introducción a la geologíaintroducción a la geología de ... · geología de terremotos la...

Introducción a la GeologíaIntroducción a la GeologíaIntroducción a la Geología Introducción a la Geología de Terremotosde Terremotos

--GeologíaGeología dede Terremotos,Terremotos, TectónicaTectónica activaactiva yy NeotectónicaNeotectónica..FallasFallas activasactivas--FallasFallas activasactivas

--EstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallas..

José J. Martínez DíazDpto. Geodinámica UCM

GrupoGrupo UCMUCM‐‐CAM de CAM de TectónicaTectónica ActivaActiva y Paleosismicidad y Paleosismicidad www.ucm.es/info/tectact/index.htmlwww.ucm.es/info/tectact/index.html

http://www.ucm.es/info/tectact/index_esp.html

http://www.ucm.es/info/tectact/index_esp.html

Geología de TerremotosGeología de Terremotos

--GeologíaGeología dede TerremotosTerremotos TectónicaTectónica ActivaActiva yy NeotectónicaNeotectónica--GeologíaGeología dede Terremotos,Terremotos, TectónicaTectónica ActivaActiva yy NeotectónicaNeotectónica--ClasificaciónClasificación dede laslas fallasfallas segúnsegún susu actividadactividad

ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz--FallasFallas sísmicassísmicas yy asísmicasasísmicas

E t tE t t S t ióS t ió dd ll f llf ll--EstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallas--RecurrenciaRecurrencia

--PaleosismologíaPaleosismología--MétodosMétodos dede datacióndatación

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

¿¿QuéQué eses un un terremototerremoto??

Terremoto

¿¿QQ

Ondas elásticas

Efectos

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

A ¿QUÉ ES UN TERREMOTO?¿QUÉ ES UN TERREMOTO?

o

Fault

Estado inicialB

Estado inicial

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Ac m lación de

CAcumulación de deformación

MovimientoMovimientocosísmicoGrupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

Grove K. GilbertGrove K. Gilbert

Owens Valley de 1872.

Gilbert, G.K., 1884, Gilbert, G.K., 1884, A theory of the earthquakes of the A theory of the earthquakes of the Great BasinGreat Basin: American Journal of Science, v. 27, p. 49: American Journal of Science, v. 27, p. 49--5353

De: Seismicity of the United States, 1568-1989 (Revised), by Carl W. Stover and Jerry L. Coffman, U.S. Geological Survey Prof. Pap. 1527, Washington: 1993.

Geología de TerremotosGeología de TerremotosLa ciencia del estudio de los terremotos (sismología, sismotectónica, geología estructural, geomorfología, etc.) es una disciplina muy joven.Algunos hitoshitos históricos que han marcado su desarrollo:Algunos hitoshitos históricos que han marcado su desarrollo:

1884 G. K. Gilbert 1884 G. K. Gilbert publica observaciones en relación con las fracturas generadas l t t d O V ll d 1872por el terremoto de Owens Valley de 1872.

1910 H. F. 1910 H. F. ReidReid publica el modelo del rebote elástico para explicar las observaciones del terremoto de San Francisco de 1906.

1935 C. F. Richter 1935 C. F. Richter cuantifica el tamaño de los terremotos mediante la creación de una escala de magnitud.

1954 B Gutenberg y Richter1954 B Gutenberg y Richter relacionan la frecuencia de los terremotos con su1954 B. Gutenberg y Richter 1954 B. Gutenberg y Richter relacionan la frecuencia de los terremotos con su tamaño mediante una ley potencial

1965 J T Wilson1965 J T Wilson formula las bases de la Tectónica de Placas1965 J. T. Wilson 1965 J. T. Wilson formula las bases de la Tectónica de Placas

1966 K. 1966 K. AkiAki publica las primeras medidas de momento sísmico para el terremoto ( ó )de 1964 en Niigata (Japón)

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

Conceptos relacionados con la Geología deConceptos relacionados con la Geología deConceptos relacionados con la Geología de Conceptos relacionados con la Geología de TerremotosTerremotos

C t d T tó i A tiConcepto de Tectónica Activa

Wallace (1986): Wallace (1986): “estudio de los movimientos tectónicos que son esperados que ocurran en un periodo de tiempo que afecte a la p q p p qsociedad”

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

Conceptos relacionados con la Geología deConceptos relacionados con la Geología deConceptos relacionados con la Geología de Conceptos relacionados con la Geología de TerremotosTerremotos

Concepto de Neotectónica

Ha variado en función de si consideramos:

Parámetro Tiempo dominante

Parámetros Espacio y Tiempo combinadosParámetros Espacio y Tiempo combinados

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

Concepto de Neotectónica

Parámetro Tiempo dominanteO hO h ((19481948)) “E t di d l i i t t tó i-- OvruchevOvruchev ((19481948)): “Estudio de los movimientos tectónicosrecientes producidos a finales del Terciario y primera mitad delCuaternario”

-- PP.. LL.. HancockHancock ((19881988)):: “estudio de los movimientos de edadterciaria superior que se producen en la Tierra, especialmentep q p , paquellos en armonía con los movimientos corticales verticales yhorizontales contemporáneos”

-- SlemmonsSlemmons (1991): (1991): “eventos y procesos tectónicos producidos en tiempos post-miocenos”

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Concepto de Neotectónica

Parametros Espacio y Tiempo combinados

-- MornerMorner (1990) (1990) “La fase neotectónica comienza en diferentes momentos en función del régimen tectónico”.

