SISMICIDAD HISTÓRICA DEL ECUADOR (PDF COMPLETO)

1SISMICIDAD HISTÓRICA DEL ECUADOR CALCULO DE ACELERACIONES MAXIMAS, ENERGÍA SÍSMICA LIBERADA Y ESTIMACIÓN DE PELIGRO SÍSMICO Correa Cristian1,2 , Hinojosa Dayanara1,2, Taipe Mercedes1,2 1. Instituto Geofísico, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador 2. Carrera de Ingeniería Geológica Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. Agosto 2004 RESUMEN La sismicidad histórica del Ecuador ha sido poco vinculada en el contexto de peligro sísmico; es importante la actualización de este tema en base al análisis de intensidades máximas registradas, estimación de aceleraciones máximas probables y energía sísmica liberada, resultados obtenidos permiten observar la relación que existe entre un evento sísmico y el tipo de material en donde tiene lugar, además el posible fenómeno al cual se encontraría asociado en un contexto tectónico regional, lo cual consecuentemente permite evaluar zonas generales de peligro sísmico. De la información sísmica histórica y reciente con la que cuenta el Instituto Geofísico EPN, se seleccionó un número específico de eventos, tomando en consideración sus parámetros máximos y grado de confiabilidad respecto a su localización. Se realizaron dos mapas de isoaceleraciones del Ecuador con las ecuaciones matemáticas de Trifunac (1976) que considera factores litológicos y estadísticos y Murphy & O¨Brien (1977) sin relacionar efectos de sitio. Los valores máximos y mínimos obtenidos son 1.9 a <0.3gales según la relación Trifunac (1976) y 0.5 a 0.05 gales en la relación Murphy & O¨Brien (1977). Para el análisis de energía sísmica se utilizó la relación entre magnitud y energía de Gutemberg – Richter, en donde se determinaron zonas con mayor energía sísmica liberada por año. En la elaboración del mapa de Peligro Sísmico, se consideró la relación de Murphy & O¨Brien (1977) pues los valores obtenidos van de acuerdo con criterios unificados utilizados en aplicaciones ingenieriles. Corresponden a una zona de peligro alto valores > 0.5 g., peligro medio a valores entre 0.5 a 0.2 g. y una zona de peligro bajo a valores <0.2g. Mayores rangos de aceleración y energía sísmica liberada son dispersos en la zona costera, callejón interandino y piedemonte hacia el Oriente; bajos valores en límites de las cordilleras, planicies costera y oriental; ratifican que tanto el proceso de subducción, como los sistemas de fallamiento continental (San Isidro, Chingual - La Sofía - Reventador, Pallatanga, Subandino, Bahía, entre otros) son potenciales fuentes generadoras de altas aceleraciones. La aceleración máxima registrada es 0.5g (Murphy) y 1.9g (Trifunac) para sismos de intensidad mayor a 11 MKS en Esmeraldas (1906), Riobamba (1797) y Reventador (1987). Resultados aquí presentados son parte de un estudio preliminar en este tema y deben considerarse como valores medios de aceleración esperada por lo que no se aplicarían para obras civiles sin estudios previos mas detallados. PALABRAS CLAVE: Sismicidad histórica, peligro sísmico, aceleración, intensidad, energía sísmica, escalas intensidad, sistemas de fallas, tectónica. 2 INTRODUCCIÓN El Ecuador se encuentra ubicado en una zona de alta sismicidad lo cual es muy notorio, ya en las últimas décadas fue afectado por terremotos de gran magnitud. Es por esta razón que la coexistencia con la actividad sísmica pasó a ser parte de la cultura ecuatoriana. Grandes terremotos que ocurrieron acarrearon destrucción, daños a toda escala y lo más grave, pérdidas humanas, de ahí la importancia de presentar a la población, información adecuada para generar los mecanismos de mitigación apropiados en caso de suscitarse un terremoto. Se hace indispensable por tanto evaluar adecuadamente el Peligro Sísmico en el Ecuador; para ello se requiere recopilar información detallada de terremotos ocurridos en épocas anteriores, desplegar instrumental sísmico para determinar el nivel de sismicidad actual, evaluar el mecanismo de subducción de tal forma que se pueda identificar regiones de alto potencial sísmico, todo esto finalmente se deriva en un modelo de régimen tectónico que eventualmente permitirá estimar el Peligro Sísmico. SISMICIDAD EN EL ECUADOR Según el Catálogo Sísmico del Ecuador (Egred, 1999a), en los últimos 80 años se registraron terremotos cuyo impacto fue notorio, destacándose: el terremoto de Abril de 1541 cuyo epicentro aproximado es 0.14° S y 78.27° O con una magnitud de 7; el 16 de agosto de 1868 de magnitud 7.7 ocurrió a 0.31° N y 78.18° O; el 23 de junio de 1925 se registra otro gran terremoto cuya magnitud se estima en 6.8 y una profundidad de 180Km. localizado en 0.0° y 77° O; el terremoto con magnitud 8.8 ocurrió el 31 de enero de 1906; también se registraron eventos importantes que incluyen un terremoto de magnitud 7.9 el 14 de mayo de 1942 y el 19 de enero de 1958 con magnitud estimada 7.8 y el ocurrido el 5 de marzo de 1987 con magnitud 6.9 (magnitudes citadas corresponden a escala Richter). La sismicidad que presenta el Ecuador y en general el bloque norandino de Sudamérica está relacionada al proceso de subducción de la placa Nazca y la placa Sudamericana; de aquí se desprende el hecho que existan eventos interplaca (cercanos o sobre la zona de subducción) y eventos intraplaca. Esta interacción de placas dan las características fisiográficas de los Andes. Terremotos mayores: Egred (1999b) recopila la información existente acerca de los principales efectos de los terremotos en las ciudades del Ecuador, significativa ocurrencia de los más grandes eventos en el área interandina, en contraste con un gran número de eventos que no causaron daños en la región oriental. Tabla 1.