
los 5000 metros que van decreciendo conforme se desciende al Sur, con
anchos que varían entre 90 y 100 Km, presenta un ancho de
aproximadamente 150 Km y forma una meseta muy extensa con
dirección NO-SE, sin embargo algunas estructuras regionales tienden a
cambiar su orientación hacia el Oeste cerca de la deflexión de Abancay
(13°- 14°S) y hacia el NE cerca de la deflexión de Huancabamba (5°S).
Presenta una elevación media de 4500m, en el norte del Perú tiene una
altura de 4000 m y es el área donde la Cordillera Andina es más delgada
(150 Km). Sobre las partes más altas (5000 a 6000 m) yace una cadena
volcánica muy activa que corresponde al actual arco magmático, que se
encuentra entre los 16°S y 26°S (Sur del Perú y Norte de Chile). Esta
cadena la integran los volcanes Coropuna, Ampato, Chachani, Misti y
Ubinas como los más activos. Litologicamente, está compuesta por
rocas volcánicas y plutónicas, del Mesozoico y Cenozoico, fuertemente
plegados y con la presencia de fallas inversas con grandes
escurrimientos. En la región Sur presenta un alineamiento de conos
volcánicos abajo de 15° latitud Sur, siguiendo una dirección NO-SE.
2.1.4 El Altiplano
El Altiplano, meseta del Collao o zona intercordillerana es una cuenca
plana, cerrada, muy alta que limita por Oeste con la Cordillera
Occidental y al Este con la Cordillera Oriental, posee una elevación
media de 3000 m.s.n.m con anchos variables, pues en la región Norte
varia entre 10 a 50 Km, en la parte central un ancho que va de 100 Km y
en la región Sur varia entre 140 a 200 Km. Se extiende
aproximadamente con 1500 Km desde los 9° Sur hasta cubrir todo el
altiplano peruano-boliviano hasta la puna de Argentina a los 27°S
siguiendo una orientación NO a SE.
11
Durante todo la era Cenozoica, el Altiplano ha sido fuertemente
hundido; los restos resultantes de la erosión de las cordilleras
colindantes, occidental y oriental, y las emanaciones volcánicas se han
acumulado a través del tiempo en ésta área, yaciendo sobre un
substrato principalmente de rocas del Paleozoico inferior (Uribe, 2008).
2.1.5. La Cordillera Oriental
La Cordillera Oriental es una meseta alta con alturas promedio de
4500m siendo menos elevada que la Cordillera Occidental. Se extiende
de Norte a Sur paralela a la Cordillera Occidental siguiendo una
orientación NO-SE; más al Sur soporta un fuerte arqueamiento en
dirección E-O en la latitud 14°S conocida como Deflexión de Abancay.
Presenta un ancho medio de 100 Km., en la zona norte aparentemente
desaparece debido a la deflexión de Huancabamba (5°S) con algunos
picos glaciares que están bajo los 6000 m. Durante toda la era Cenozoica
tuvo un área de levantamiento donde se formaron pequeñas cuencas
intramontañas.
2.1.6. La zona subandina
La zona Subandina corresponde al pie de monte amazónico de los
Andes y esta formado por la acumulación de los restos de la Cordillera
Andina. En esta área se amortiguan las estructuras andinas formando
una gruesa capa continental de terrenos sedimentarios fuertemente
plegados. El Subandino puede ser subdividido en dos zonas: zona
subandina propiamente dicha, de 50 Km de ancho y la cuenca de
antepaís Amazónica. La zona subandina es un área muy accidentada
con elevaciones promedio entre 400 y 1000m que corresponden a
plegamientos Cenozoicos y un cinturón de sobre escurrimientos que
han sido deformados en el Mioceno Superior. El antepaís amazónico
corresponde actualmente a un área de sedimentación. Debido a las
desfavorables condiciones del campo la zona subandina se mantiene
aún poco conocida.