-- MüirMüir--Wood Wood (1992): (1992): Concepto de “Régimen Tectónico Vigente o Current tectonic Regime”Current tectonic Regime

NeotectónicaNeotectónica“Estudio de estructuras y procesos tectónicos generados o reactivados

dentro del régimen tectónico vigente en la zona considerada”.

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Conceptos relacionados con la Geología deConceptos relacionados con la Geología deConceptos relacionados con la Geología de Conceptos relacionados con la Geología de TerremotosTerremotos

C t d P l i l íConcepto de Paleosismología

- SolonenkoSolonenko, 1973; , 1973; SiehSieh, 1978; Wallace, 1981, , 1978; Wallace, 1981, McalpinMcalpin 19961996: Estudio de terremotos prehistóricos, especialmente su localización tamaño y edadlocalización, tamaño y edad

Ciencia que estudia los terremotos preservados en el registroCiencia que estudia los terremotos preservados en el registro geológico con el fin de caracterizar el comportamiento prehistórico

de las fallas sísmicamente activas

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Geofísica Regional + GEOLOGÍA DE TERREMOTOS

Geología Estructural +

Neotectónica Regional +

Cartografía Geológica +

Geología del Cuaternario+

Geomorfología Tectónica +

Geocronología, incluyendo: -Isótopos cosmogénicos l i i

Modificado de Berryman (2001)

-luminescencia-fission-track -U-series

++ Datación Relativa, incluyendo: -paleosuelos & geomorfología -alteración de rocas y minerales-alteración de rocas y minerales

= Geología de Terremotos

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B. Geología de Terremotos

+ Estratigrafía y Dataciones de detalle

= l i l ípaleosismología

Modificado de Berryman (2001) Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

C. Geología de Terremotos Geología de Terremotos

+ paleosismología paleosismología

+ sismicidad histórica

+ atenuación movimiento suelo

= peligrosidad sísmica

Modificado de Berryman (2001) Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

El objetivo final de los estudios de Neotectónica, Geología deterremotos y Paleosismología es la obtención de datos necesarios parala determinación correcta de la Peligrosidad sísmica de una zona oemplazamiento

Peligrosidad

SísmicaSismologíaSismología + + PaleosismologíaPaleosismología

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Geología de TerremotosGeología de Terremotos

--GeologíaGeología dede TerremotosTerremotos TectónicaTectónica ActivaActiva yy NeotectónicaNeotectónica--GeologíaGeología dede Terremotos,Terremotos, TectónicaTectónica ActivaActiva yy NeotectónicaNeotectónica..--ClasificaciónClasificación dede laslas fallasfallas segúnsegún susu actividadactividad..

--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz..--FallasFallas sísmicassísmicas yy asísmicasasísmicas

--EstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallasEstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallas..--RecurrenciaRecurrencia

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TIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDAD

-1. Clasificación de carácter CIENTÍFICO CIENTÍFICO

-Falla Activa: “fallas que se han movido dentro del RTV”

-Falla Extinta: “falla que NO se ha movido durante el RTV”

-Falla Potencialmente Activa (Ambraseys, 1978): “Fallas que no se han movido durante el RTV, pero que se encuentran adecuadamente , p qorientadas respecto al régimen tectónico actual”.

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ÚÚTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDAD

-2. Clasificación de carácter APLICADO (USNRC)APLICADO (USNRC)

-Falla Activa: “Falla que ha experimentado algún movimiento dentro de los últimos 50.000 años” (U.S. Nuclear Regulatory Commission).

Falla Capaz: “Falla que ha experimentado recurrencia dentro de los-Falla Capaz: Falla que ha experimentado recurrencia dentro de los últimos 500.000 años” (U.S. Nuclear Regulatory Commission).

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TIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDAD

-2. Clasificación de carácter APLICADO (NSCJ)APLICADO (NSCJ)

-Falla Activa: “Falla Cuaternaria”

F ll A ti ( id l ál l ) “F ll h-Falla Activa (a considerar en los cálculos): “Falla que ha experimentado recurrencia dentro de los últimos 50.000 años”

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TIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDADTIPOS DE FALLAS SEGÚN SU GRADO DE ACTIVIDAD

-2. Clasificación de carácter APLICADO (EUROCODE)APLICADO (EUROCODE)

-Falla Activa: “Falla con una velocidad de movimiento >1.0 mm/a y con evidencia de ruptura superficial en los últimos 11000 años

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Geología de TerremotosGeología de Terremotos

-Geología de Terremotos, Tectónica activa y neotectónica.Cl ifi ió d l f ll ú ti id d-Clasificación de las fallas según su actividad.