- TERREMOTOS DEL ECUADOR CON INTENSIDADES > VIII Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 FECHA 1541 04 00 1587 08 31 1645 03 15 1674 08 29 1687 11 22 1698 06 20 1736 12 06 1749 01 20 EPICENTRO Lat -0.10 0.00 -1.68 -1.70 -1.10 -1.45 -0.78 -4.00 Long -77.80 -78.40 -78.55 -79.00 -78.25 -78.30 -78.80 -79.20 VIII VIII IX IX VIII X VIII VIII Napo Pichincha Chimborazo, Tungurahua Chimborazo, Bolívar Tungurahua Tungurahua, Chimborazo Pichincha, Cotopaxi Loja PROF. INT. PROVINCIA DE REFERENCIA 3 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 1755 04 28 1757 02 22 1834 01 20 1786 05 10 1797 02 04 1859 03 22 1868 08 15 1868 08 16 1896 05 03 1906 01 31 1911 09 23 1913 02 23 1914 05 31 1923 02 05 1923 12 16 1926 12 18 1929 07 25 1938 08 10 1942 05 14 1949 08 05 1953 12 12 1955 07 20 1958 01 19 1961 04 08 1964 05 19 1970 12 10 1987 03 06 1995 10 02 1998 08 04 -0.21 -0.93 1.30 -1.70 -1.43 0.40 0.60 0.31 -0.51 1.00 -1.70 -4.00 -0.50 -0.50 0.90 0.80 -0.40 -0.30 0.01 -1.25 -3.40 0.20 1.22 -2.20 0.84 -3. 79 -0.87 -2.79 -0.55 -78.48 -78.61 -76.90 -78.80 -78.55 -78.40 -78.00 -78.18 -80.45 -81.30 -78.90 -79.40 -78.48 -78.50 -77.80 -77.90 -78.55 -78.40 -80.12 -78.37 -80.60 -78.40 -79.37 -78.90 -80.29 -80.66 -77.14 -77.97 -80.53 40 24 34 42 12 24 39 20 60 25 VIII IX XI VIII XI VIII VIII X IX IX VIII VIII VIII VIII VIII VIII VIII VIII IX X VIII VIII VIII VIII VIII IX IX VIII Pichincha Cotopaxi, Tungurahua Carchi, Nariño* Chimborazo Chimborazo, Tungurahua, Cotopaxi, y parte de Bolívar y Pichincha. Pichincha, Imbabura, Cotopaxi Carchi Imbabura, Carchi, Pichincha Manabí Esmeraldas. Nariño (Colombia) Chimborazo, Bolívar Loja, Azuay Pichincha, Cotopaxi Pichincha Carchi, Nariño (Colombia) Carchi Pichincha Pichincha Manabí, Guayas, Bolívar Tungurahua, Chimborazo, Cotopaxi Loja, norte del Perú Pichincha, Imbabura Esmeraldas Chimborazo Manabí Loja, El Oro, Azuay, norte del Perú Napo, Sucumbíos, Imbabura Morona Santiago RESUMEN Número total de terremotos destructivos: 37 Período de años (1541-1999): 458 Promedio sismos/años 12.4 VIII Provincia de Manabí. * Intensidad máxima en Nariño, Colombia: XI Lat. = Latitud: + = Norte, - = Sur. Long.= Longitud: - = Oeste Prof. = Profundidad focal en kilómetros Int. = Intensidad máxima Región Interandina.- En esta región se destacan, en número de ocurrencia respecto a otras regiones, la mayoría de eventos sísmicos más destructivos ocurridos en el país, tales como: El terremoto de Riobamba de abril de 1797 de intensidad máxima de XI; por sus efectos, el mayor terremoto ocurrido en territorio ecuatoriano desde tiempos históricos hasta la actualidad, daños considerables sufrieron también las actuales provincias de Tungurahua, Cotopaxi, Bolívar e incluso Pichincha. En 1698 un 4 terremoto de intensidad máxima X afectó considerablemente a las provincias de Tungurahua y Chimborazo. En Imbabura el terremoto de agosto de 1868 de intensidad máxima X afectó a varias provincias, también fueron seriamente afectadas por terremotos mayores las provincias de Esmeraldas y Napo. El terremoto de Pelileo en la provincia de Tungurahua ocurrido en agosto de 1949 de intensidad máxima X sus efectos se extendieron a Cotopaxi, Chimborazo, parte de Bolívar, Pichincha y Pastaza. En la provincia de Loja se registraron sismos de intensidad VIII, además de la incidencia de terremotos con epicentros en el norte del Perú como el de diciembre de 1970 de intensidad máxima IX en el país. Las provincias de Azuay, Cañar, Carchi no registran epicentros de eventos mayores, sin embargo, fueron afectadas por los grandes terremotos. (Intensidades citadas corresponden a escala MSK). Figura 1.- Mapa de Isosistas Terremoto de Riobamba (Egred, 1999c) Región litoral.- Pocos terremotos destructivos de intensidad igual o mayor que VIII soportó esta región, a más de otros menores. La provincia de Esmeraldas fue la más afectada. El terremoto del 31 de enero de 1906, uno de los dos sismos de máxima magnitud a nivel mundial (8.9 Richter), desde que se puede calcular la magnitud con la existencia de los sismógrafos (aproximadamente en 1900); el epicentro se ubicó frente a las costas de la provincia de Esmeraldas; los efectos del sismo no fueron devastadores, ya que el epicentro tuvo lugar lejos de la costa y, porque en aquella época la zona macrosísmica se encontraba escasamente poblada; este terremoto generó el mayor tsunami registrado en nuestras costas. Además, en esta provincia se registran daños ocurridos por sismos con epicentros en el Sur de Colombia. En la provincia de Manabí se destaca el evento de mayo de 1942 con intensidad máxima IX y el sismo del 04 de agosto de 1998 de intensidad máxima VIII que 5 afectaron seriamente a la cuidad de Bahía de Caráquez y a casi toda la región. La provincia del Guayas, si bien sintió los efectos de los terremotos, los daños fueron menores comparados con las otras provincias costeras. En esta región la provincia menos afectada por terremotos es El Oro. (Intensidades citadas corresponden a escala MSK). Figura 2.