12
2.1.7. Llanura Amazónica
Limita al oeste con el área subandina, y se encuentra depositada sobre el
escudo Brasileño, formando cuencas extensas que presentan un relieve
suave. Esta zona está caracterizada por la presencia de grandes ríos y
numerosos lagos y lagunas. Situada entre los 80 y 400m de altura, recibe
precipitaciones muy abundantes que provocan el desborde de ríos que
producen la remoción de abundante material cuaternario. Esta por ser
un área recubierta de abundante vegetación, no exhibe grandes
afloramientos rocosos para su investigación, de ahí que la geología de la
zona está basada en información del subsuelo generada por empresas
petroleras, que actualmente desarrollan exploraciones de carácter
científico y productivo (gas y petróleo).
13
2.2. RASGOS TECTONICOS
El proceso de subducción esta relacionado con la presencia de diversos rasgos
tectónicos localizados a ambos extremos del borde occidental del Perú
(Figura 3)
Figura 3.- Rasgos tectonicos en el borde occidental del Perú, la línea amarilla corresponde a la línea
de fosa y los triángulos corresponden a los volcanes.
14
2.2.1 Fosa marina
Corresponde a una depresión que se produjo por la interacción entre la
placa de Nazca y la sudamericana, se encuentra al borde del continente
y marcan el inicio de la subducción entre placas. Alcanza niveles de
6000 m en la zona Norte y en el Sur del Perú (Heras, 2002),
disminuyendo su profundidad en el centro a 4900m, frente Dorsal de
Nazca (15°S). Su distancia con relación a la línea de Costa en la región
norte es de 80 Km., en la región central varía entre 60 Km. y 150 Km., y
en la región sur es de 120 km. La fosa presenta diversas orientaciones,
NNO-SSE en el Norte y Centro de Perú, y NO-SE en la región Sur de
Perú (Heras y Tavera, 2002). El cambio en la orientación de la fosa se
produce frente a la Dorsal de Nazca La distancia entre la fosa y la línea
de costa en la región Norte es de 80 Km., en la región central varía entre
60 y 150 Km. y en la región Sur es de 120 Km. aproximadamente. Esta
fosa no es de las más profundas, pero en longitud es una de las mayores
existentes en la Tierra, siendo sobrepasada solamente por el sistema de
fosas de la India Oriental y Kuril–Japón.
2.2.2 Dorsales oceánicas
Son cordilleras submarinas que se elevan en el fondo oceánico y son
producto de antiguas zonas de generación de corteza oceánica. Frente a
la zona de estudio se puede observar a las dorsales Sarmiento y
Alvarado (Figura 4), y la dorsal de Nazca (Figura 5). Ambas Dorsales
son paralelas entre sí, y tienen de 1 a 2 Km. de alto y 400 Km. de
longitud, con una orientación NE. Nuevas evidencias sugieren que son
el resultado de una erupción fisural durante el proceso de ruptura de la
Placa Farallón hace 24 Ma (Castillo y Lonsdale, 2004). El material de las
lavas tiene una composición basáltica de naturaleza que va desde
toleitica hacia alcalina.
15
Figura 4.- Perfil de reflexión sísmica donde se observan las dorsales de Sarmiento y
Alvarado
La Dorsal de Nazca (Figura 5) es una cordillera montañosa sumergida
que se ubica frente al departamento de Ica (14°S – 16°S). Tiene una
orientación NE-SO, perpendicular a la línea de fosa. Se ha calculado,
que debido a la dirección de convergencia, está Dorsal tiene un
movimiento de “barrido” de norte a sur respecto a la Costa a una
velocidad de 72 Km/Ma (Hampel, 2002; Macharé et al., 1992). Posee un
ancho de 200 Km, el cual disminuye hacia el SO, tiene una altura
promedio de 2000m sobre la superficie oceánica, con una longitud de
1100 Km aproximadamente. La Dorsal es asimétrica debido a los
procesos geodinámicos que ocurren en esta; además está compuesta de
rocas volcánicas, cubierta por una capa sedimentaria, de 300 a 400 m de
espesor que disminuye a unas decenas de metros en la zona donde se
subduce bajo el continente (Hampel, et al., 2004). Se estima que la
Dorsal de Nazca tiene una edad promedio de 5 a 10 Ma (Marocco, 1980),
estudios posteriores consideran la hipótesis de que la Dorsal debe su
origen a una antigua zona de creación de corteza (Sébrier et al., 1988).