-Conceptos de Falla activa y falla capaz.-Fallas sísmicas y asísmicas: corteza sismogenética-Estructura y segmentación de las fallas.

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-Fallas sísmicas y asísmicas: corteza sismogenética

Comportamiento sísmico

Comp.asísmicosísmico asísmico

Stick slip...

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Fallas asísmicas.

Falla de Hayward (California)

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Falla de Hayward (California)Falla de Hayward (California)

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Falla de Hayward (California)Falla de Hayward (California)

1971 1974

19871993

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IZMIT 1999Fallas sísmicas

IZMIT 1999

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

IZMIT 1999

Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

-Fallas sísmicas: corteza sismogenéticaLa reactivación de las fallas se produce en los kilómetros mássuperficiales de la corteza: CORTEZA SISMOGENETICA. El tamañode esta depende de las condiciones mecánicas de la roca

Sibson, 1989

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MODELO SINOPTICO DE FALLA ACTIVA

Sibson, 1989Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

AsperezasAsperezas

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El tamaño de un terremoto por tantoEl tamaño de un terremoto por tanto depende de las dimensiones de la ruptura

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Momento sísmicoMomento sísmico: :

M AMo = A [F x L] (Dina x cm; N x m)

(Mo (Newton metro))

= Módulo de cizalla: Módulo de cizalla: 32 GPa para la corteza75 GPa para el manto

A = área de ruptura (L*W) = desplazamiento medio durante el terremoto = desplazamiento medio durante el terremoto

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Relación Área de ruptura – Magnitud Momentop g

9

IDesgarre A B

9

InversaDesgarre

7

8NormalInversa

148 terremotos

tud

(M)

7

8NormalInversa

148 terremotos

6Mag

nit

6

5

M = 4.07 + 0.98*log(RA)

5

4g( )

Area de ruptura (Km )21 110 100 1000 104

Area de ruptura (Km )2

10 100 1000 104

• Wells y Copersmith 1994Wells y Copersmith, 1994Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

Relación Máximo desplazamiento – Magnitud momento

9

InversaDesgarre Desgarre

9

A B

7

8Normal NormalInversa Inversa

80 terremotos

gnitu

d (M

)

7

8

6

men

to M

ag

6

7

5

Mom

M = 6.69 + 0.74*log (MD)5

40.01 0.010.1 1 10

Má imo despla amiento (m) Má imo despla amiento (m)

g ( )

0.1 1 10

Máximo desplazamiento (m) Máximo desplazamiento (m)

• Wells y Copersmith 1994Wells y Copersmith, 1994Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

Geología de TerremotosGeología de Terremotos

--GeologíaGeología dede TerremotosTerremotos TectónicaTectónica activaactiva yy neotectónicaneotectónica--GeologíaGeología dede Terremotos,Terremotos, TectónicaTectónica activaactiva yy neotectónicaneotectónica..--ClasificaciónClasificación dede laslas fallasfallas segúnsegún susu actividadactividad..

--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz..--FallasFallas sísmicassísmicas yy asísmicasasísmicas..

--EstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallasEstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallas--RecurrenciaRecurrencia

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Segmentación de fallas activasSegmentación de fallas activas

• La segmentación es fundamental a la hora estimar el potencial sismogético de una falla ya que condicionarpotencial sismogético de una falla ya que condicionar el tamaño máximo o el tamaño característico de los terremotosterremotos

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Tipos de segmentos (MCalpin, 2009)p g ( p )

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Segmentación Wasatch Segmentación Wasatch FaultFault (Chang and Smith, 2002).(Chang and Smith, 2002).

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Implicaciones importantes en Peligrosidad SísmicaImplicaciones importantes en Peligrosidad Sísmica

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Geología de TerremotosGeología de Terremotos

--GeologíaGeología dede TerremotosTerremotos TectónicaTectónica activaactiva yy neotectónicaneotectónica--GeologíaGeología dede Terremotos,Terremotos, TectónicaTectónica activaactiva yy neotectónicaneotectónica..--ClasificaciónClasificación dede laslas fallasfallas segúnsegún susu actividadactividad..

--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz--ConceptosConceptos dede fallafalla activaactiva yy fallafalla capazcapaz..--FallasFallas sísmicassísmicas yy asísmicasasísmicas..

--EstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallasEstructuraEstructura yy SegmentaciónSegmentación dede laslas fallasfallas--RecurrenciaRecurrencia

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Villamor y Berryman, 1999Grupo de Tectónica Activa y Paleosismicidad

FUENTE: FALLA ACTIVA (FUENTE: FALLA ACTIVA (régimenrégimen téctonicotéctonico))

TAMAÑO: ÁREA DE RUPTURA (TAMAÑO: ÁREA DE RUPTURA (estructuraestructura de de ((la la fallafalla y la y la mecánicamecánica de la de la cortezacorteza))

RECURRENCIA: VELOCIDAD DE LA FALLARECURRENCIA: VELOCIDAD DE LA FALLA

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-2. Cambios de esfuerzos de Coulomb estáticos

Parsons et al. (2000)

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