- Mapa de Isosistas Terremoto de Esmeraldas (Egred, 1999b) Región oriental.- Se producen una gran cantidad de sismos, la mayoría son de profundidad media y con magnitudes que al no ser considerables, se atenúan y no causan daños, tomando en cuenta que no existe mayor información histórica por la escasa densidad de población en la región, además que los eventos disminuyen considerablemente hacia el este. La excepción de esta tendencia constituye el terremoto de Napo, del 5 agosto de 1987 con intensidad máxima de IX y el de Morona Santiago del 02 de octubre de 1995 con intensidad máxima de VIII. Se destaca también el terremoto de abril de 1541 con epicentro en las estribaciones orientales de la Cordillera Real, por ser el primer sismo conocido en nuestro territorio, debió ser de gran intensidad, pues destruyó una población indígena, en una zona que a esa fecha era casi despoblada. (Intensidades citadas corresponden a escala MSK). 6 Figura 3.- Mapa de Isosistas Terremoto de Macas (Egred, 1999b) Región insular.- Por ser producto de un punto caliente, la región de Galápagos es altamente sísmica y volcánica, pero los sismos de esa zona se caracterizan por ser de magnitudes moderadas y consecuentemente nunca hubo un terremoto destructor. Un resumen de los importantes eventos sísmicos del país se muestra en la tabla 2 (Egred, 1999b). Tabla 2.- DISTRIBUCION POR REGIONES DE LOS TERREMOTOS CON INTENSIDADES > VIII INTENSIDAD VIII IX X XI TOTAL Notas: SIERRA 20 4 3 1 COSTA 3 3 ORIENTE 2 1 INSULAR TOTAL 25 8 3 1 28 6 3 0 37 1 terremoto (Int.= IX) de la Sierra también afectó seriamente a la Costa. 1 terremoto (Int. = IX) de la Costa también afectó seriamente a la Sierra. 1 terremoto (Int. = IX) del Oriente también afectó seriamente a la Sierra. Terremotos Menores: Los terremotos de intensidad VII, sin ser catastróficos, pueden ser de consideración especialmente en las construcciones antiguas. Los macrosismos de intensidad VII en nuestro territorio a partir de 1541 totalizan 47. La intensidad VI es aquella a partir de la cual se presentan daños moderados en las construcciones, sin afectarlas estructuralmente y por ende, son fácilmente reparables con inversiones relativamente bajas. Sismos de estas características han ocurrido 49 (ver tabla 3, Egred, 1999b). 7 Tabla 3.- DISTRIBUCION POR REGIONES DE LOS TERREMOTOS CON INTENSIDADES VI y VII INTENSIDAD VII VI TOTAL Notas: SIERRA 39 38 77 COSTA 5 10 15 ORIENTE 3 1 4 INSULAR 0 TOTAL 47 49 96 2 terremotos (Int. = VII) de la Sierra también afectaron al Oriente. 2 terremotos (Int. = VII y VI) de la Costa también afectaron a la Sierra. 2 terremotos (Int. = VII) del Oriente también afectaron a la Sierra. TRATAMIENTO DE DATOS 1. Revisión de la base de datos: la base de datos que se utilizó fue tomada del catálogo sísmico que posee el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional; para el presente trabajo fue revisada y corregida. Se corrigieron algunos datos de longitud y latitud y se verificaron las localidades presentadas. 2. Selección de datos: De la base de datos obtenida se utilizaron parámetros de latitud, longitud, grado de intensidad, profundidad en caso de contar con el dato o la estimación realizada (esto especialmente para eventos suscitados en siglos pasados) y la localidad. En el caso de sismos históricos (hasta el año de 1990) se seleccionó eventos con intensidades mayores a VI considerando el hecho de que sismos con altas intensidades presentan un menor margen de error en cuanto a la estimación de su intensidad (no hay que olvidar el hecho de que se están manejando parámetros subjetivos). Las réplicas de eventos importantes no se tomaron en cuenta; en algunas ocasiones se presentaron eventos con intensidades similares y con la misma ubicación geográfica caso en el cual se tomó el evento que presentaba mayor magnitud. 3. Sobre el mapa del Ecuador se construyó una grilla dividida cada 0.25° cubriendo la totalidad del país, para posteriormente ubicar todos los eventos seleccionados. Para la selección dentro de la grilla se utilizaron las mayores intensidades (considerados una sola vez). Cuando el evento, en algunos casos, se ubicaba en la periferia de la grilla o en uno de los vértices, se realizó una observación breve del entorno del sistema de fallas presente, analizando el grado de dispersión de puntos se escogió el sismo que mejore el ploteo a realizarse posteriormente. Los valores de intensidad y de acuerdo a la relación matemática escogida, se convirtieron en valores de aceleración y se realizó entonces el ploteo correspondiente. 