Figura 5.- Evaluación de la placa de Nazca durante los últimos 8 Ma (Von Huene et al., 1996)
16
2.2.3 Fractura de Mendaña
La Fractura de Mendaña se ubica frente a la línea de Costa Peruana con
una orientación N62° con un ancho de 150 Km. aproximadamente, se
ubica perpendicular a la Fosa y una altura media de 1000 m sobre la
corteza oceánica, posee una longitud de aproximadamente 1100 Km.
(Bernal, 2002). Esta fractura es considerada como una zona anómala
puesta a evidencia a partir de estudios gravimétricos y magnéticos
realizados por Yamako y Uyeda (1990), quienes determinaron la edad
de la Placa de Nazca, mostrando que la fractura de Mendaña es una
zona de transición que separa dos zonas con diferencias de edades de 10
millones de años.
2.2.4 Depresión de Trujillo
Es una estructura tipo Graven con un ancho de 5 Km. y una altura de
500 m, además de poseer una superficie accidentada y áspera. Posee
una extensión aproximada de 270 Km. de longitud y permite la
subducción de la placa continental a la altura de los 7.5 ºS (Huchon y
Burgois, 1999). Estudios de refracción sísmica muestran como la
estructura se extiende hasta la corteza ígnea de piso oceánico
(Heinbockel et al 2003).
2.2.5 Fractura de Viru
Es uno de los rasgos geomorfológicos más importantes de la placa de
Nazca, se ubica de forma paralela, 110 Km. al norte de la fractura de
Mendaña. Es una falla de tipo inversa con una orientación de N15°E
(Kranbenoft et al 2004). La depresión de Trujillo une la fractura Virú con
la fosa peruana (Huchon y Burgois, 1999).
17
2.2.6 Cordillera andina
Se extiende desde Venezuela hasta el sur de Chile, en el Perú presenta
un ancho que oscila entre los 250 Km. en la región Central y 500 Km. en
la región Sur y espesores que van entre los 50 a 70 Km. (James 1971).
2.2.7 Cadena volcánica
Localizada al sur del Perú desde los 14 º hasta 25 º en Chile, esta cadena
esta distribuida a lo largo de la Cordillera de los Andes siguiendo una
dirección aparente NO-SE. Entre los principales volcanes localizados al
sur de Perú se pueden mencionar a: Coropuna (6425 m), Sabancaya
(5795 m), Misti (5825 m), Ubinas (5672 m), Chachani(3745m)
Huaynaputina (4800 m.), Tutupaca (5806 m.), Yucamane (5508 m).
Hacia la parte norte y centro del Perú la actividad volcánica desapareció
hace 8 Ma aproximadamente junto con el cambio de incursión de la
placa de Nazca (Marocco, 1980).
2.2.8 Sistemas de fallas
Su origen se debe a la constante deformación en la corteza continental
junto con el proceso de subducción. Estas fallas se presentan en gran
número a lo largo de la zona subandina y el flanco este de la cordillera
de los Andes creando mayor distancia con el contacto de la meseta
brasilera (Figura 6).
Las principales fallas en el Perú son: Alto Mayo (AM), Satipo (SA),
Madre de Dios (MD), y en menor proporción localizadas en la parte
alta de la cordillera y altiplano: la Cordillera Blanca (CB),
Huaytapallana (HU), Tambomachay (TM), Chololo (CH). Todos los
sistemas de fallas tienen su origen en una distribución heterogénea de la
tensión y una liberación del estrés compresional en el continente
(James, 1978).
18
Figura 6.- Mapa de principales sistemas de fallas del cuaternario (Machare, 2003).
19
III. GEOMETRIA DE LA PLACA DE NAZCA
El borde occidental del Perú pertenece a una de las regiones sísmicas de mayor
actividad en el mundo, pues la ocurrencia de sismos de gran magnitud es
frecuente, lo que contribuye a liberar la energía sísmica interna. La descripción de
la forma de la Placa de Nazca a sido un tema importante de estudio, pues
conociendo los detalles de la deformación se puede entender mejor los procesos
internos de la Tierra. En este estudio se pretende conocer la geometría de la Placa
de Nazca en el borde occidental del Perú entre los 0 a los 19 º Sur y lo 68 a 81º
Oeste. Como la superficie de fricción entre placas y la deformación interna de la
Placa de Nazca no es visible, se hace uso de la ubicación hipocentral de los
eventos sísmicos principales y sus réplicas. Como se presume que el
desplazamiento de las placas no es exactamente lineal, para conocer la geometría
de la Placa de Nazca se realizaran ajustes polinomiales en la tendencia de los
sismos.