4. A partir de 1990 hasta la presente fecha, la base de datos suministrada (alrededor de 4000 eventos) presenta datos de magnitud y profundidad para los cuales el tratamiento fue diferente. Del mismo modo que el caso de las intensidades, aquí se escogieron eventos con valores de magnitud en la escala Richter, superiores o iguales a 4. Los datos escogidos se convirtieron de magnitud a energía mediante la relación adecuada para ello. Se utilizó un macro que permitió construir la grilla adecuada y al mismo tiempo, dentro de la celda se hizo la sumatoria de energía de los diferentes eventos ahí ubicados, para luego plotear los eventos por cada año. RELACIONES UTILIZADAS Cálculo de la aceleración en base a intensidades.- Correlacionar la intensidad con la aceleración a menudo debe hacerse con precaución, puesto que, se ha demostrado en gráficas, que no existe una relación entre ellas (Grunthal, 2001). Esto se puede explicar por el efecto de varios factores que 8 influencian la fuerza del movimiento: Espectro de la fuente sísmica; periodo de resonancia de las estructuras presentes e interacción de la estructura del suelo. Para este trabajo se escogieron las relaciones de Murphy & O¨brien (1977) y de Trifunac (1976) para el cálculo de aceleraciones ya que son las relaciones que más se ajustan con los datos obtenidos. Relación de Murphy & O¨Brien (1977): Log(a) = 0.25I + 0.25 (1) Relación De Trifunac (1976) Considera: • Diferentes categorías de suelos ( s=0 aluvial, s=2 roca dura, s=1 intermedio) • Componentes ( v=0 horizontal, v=1 vertical) • Intervalo de confianza 0<p<1 (parámetro estadístico) Log (aMAX)= a p + b I + c + d s + e v + f I2 (2) a b c d e f 0.942 0.459 -0.047 0.14 -0.270 -0.014 En las ecuaciones (1) y (2) corresponde a= aceleración en gales e I= Intensidad. Teóricamente la aceleración máxima que se podría alcanzar, tendría un valor de 2g (g=981 cm/seg2). Aceleraciones elevadas (picos) se producen en cercanías de la falla que ocasiona el sismo, pero la duración de la fuerza de sacudida es relativamente corta, así que la intensidad corresponde a una magnitud pequeña (Grunthal, 2001) (hay que recordar que la intensidad es una medida de la aceleración y de la duración de un evento sísmico). Cálculo de la energía liberada.- se utilizó la relación de Gutemberg – Richter, utilizando en la interpolación los datos directamente Log E, por una mejor visualización de los gráficos. Log Eb = 5.8 +2.4Mb (3) Donde Eb = la energía sísmica liberada en Ergios y Mb = la magnitud de las ondas internas del sismo en Escala Ritchter. RANGOS DE DATOS OBTENIDOS La relación Trifunac (1976) al considerar factores litológicos y estadísticos hace que los valores de aceleración y su influencia sean restringidos al área cercana al epicentro, por tanto en la interpolación de los datos se obtienen rangos con valores muy altos que van desde 0.3 a 1.9g., sin embargo podrían considerarse válidos para estudios detallados de áreas muy pequeñas. La relación Murphy & O¨Brien (1977) no toma en cuenta los factores de Trifunac por tanto los valores de aceleración se pueden considerar como valores medios y por tanto, factibles a ser interpolados para áreas de influencia grandes y concuerdan con criterios ingenieriles unificados. Los rangos de aceleración en base a los que se elaboró el mapa de Peligro Sísmico del Ecuador son: zona de peligro alto valores > 0.5 g., peligro medio a valores entre 0.5 a 0.2 g. y zona de peligro bajo a valores <0.2g. Tabla 4.- RELACIÓN ENTRE ACELERACIONES E INTENSIDAD MKS (según Sauter 1978). INTENSIDAD V VI VII VIII IX X ACELERACIÓN (gales) <0.05 0.05 – 0.1 0.1 – 0.2 0.2 – 0.3 0.3 – 0.4 >0.5 9 ANALISIS MAPA DE ISOSISTAS A PARTIR DE ACELERACIONES OBTENIDAS MEDIANTE LA RELACIÓN DE TRIFUNAC (1976)* Figura 4.- Mapa de Isoaceleraciones del Ecuador a partir del método de Trifunac (1976) Zona Costera.- Cabo San Lorenzo-Punta Galera: Zona caracterizada por fallas (inversas) con un rumbo aproximado NE. Entre 2°S y 0° se está produciendo la subducción de la Cordillera asísmica de Carnegie lo que explicaría, al menos en parte, lo valores altos de aceleración obtenidos (Cabo Pasado-Punta Ballenita). Se tiene una peligrosidad sísmica alta a media y la tendencia de las curvas de aceleración es NE. Cordillera Chongón Colonche: Las fallas tienen un rumbo aproximado NO con una peligrosidad sísmica de media a baja (Para el presente trabajo se consideró a la isla Puná dentro de este mismo rango de peligrosidad sísmica. Nótese que la falla Puná que afecta la isla como la falla Jambelí tienen una tendencia más bien NE). 10 La sismicidad que se ha desarrollado en la zona costera del país (ante arco) se ve afectada por la subducción de la Cordillera de Carnegie así como por el efecto que produjeron las fallas corticales que existen como ocurre en la Cuenca de Esmeraldas, la zona de Daule Peripa-La Maná y la zona del Golfo –Cordillera Chongón Colonche (un evento muy importante de esta zona es el sismo de Bahía). Estos dos procesos serían entonces los responsables de la actividad sísmica que se ha venido desarrollando en los últimos años. Cordillera Occidental, Callejón Interandino y Cordillera Real.