3.1 BASE DE DATOS
La primera manera de expresar la sismicidad es mediante los catálogos
sísmicos, los que están constituidos por las características de los sismos que
han ocurrido en cierta zona (fecha, hora de origen, latitud, longitud,
profundidad, magnitud e intensidad), estos constituyen una base de datos
valida para realizar cualquier estudio dentro del campo de la sismologia. La
calidad de la base de datos depende de las condiciones en que fueron
registradas y los procedimientos de evaluación, pues de esto depende cuan
homogéneos serán los datos. Esta información debe ser lo mas actual posible
ya que así se tiene la seguridad de que los parámetros focales de los sismos
han sido correctamente determinados con el uso de un numero mayor de
estaciones sísmicas (Bernal, 2002). Los catálogos se deben considerar siempre
como provisionales, pues pueden aparecer nuevos documentos que
modifiquen algunos, o todos, de los parámetros de un sismo. Esta
provisionalidad incluso es aplicable al periodo instrumental, ya que
determinaciones más precisas de la estructura de la corteza, e incluso de los
métodos de cálculo, pueden modificar también las soluciones obtenidas.
20
La base de datos utilizada en el presente estudio esta constituida por el
catalogo del Instituto Geofísico del Perú (IGP) y correspondientes campañas
sísmicas temporales, tales como:
• Catalogo sísmico del IGP: Adquirida de la red sísmica nacional y provee
datos desde 1980 a la actualidad.
• Grange (1980-1981): catálogo sísmico construido con la base de datos
registrados durante dos campañas sísmicas realizadas entre 1980 a 1981.
• Suarez (1981): Esta base de datos obtenidos de una campaña sísmica en la
zona central del Perú durante el año 1981.
• Deverchere (1990): Base de datos obtenidos de una red sísmica local que
se instaló en el departamento de Ancash durante el año de 1990.
• Tavera et al 2006: Los datos sísmicos corresponden a la Red Sísmica local
que en el Norte del Perú entre los años 1996 al 2001.
Estos catálogos han permitido construir una base de datos lo suficientemente
valida para proceder a estimar la geometría de la Placa de Nazca en el borde
occidental del Perú.
21
3.2 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA SISMICIDAD
La distribución espacial de la sismicidad permite observar los sismos en su
lugar de ocurrencia, superficial si se trata de una vista en planta, y en
profundidad si se trata de una vista de perfil. La base de datos utilizada en
este estudio esta constituida por 9015 eventos sísmicos, y para su análisis fue
divida, tomando en cuenta la profundidad de los focos, en tres rangos de
profundidad (Figura 7a):
- Sismos con foco superficial (h ≤ 60 Km.)
- Sismos con foco intermedio (61 < h ≥ 300 Km.)
- Sismos con foco profundo (h>300 Km.)
3.2.1 Sismos con foco superficial
Los eventos seleccionados se encuentran en el rango de profundidad de
0 hasta 60 Km y sus epicentros se observan desde la zona de la fosa
hasta el continente. Según el mapa se puede observar que los sismos de
focos superficiales inician su aparición antes de la fosa, esto es producto
de la tensión que resiste el primer choque placa-continente antes de la
subducción y esto produce rupturas de diversas longitudes y
profundidades que dependen del material en la zona. Luego los sismos
avanzan por el borde occidental entre la fosa y el litoral donde se
observa un alto índice de sismicidad que es producto de la resistencia
de las placas al desplazamiento correspondiente a la zona de
acoplamiento de placas es por eso que hay mayor ocurrencia de sismos
y además se dan los eventos de mayor magnitud. En la zona continental
se observa que el número de eventos disminuye en forma drástica,
mostrando una gran dispersión y en general están distribuidos de Norte
a Sur, a lo largo de la cordillera oriental, sobre el margen Occidental de
la zona Subandina y el altiplano. Estos sismos pueden ser asociados a
las deformaciónes continentales que tienen su origen en el
levantamiento de la cordillera de los Andes y en la subsidencia del
escudo brasileño, procesos que dieron origen a los principales sistemas
de fallas (Tavera y Buforn, 1998).