- Tulcán-Quito: (Sistema San Isidro-Río Ambi-El Ángel-Otavalo-Apuela-Nanegalito) A lo largo de este sistema se tiene valores altos de aceleración con peligrosidad sísmica alta a media. El sistema tiene un rumbo NE muy marcado. El sistema de fallas San Isidro-Ambi y Otavalo presenta valores de aceleración más altos. Quito-Latacunga: Un rasgo geológico importante de esta zona es la falla de Quito; estructuras importantes son los anticlinales de Yanayacu, Latacunga, Nagsiche. Excepto las fallas Tandapi y El Cinto que tienen una tendencia NO, el sistema se caracteriza por un rumbo NE. Las fallas Machachi, Gualel, Guangaje y Poaló presentan las aceleraciones más elevadas. Tena- Riobamba-Cuenca: Esta zona se destaca por el cambio de rumbo que presentan las curvas de aceleración desde casi N-S hasta NE e involucra los sistemas de fallas Pisayambo, Patate, Candelaria y Pallatanga principalmente. Las zonas con aceleraciones importantes involucran a las fallas Patate, Candelaria y parte de Pallatanga. La tendencia general de las curvas de aceleración para estas tres zonas es aproximadamente NE salvo por la zona de Tena-Riobamba-Cuenca donde se tiene una anomalía (que estaría dada por el evento de Macas) que aparenta un rumbo casi E-O. Esta zona involucra los límites de las Cordillera Occidental y Real así como también el Callejón Interandino. Se tiene una peligrosidad sísmica alta a media para el Callejón Interandino y de media a baja para los límites de las Cordilleras. Todo este sector geológicamente corresponde al arco volcánico del país. Cuenca-Machala-Loja: Involucra a las fallas Tarqui, Girón y Celica-Macará (?) con una tendencia general NE que le da el rumbo a las curvas de aceleración; en las dos últimas fallas es donde se registran los valores más altos. Esta zona presenta una peligrosidad sísmica de alta a media, dominada por fallas con una tendencia NE. En este sector (Que incluye parte de la Cuenca de Alamor-Lancones) se da un importante cambio en la dirección de los Andes, esto es, de NE a NO (un rasgo estructural importante para el área es la falla Las Aradas con un rumbo casi N-S). Por tales circunstancias, el estilo de subducción para esta parte de Sudamérica se ve afectada y ello posiblemente se refleja en la actividad sísmica registrada en los últimos años con valores altos de aceleración. Zona Subandina y Oriente.- Volcán Reventador: Las mayores aceleraciones observadas se encuentran alrededor del sistema de fallas Reventador, Salado y Baeza-Chaco. Las isolineas muestran una tendencia N-S. Hacia el lado occidental se tiene valores de peligrosidad sísmica de alta a media, para el lado oriental no se cuenta con información que permita realizar una clasificación de la peligrosidad. La falla Cosanga se encuentra en el área con peligrosidad sísmica baja. Yaupi (Cordillera de Cutucú): Con una tendencia N-S donde el sistema de fallas lo conforman Macuma y Santiago-Upano siendo esta última la que presenta valores de aceleración más altos. Las áreas señaladas se ubican en la Zona Subandina caracterizadas por fallamientos en su mayor parte inversos. el modelo de subducción que caracteriza a nuestro país hace de esta zona lo que se denomina un tras arco sometido a deformaciones que podría explicar la actividad sísmica que se observa. La región que corresponde a una peligrosidad baja se ubica en la Depresión Pastaza. *Fallas Citadas tomadas de Mapa de Fallas y Pliegues Cuaternarios de Ecuador y regiones oceánicas adyacentes. USGS, 2003.Eventos Históricos citados tomados de Catálogo Sísmico del Ecuador IG – EPN. 11 ANALISIS MAPA DE PELIGRO SISMICO A PARTIR DE ACELERACIONES OBTENIDAS MEDIANTE LA RELACIÓN DE MURPHY (1977)** Figura 5.- Mapa de Isoaceleraciones del Ecuador a partir del método de Murphy (1977) Zona Costera.- Zonas con valores altos de peligrosidad sísmica presentan curvas de aceleración con una tendencia NNE-SSO como ocurre en Bahía de Caráquez y parte de Esmeraldas (Cuenca de Borbón). El sistema de fallas conformado de norte a sur por: Esmeraldas (zona de máxima aceleración) - Río Canandé que presentan rumbos NO y NE respectivamente ubicadas en zonas de peligrosidad sísmica de baja a media; Cañaveral, Quinindé, Calceta, Daule y Jipijapa con rumbos NE que caracterizan zonas de peligrosidad media; la falla de Bahía presenta un rumbo NO y define la zona de mayor aceleración. Finalmente las fallas Colonche, Carrizal, La Cruz, Chanduy con rumbos NO determinan una peligrosidad sísmica de baja a media. El sector Golfo de Guayaquil e Isla Puná, las fallas Posorja de 12 rumbo NO y las fallas Puná y Jambelí con tendencia NE esta ubicado dentro de una zona con peligrosidad sísmica media. En la zona costera se distingue una peligrosidad sísmica con valores bajos a altos. La subducción de la Cordillera de Carnegie generaría los valores altos de aceleración presentes. Históricamente se han producido eventos sísmicos importantes en la zona de Bahía de Caráquez (1998), intensidad máxima registrada (imr) 8MSK) y en Esmeraldas (1906, imr 9MSK) lo cual explicaría las altas aceleraciones observadas. Figura 6.- Mapa de Peligro Sísmico del Ecuador a partir del método de Murphy (1977) Cordillera Occidental, Callejón Interandino y Cordillera Real.- La Cordillera Occidental esta dentro de una zona de peligrosidad sísmica media a baja; las curvas de aceleración muestran un tendencia general NNE-SSO que es concordante con el rumbo que presentan las fallas que forman la 13 misma, estas son: Apuela, Nanegalito, Tandapi, Río Baba, Valencia, Chugchilán, La Maná, Calabí, Quinsaloma, Montalvo, Chillanes, Pallatanga, Naranjal. Callejón interandino se caracteriza por valores de peligrosidad sísmica de alta a media con curvas de aceleración que tienen un rumbo NE-SO. La zona que presenta los mayores valores de aceleración corresponde al sistema conformado por las fallas Machachi y Guangaje con rumbo aproximado NESO. Las fallas restantes que se encuentran en el Callejón Interandino son: San Isidro, El Angel, Río Ambi, Otavalo que corresponderían al Sistema Sinestral San Isidro (Soulas et al., 1991), la falla de Quito (inversa), El Cinto y Tandapi (con rumbo NO-SE), Guaranda, Salinas. Estructuras importantes son las flexuras (anticlinales?) de Yanayacu, Latacunga y Nagsiche. La Cordillera Real se encuentra definida dentro de zonas con peligrosidad sísmica desde baja a alta y presenta curvas de aceleración con rumbo NNE-SSO. De norte a sur se pueden definir claramente dos zonas principales de concentración de aceleraciones: la primera que se encuentra dentro del sistema constituido por las fallas Chingual, Reventador, Salado, Baeza-Chaco, Cosanga, Guacamayos y Pisayambo con peligrosidad sísmica de media a alta y un rumbo predominante NNESSO. La segunda zona se define por los sistemas Patate (peligrosidad sísmica alta), Candelaria, Guamote, parte del sistema Pallatanga, Paute y Gualaceo. Fallas tales como Pancho Negro y Ponce Enríquez se encuentran en áreas de peligrosidad sísmica media. Las características de tendencia de las curvas de aceleración así como de los principales fallamientos y estructuras geológicas determina que se esta produciendo el desplazamiento del bloque Andino en dirección NNE-SSO a lo largo de los sistemas de fallas principales que conforman esta zona y que se relaciona la proceso de subducción que afecta al país. En el registro sísmico se tiene como sismos importantes en esta zona: Ibarra (1868, imr. 10MSK), Quito (1755, imr 8 MSK), Ambato (1698, imr 10 MSK), Pelileo (1948, imr 10 MSK) Riobamba (1797, imr 11 MSK) entre otros. Suroccidente.- Se tiene una peligrosidad sísmica media. Las fallas importantes para el área son Tarqui y Girón. Tanto las curvas de aceleración como las fallas indicadas muestran un rumbo NESO. A pesar de que en esta zona no se cuenta con suficientes datos, se podría señalar que el nivel de peligrosidad sísmica presente se debe al proceso de subducción generado en la costa de Ecuador Perú y que se caracterizan por un cambio importante en la dirección de subducción así como en la dirección de los Andes de NE a SO. (También podría haber una relación con la zona de Fractura Grijalva). Zona Subandina y Oriente.- La Zona Subandina presenta un nivel de peligrosidad sísmica medio y que esta definido por el sistema de fallas Santiago-Upano, Macuma y Taisha que presentan un rumbo aproximado N-S. Es evidente para este lugar una actividad sísmica que se relaciona con un proceso de deformación en un régimen compresivo y que en general afecta a toda la Zona Subandina y Oriente. No se cuenta con información suficiente para poder caracterizar el peligro sísmico en toda la cuenca Oriente. Los sismos históricos relevantes para esta área son: Reventador (1897 imr. 12MKS), Mera (1987, imr. 7MKS), Macas (1995, imr. 8MKS). **Fallas Citadas tomadas de Mapa de Fallas y Pliegues Cuaternarios de Ecuador y regiones oceánicas adyacentes. USGS, 2003.Eventos Históricos citados tomados de Catálogo Sísmico del Ecuador IG – EPN. 14 ANALISIS DE ENERGÍA SÍSMICA LIBERADA EN ECUADOR DESDE 1990 – 2003*** Zona Costera.- En el área comprendida entre 1°S y 1°N se presenta una importante liberación de energía relacionada primordialmente al proceso de subducción que en este sector involucra la Cordillera asísmica de Carnegie. Hacia la zona del Golfo de Guayaquil es notoria un área donde la liberación de energía es prácticamente permanente prolongándose hacia la zona de fractura de Grijalva en la placa Nazca (Yepes et al., 1996). Figura 7.- Mapa de Concentración de Energía Sísmica Liberada en el Ecuador año 1998 Cordillera Occidental - Callejón Interandino - Cordillera Real.- No se tiene una clara tendencia de las concentraciones de energía sin embargo, en el sector de Latacunga - Ambato existe una leve concentración de energía que puede calificarse como media y que se encuentra relacionada con el nido de Pisayambo (Yépes et al., 1999). 