22
3.2.2 Sismos con foco intermedio
Estos eventos han ocurrido en el rango de profundidades de 61 hasta
300 Km y tienen sus epicentros en la zona de costa y sobre el continente.
La ocurrencia de estos eventos comienzan a notarse sutilmente en el
área que va desde el litoral, luego el índice de sismicidad aumenta su
densidad en la parte sur de Piura y casi todo el departamento de
Lambayeque, para luego mantenerse uniforme en la zona Subandina.
La actividad continúa siguiendo una dirección NO-SE pasando sobre la
Cordillera Occidental y el Altiplano, por los departamentos de Lima,
Huancavelica, Ica, y parte de Ayacucho. Luego los sismos se
incrementan en los departamentos de Arequipa, parte de Cuzco,
Ayacucho, Apurimac, Moquegua, Tacna y Puno. Además, se observa
una importante acumulación de sismos al norte del departamento de
Ucayali. La sismicidad con foco intermedio esta asociada a los procesos
de fricción y deformación de la placa subducente y es el indicador
directo de la geometría de la placa de Nazca por debajo del continente.
Tal como se observa, los sismos se distribuyen de manera irregular
sobre el borde occidental del Perú, lo que evidencia que la placa de
Nazca esta sujeta a diferentes regimenes de deformación dentro del
proceso de subducción.
3.2.3 Sismos con foco profundo
Los sismos de foco profundo, corresponden a los sismos con
hipocentros mayores a 301 Km. y todos se encuentran cerca la frontera
con Brasil y Bolivia. Los eventos de la frontera con Brasil se distribuyen
con una dirección N-S entre los -4º y -11º de latitud. El siguiente
agrupamiento, frontera Perú Bolivia, tiene una orientación NO-SE entre
los -13º y -14º de latitud. Una de las hipótesis sobre la naturaleza de
estos eventos sísmicos indica que un fragmento de la placa de Nazca se
encuentra flotando a estas profundidades y su interacción con el
entorno daría origen a estos sismos. En general, el origen de estos
sismos aun sigue en investigación.
23
3.3 SELECCIÓN DE DATOS
El objetivo del presente estudio es analizar la distribución de la sismicidad en
base a la elaboración de perfiles de modo que se pueda analizar la sismicidad
en profundidad y así, visualizar la posible geometría de la placa de Nazca en
el borde occidental del Perú. Para este objetivo se han seleccionado los
eventos sísmicos con hipocentros ubicados en la zona interplaca, los cuales
son indicadores directos de la deformación y esto permitió diferenciar en 2
tipos de distribución de sismos, el primero esta formado por los eventos
asociados a la interacción entre placas de 0 a 100 km y el segundo por los
eventos sísmicos asociados a la deformación interna de la placa oceánica por
debajo del continente. Esta constituye la base de datos utilizada en el presente
estudio.
Los eventos corticales superficiales se eliminaron del catálogo por no tener
relación directa con el área de subducción, pues como se indicó su origen se
debe principalmente a los sistemas de fallas. Los sismos de foco profundo; es
decir, mayores a 301 Km. fueron eliminados del catalogo por que obedecen a
otra fuente de origen.
Finalmente, tras esta selección se obtuvo una base de datos final compuesta
por 6849 eventos (Figura 3.1b) con los cuales se realizaron los perfiles
sísmicos.
24
.
70°0'0"W
70°0'0"W
75°0'0"W
75°0'0"W
80°0'0"W
80°0'0"W
0°0'0" 0°0'0"
5°0'0"S 5°0'0"S
10°0'0"S 10°0'0"S
15°0'0"S 15°0'0"S
20°0'0"S 20°0'0"S
.
70°0'0"W
70°0'0"W
75°0'0"W
75°0'0"W
80°0'0"W
80°0'0"W
0°0'0" 0°0'0"
5°0'0"S 5°0'0"S
10°0'0"S 10°0'0"S
15°0'0"S 15°0'0"S
20°0'0"S 20°0'0"S
Figura 7.- a) Mapa de sismicidad global en el Perú y b) Mapa de sismicidad seleccionada para este estudio
a) b)
25
3.4 PERFILES SISMICOS
Un perfil sísmico permite evaluar y analizar la distribución de los sismos en
función de la profundidad de sus focos, desde un punto de referencia desde
el que comience el trazado, en este caso corresponde a la línea de la fosa la
que esta conformada por los puntos de contacto entre ambas placas, pues a
partir de aquí comienza la mayor deformación, además de ser el único
contacto estructural visible en superficie.
Se construyeron 22 secciones verticales de sismicidad, perpendiculares a la
fosa abarcando la totalidad de los eventos y evitando la sobre posición en
aquellas zonas donde el cambio de dirección de la fosa era evidente. La
extensión y ancho de cada perfil fue determinada según la densidad de datos
y cada perfil fue enumerado de Sur a Norte correlativamente. A fin de
realizar un análisis detallado se ha visto por conveniente dividir el área de
estudio en 5 zonas y la distribución del total de los perfiles se muestra en la
Figura 8.
3.4.1 Zona Sur I
En esta zona se han considerado 6 perfiles sísmicos perpendiculares a la
fosa Perú - Chile con una dirección NE-SO donde la sismicidad se
distribuye siguiendo un lineamiento con una pendiente promedio de 34º.
En los perfiles 1, 2, 3 se observa actividad a partir de los 40 km desde la
línea de fosa, cada sección abarca un ancho de 100 km y una longitud
horizontal de 430 km aproximadamente. Los perfiles 4, 5, 6 muestran
sismos a partir de los 20 km, cada sección abarca un ancho de 50 km y una
longitud horizontal de 480 km aproximadamente. En todas las secciones
se puede observar que existe un alto índice de sismicidad salvo en las
zona de fronteras de los departamentos de Moquegua, Puno y Arequipa.
26
3.4.2 Zona Sur II
Formada por los perfiles 7, 8, 9 y 10 donde se observa que el índice de
sismicidad alcanza el valor mas alto en toda el área de estudio, con una
orientación desde la fosa es NE-SO, observándose que los sismos se
distribuyen de manera clara con una pendiente de 27º en promedio hasta
los 220 km, a partir de donde los sismos siguen una tendencia horizontal
hasta los 380 km en el continente. Los perfiles 7, 8, 9 abarcan un ancho de
50 km y el perfil 10 abarca un ancho de 150 km.
3.4.3 Zona Centro I
Esta zona comprende los perfiles 11, 12, 13 y 14 con una orientación NE-
SO. En estas secciones se observa una distribución homogénea de los
datos siguiendo una pendiente de 19º hasta los 300 km desde donde
comienza la distribución horizontal de los sismos hasta los 590 km. Los
perfiles 11 y 12 abarcan un ancho de 150 km y los perfiles 13 y 14 un
ancho de 200 km.
3.4.4 Zona Centro II
Constituida por los perfiles 15, 16 y 17. Estas secciones siguen un patrón
similar al anterior donde la distribución de los sismos en profundidad se
presenta con una pendiente de 16º hacia el continente y una orientación
ENE-OSO.
Se distinguen dos agrupamientos, el primero entre la línea de fosa hasta
profundidades de 100 km y un alcance horizontal de 200 km, a partir de la
cual se observa un disminución drástica de sismos, hasta los 460 km
aproximadamente desde donde comienza nuevamente la distribución
horizontal llegando hasta los 750 km de alcance horizontal.
El perfil 16, desde los 540 km de alcance horizontal y a una profundidad
de 137 km, muestra una singularidad que sugiere un cambio en la
distribución de sismos.