15 Zona Subandina y Oriente.- Para esta zona se tiene una variación de las energías desde media hasta alta, siendo mayor en el sector del Puyo (relacionados al proceso de subducción). La zona Oriental presenta una energía sísmica liberada con valores bajos. Una concentración importante de energía se libera en los sectores relacionados al sistema de fallas Santiago Upano Macuma, esto de cierta forma justifica la gran cantidad de eventos sísmicos superficiales. Figura 8.- Mapa de Concentración de Energía Sísmica Liberada en el Ecuador año 1995 Zona Sur occidental.- Comprende hacia el sur de 3°S, se encuentra caracterizado por una liberación de energía media - alta que se la observa constante durante todo el período estudiado. Posiblemente este comportamiento está relacionado con el cambio en la dirección de subducción (Fosa Perú Chile) (Pardo Casas et al., 1987). 16 Figura 9.- Mapa de Concentración de Energía Sísmica Liberada en el Ecuador año 2003 ***Fallas Citadas tomadas de Mapa de Fallas y Pliegues Cuaternarios de Ecuador y regiones oceánicas adyacentes. USGS, 2003.Eventos Históricos citados tomados de Catálogo Sísmico del Ecuador IG – EPN. CONCLUSIONES • Los mapas obtenidos muestran mayores valores de aceleración en gran parte de la zona costera, callejón interandino y la zona de piedemonte hacia el Oriente; esto ratifica que tanto el proceso de subducción, como los sistemas de fallamiento continental (San Isidro, Chingual - La Sofía Reventador, Pallatanga, Subandino, Bahía entre otros) (13) son potenciales fuentes generadoras de altas aceleraciones. • La aceleración máxima registrada en el Ecuador es de 0.5g (Murphy) y 1.9g (Trifunac) para sismos con intensidades mayores a 11 MKS, que se registraron en Esmeraldas (1906), Riobamba (1797) y Reventador (1987). • Para la elaboración del mapa de Peligro Sísmico se consideró la relación de Murphy (1977) ya que los valores obtenidos se ajustan a los criterios unificados utilizados en aplicaciones ingenieriles. 17 • • • • • • La alta peligrosidad sísmica desarrollada en la zona costera del país se produce por la subducción de la Cordillera de Carnegie y los sistemas de fallas activas a lo largo de toda la costa La zona del arco volcánico presenta una peligrosidad sísmica alta a media para el Callejón Interandino y de media a baja para los límites de las Cordilleras. Hacia el sureste del Golfo de Guayaquil, peligrosidad sísmica de media a alta dominada por fallas con tendencia NE - SO. En este sector (que incluye parte de la Cuenca de AlamorLancones) se da un cambio en la dirección de los Andes; esto es, de NE (Ecuador) a NO (Perú) un rasgo estructural importante para el área es la falla Las Aradas con rumbo N-S. El estilo de subducción para esta parte de Sudamérica cambia, se refleja en la importante actividad sísmica registrada en los últimos años con valores altos de aceleración. Las áreas de mayor liberación de energía sísmica en la Zona Subandina están relacionadas a fallas en su mayor parte inversas. Según el modelo de subducción que caracteriza al país es una zona de tras arco sometida a deformaciones lo que explica la actividad sísmica observada (nido Puyo y sistema de fallas Santiago Upano Taisha). La tendencia NNE – SSO de las curvas de aceleración, las principales estructuras tectónicas en esa dirección entre otras características determinan el desplazamiento del bloque Andino en dirección NNE-SSO a lo largo de los sistemas de fallas principales del callejón interandino, movimiento relacionado también al proceso de subducción que afecta al país. Los resultados aquí presentados deben ser considerados como valores medios de aceleración esperada por lo que no se aplicarían para obras y lugares específicos sin estudios previos mas detallados. AGRADECIMIENTOS El presente trabajo fue posible realizarlo gracias a la colaboración del Ing. Patricio Ramón y Sr. José Egred, nuestro sincero agradecimiento por su tiempo y sugerencias. También gracias a los comentarios de Ing. Alexandra Alvarado e Ing. Alexander García, así como al Dr. Arturo Egüez por la supervisión y comentarios durante el desarrollo del proyecto. Por su apoyo desinteresado, muchas gracias a nuestros amigos del Instituto Geofísico y compañeros de la carrera. BIBLIOGRAFÍA 1. AMBRASEYS N. (1983) Notes on historical seismicity. Bulletin of Seismological Society of America. Vol 73,N° 6, pp. 1917 - 1920. 2. BONILLA L., RUIZ M. (1992) Evaluación del peligro sísmico en el Ecuador, Tesis de Grado EPN, 212p. 3. CERESIS (1985) Mapa de intensidades máximas de América del Sur. Vol 11 y 12.CERESIS, Lima Perú. 4. EGO F., SEBRIER M., LAVENU A., YEPES H., & EGUEZ A., (1996) Quaternary estate of stress in the Northern Andes and the restraining bend model for the Ecuadorian Andes. Tectonophysics, 259, pp. 101-136. 5. EGRED, J. (1999)(a) Catálogo Sísmico del Ecuador. Instituto Geofísico EPN, Quito. 6. EGRED, J. (1999)(b) Los terremotos y su incidencia en el Ecuador. Instituto Geofísico EPN, Quito. Inédito. 7. EGRED, J. (1999)(c) Terremoto de Riobamba 4 Febrero de 1797. Inédito. 8. GOMEZ, A. & SALCEDO, E (1987) Leyes de Atenuación de la intensidad macrosísmica en Colombia. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia sezione di Milano, via Bassini 15 – 18 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20133, Milano-Italia &Departamento de Geografía, Universidad del Valle. A. A. 25360. Ciudad Universitaria. Cali – Colombia. GRUNTHAL G. 2001 Macroseismic and Strong – Motion Parameters. International training Course on Seismology, Hazard assessment and Risk Mitigation; Antofagasta, Chile. HALL, M. (2000) Los terremotos del Ecuador del 5 de Marzo de 1987. LAVENU A. (1994) La Neotectónica. Ejemplos en el Ecuador; Estudios de Geografía, Vol 6, Corporación Editora Nacional – Colegio de Geógrafos del Ecuador. pp 5 – 30. LONSDALE P., (1978). Ecuadorian Subduction System. Bull. Am. Assoc. Pet. Geol. 62. pp 2454-2477. MUSSON R. (2001) Intensity and Intensity Scales. 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Peligro sísmico, espectros de diseño y requisitos de cálculo para diseño sismo resistente. SIGMA, Novena Edición. GLOSARIO Se presenta a continuación un glosario con los términos generales que se relacionan al desarrollo del presente trabajo: Distancia Epicentral.- Distancia entre el epicentro y un lugar determinado, por ejemplo una estación sismológica, una línea isosista, una ciudad, etc. Epicentro.- Es el lugar en la superficie terrestre que se encuentra perpendicularmente sobre el hipocentro. Por consiguiente, este parámetro se determina unicamente por las coordenadas, que son las mismas del hipocentro. Falla Geológica o Tectónica.- Zona de fractura en las rocas de la corteza, a lo lrgo de la cual se produce una dislocación o fractura de dos bloques adyacentes. Cuando se tiene evidencias históricas de generación de sismos y existe la probabilidad de que se originen nuevos eventos, se denomina falla activa. Hipocentro.- Es el lugar en el interior de la tierra, donde se origina la ruptura que genera el movimiento sísmico, (generalmente en una falla geológica). Se lo conoce también con el nombre de foco sísmico. Al hipocentro se lo define por coordenadas (latitud y longitud) y la profundidad del foco. Intensidad.- Es la medida de la fuerza del sismo, en función a la forma en que fue sentido por las personas o los efectos causados en los objetos, construcciones y/o la naturaleza . Isosistas.- De cada terremoto se realizan observaciones de intensidad, se trazan líneas que pasan aproximadamente por los lugares de igual intensidad a las cuales se les denomina isosistas. El gráfico obtenido de esta manera se conoce como mapa de isosistas el cual sirve para determinar la zona macrosísmica, la distribución de las intensidades y su forma de atenuación. Estos mapas son también el único medio para la determinación de los parámetros hipocentrales de los terremotos históricos (época pre-instrumental), tales como ubicación del epicentro, profundidad, magnitud, etc. Obvia- 19 mente los valores son aproximados, pues se obtienen con fórmulas empíricas Magnitud.- Este parámetro sísmico índica el tamaño de los sismos. Es una medida cuantitativa de la fuerza de un sismo, relacionada con la cantidad de energía liberada en su foco sísmico. Peligro Sísmico.- (también amenaza sísmica) Es la posibilidad de que ocurra un sismo en una zona o región determinada. Se expresa en términos de probabilidad de ocurrencia de un sismo de una intensidad (magnitud o aceleración) determinada, en un número de años dado. En la cuantificación del peligro sísmico de una región, se toman en cuenta también los posibles fenómenos asociados que causa el movimiento. Riesgo Sísmico.- Estimación de las probables consecuencias sociales y económicas que puede causar un sismo en una zona y espacio de tiempo determinados, en concordancia con el peligro sísmico. Por ejemplo: víctimas, pérdidas materiales, etc. El nivel del riesgo sísmico de un lugar depende en primer lugar, del mayor terremoto probable esperado y en segundo lugar, de factores tales como: la cantidad de asentamientos humanos de la zona, la vulnerabilidad o calidad de las construcciones, la densidad de población, el nivel de preparación de la población en prevención. Sismicidad.- Parámetro que describe las características sísmicas de una zona, lo cual involucra la frecuencia con que se presentan los eventos sísmicos, sus intensidades, magnitudes, aceleraciones, distribución geográfica, profundidad, tipos de efectos, etc. Sismo.- (seismo: del griego “seiein” = mover ) es cualquier vibración o movimiento del terreno sea este de origen natural o artificial. Tradicionalmente se lo conoce como temblor a un movimiento telúrico sentido que no causa daños, mientras que, se denomina terremoto a un sismo destructivo al cual el lenguaje tectónico se lo denomina macrosismo. A los pequeños movimientos que solo son sensibles a los instrumentos sismológicos y no a personas, se los denomina microsismos.