27
3.4.5 Zona Norte
Esta zona esta conformada por los perfiles 18, 19, 20, 21 y 22 los que
avanzan hacia el continente en una dirección ONO-ESE y un ángulo de
16º hasta los 450 km de alcance horizontal, desde donde comienza su
comportamiento horizontal hasta los 670 km
En los perfiles 18 y 19 se observan 2 agrupamientos de sismos, el primero
a partir de la fosa hasta los 350 km de alcance horizontal y 110 km de
profundad, desde donde se observa una disminución de eventos sísmicos
hasta los 410 km de alcance horizontal. Esta ausencia de eventos sísmicos
va progresivamente en aumento desde el perfil 20, de tal manera que en
los perfiles 21 y 22 la cantidad de sismos se ve homogénea en toda la
distribución. En el perfil 22 es observa una presencia anómala de eventos
sísmicos entre los 665 y 685 km de alcance horizontal y 145 km de
profundidad.
El análisis de la distribución de los hipocentros ha permitido observar que se
distribuyen de manera heterogénea, pero favorable para reconocer la
geometría de la superficie de fricción de las placas y la deformación interna
de la placa oceánica.
Luego analizando los perfiles se procede a obtener el ajuste polinomial mas
apropiado según los objetivos del estudio.
28
.
1
2
14
87
6
5
4 3
13
12
10
11
9
17
16
15
20
19
18
22
21
70°0'0"W
70°0'0"W
75°0'0"W
75°0'0"W
80°0'0"W
80°0'0"W
0°0'0" 0°0'0"
5°0'0"S 5°0'0"S
10°0'0"S 10°0'0"S
15°0'0"S 15°0'0"S
Figura 8.- Mapa de ubicación espacial de los 22 perfiles sísmicos
29
3.5 AJUSTES POLINOMIALES
Un ajuste polinomial es un análisis matemático con el que se pretende
construir una curva que ajuste un conjunto de datos para aproximarlos a una
función. Para los perfiles sísmicos se procedió a aplicar un test con
polinomios de diversos grados (2, 3, 4, 5, 6) a fin de buscar el que mejor
ajuste a la tendencia de los sismos en profundidad (Figura 9). Como resultado
se observa que el mejor ajuste es obtenido con el polinomio de grado 5; por lo
tanto, este fue aplicado a los 22 perfiles evaluados.
Figura 9.- Perfil 20 con ajustes polinomiales de grado 2, 3, 4, 5 y 6
30
3.6 GEOMETRIA DE LA PLACA DE NAZCA
Para realizar una descripción cualitativa de la sismicidad primero se ha
de obtener un modelo aproximado de la placa de Nazca en el borde
occidental del Perú, dicho modelo esta basado en las tendencias
polinomiales calculadas para cada perfil. A continuación, se analiza la
geometría de la placa de Nazca para las 5 zonas identificadas
anteriormente.
3.6.1 ZONA SUR I
Para esta zona se elaboró un gráfico constituido por los ajustes
polinomiales de las secciones 1, 2, 3, 4, 5 y 6 agrupados según la
tendencia de los mismos (Figura 10). Se observa que en esta zona la
placa de Nazca sigue una pendiente de 34º hasta una profundidad 260
km y un alcance horizontal de 490 km. Estas características coincidirían
con una subducción de tipo normal.
También se puede observar que hay una ligera transición entre las
curvas 4 y 5 que mostraría los primeros indicios de un cambio de
subducción.
Sur I
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Distancia(Km )
Pro
f(km
)
34º
(1)
(2)
(3)(4)(5)
(6)
Figura 10.- Perfiles sísmicos en la zona Sur I
31
3.6.2 ZONA SUR II
Esta zona esta constituida por los ajustes polinomiales 7, 8, 9 y 10 donde
el ángulo con el que incide en promedio en esta zona es de 27 º (Figura
11). Se puede observar que la tendencia de la placa en esta área
comienza a mostrar horizontalidad en los 220 Km. hasta llegar a un
alcance horizontal no mayor a los 380 km. Estas características
mostrarían que el comportamiento de la placa en esta zona es de tipo
subhorizontal.
Sur II
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Distancia (Km )
Pro
f(K
m)
27º
(8)(9)
(10)
(7)
Figura 11.- Perfiles sísmicos en la zona Sur II
3.6.3 ZONA CENTRO I
En esta zona se tiene los ajustes polinomiales 11, 12, 13 y 14 (Figura 12)
los cuales tienen un ángulo de inclinación de 19º hasta los 300 km
aproximadamente donde comienza su tendencia horizontal hasta el
máximo alcance que es a los 590 km. Estas características indicarían que
la placa de Nazca tiene una subducción de tipo subhorizontal.
32
Centro I
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 100 200 300 400 500 600 700
Dis tancia(k m)
Pro
f(K
m)
19º
(12)(13)
(14)
(11)
Figura 12.- Perfiles sísmicos en la zona Centro I
3.6.4 ZONA CENTRO II
Esta zona esta conformada por los ajustes polinomiales 15, 16, y 17
(Figura 13). El ángulo con el que incide aproximadamente en esta zona
es de 16º hasta los 440 km desde donde comienza su tendencia
horizontal.
Esto muestra que la subducción de la placa de Nazca es subhorizontal,
pero con una ligera contorsión puntual con tendencia descendiente en el
perfil 15 que evidenciaría una zona de resubduccion.
Centro I I
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 100 200 300 400 500 600 700 800
Prof(Km)
Dis
tan
cia(
Km
)
16º
(17)
(15)
(16)
Figura 13.- Perfiles sísmicos en la zona Centro II
33
3.6.5 ZONA NORTE
Es la zona más homogénea, esta constituida por los ajustes
polinomiales 18, 19, 20, 21, y 22 (Figura 14), los que muestran que la
placa de Nazca incide con un ángulo aproximado de 16º hasta los 450
km desde donde mantienen una tendencia casi horizontal. Tales
características indicarían que la placa tiene una subducción
subhorizontal en esta zona.
(19) Norte
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Dis tancia(km )
Pro
f(km
)
16º
(18)(20)
(19)
(21)(22)
Figura 14.- Perfiles sísmicos en la zona Norte
34
CONCLUSIONES
A partir del análisis de la distribución espacial y en profundidad de la actividad
sísmica en el Perú, se ha llegado a las siguientes conclusiones:
• La actividad sísmica superficial se distribuye entre la fosa y la línea de
costa y estaría asociada a la tensión que resiste el primer choque entre
placas oceanica-continental y la resistencia que ofrecen ambas placas en
los primeros 180 km -200 km de desplazamiento horizontal.
• La actividad sísmica presente por debajo de la costa y a profundidades
intermedias estarían asociadas a los procesos de fricción y deformación de
la placa subducente y es el indicador directo de la geometría de la placa
de Nazca por debajo del continente.
• Los perfiles de las secciones perpendiculares a la línea de fosa, muestran
que el proceso de subducción puede ser dividido en 5 zonas:
- En la zona Sur I, la subducción inicia con un ángulo de 34º y mantiene
su inclinación hasta más de 260 km. de profundidad, observándose una
subducción de tipo normal.
- La zona Sur II, la inclinación inicia en 27º hasta los 220 Km. de
profundidad desde donde la geometría de la placa de Nazca sigue una
tendencia horizontal. El tipo de subducción observada corresponde a
subhorizontal.
- La zona centro I, el buzamiento de la placa en esta zona es de 19 º hasta
los 300 Km. profundidad desde la que la placa se deforma con una
subducción tipo subhorizontal.
- La zona centro II, el buzamiento con 16º hasta una profundidad de 130
km para luego permanecer horizontal hasta la distancia de 710 km.
35
En esta zona existe un descenso puntual a los 168 Km. a partir de la
cual se evidenciaría una resubduccion. El tipo de subducción de esta
zona correspondería a subhorizontal.
- En la zona norte del Perú la placa de Nazca buza con un angulo de 16º
por debajo de la placa continental hasta una profundidad de 125 Km., a
partir del cual comienza su comportamiento horizontal, hasta los 480
km aproximadamente. El tipo de subducción de esta zona
correspondería a subhorizontal.
• El cambio en el modo de la geometría de subducción podría estar
asociado a la llegada de la Dorsal de Nazca a la línea de costa, facilitando
la contorsion de la misma a la altura de las latitudes 15º y 16º Sur.
36
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