The 1999-2000 seismic experiment of Macas swarm (Ecuador) in relation with rift inversion in Subandean foothills

International audienceWe propose to explain the origin of the double trend in seismicity of the Macas swarm in the Subandean Cordillera of Cutucú (Ecuador) and characterize the corresponding active deformation of that region. For that purpose, seismological and geological data have been used, with the deployment of a temporary seismological array, with geological field observations and image processing. We found that some earthquakes are aligned on a well known NNE SSW trend corresponding to the orientation of the nodal planes of the reverse focal mechanism of the Mw=7.0 1995 Macas earthquake as for its aftershocks. Nevertheless, many smaller events are aligned on an unexpected NNW SSE trend inside the Cutucú Cordillera. We interpret these two orientations of the Macas swarm as linked to Subandean basement thrusts inherited from the inversion tectonics of a NNE SSW trending Triassic Jurassic rift, which has been uplifted and partly extruded in the Cutucú Cordillera. The present partitioning of this part of the Subandean deformation is controlled by pre-existing NNE SSW to NNW SSE Triassic Jurassic normal faults that have been subsequently compressed transpressed and reactivated into reverse faults. Major boundary faults of the rift were NNE SSW oriented and correspond now to some main Subandean thrusts as confirms the focal mechanism of the 1995 main shock located on the eastern border (Morona frontal thrust) and the orientation of its aftershocks. In the Cutucú Cordillera, the double orientation of present swarm can be interpreted as the result of accommodation of deformation along NNW SSE pre-existing faults inside the inverted rift system, linked to the motion of the Morona frontal NNE SSW thrust

Uplift of the Bolivian orocline coastal areas based on geomorphologic evolution of marine terraces and abrasion surfaces: preliminary results

The southern Pacific coast morphology and especially the presence of marine surfaces gives information on the dynamics of Andean forearc evolution from the Neogene. Along most of the Southern Peru and Northern Chilean coasts, discontinuous uplifts are recorded by marine terraces and marine abrasion surfaces; they have thus, preserved a record of eustatic sea level changes and the uplift history of the coastal area in the Andean forearc. One approach to study the tectonic history of the Andean forearc is to identify its effects in marine sedimentation or erosion patterns along the coastal area. To investigate these processes, the Neogene marine formations are studied in various coastal sections either in southern Peru, at Chala (15°50'S) and Ilo (17°32'S-17°48'S), situated above a steep subduction segment and at San Juan de Marcona (15°20'S), situated above the southern part of the Nazca ridge; or in Chile, from Tongoy (30°15'S) to Los Vilos (31°55'S), situated above a flat subduction segment (Fig.1). We chose various sites from each branch of the Arica bend in order to sample possibly different time spans during the Neogene and different response of the continental plate to the subduction process. Various studies were already undertaken on such problems either in Peru or Chile but mainly leaded to the datation of the 5th isotopic stage. So, differential GPS and cosmogenic datations are pursued in order to propose robust ages on these sites and subtract the effects of eustatic sea-level changes from local curves, identifying tectonic uplifts

Caracterización de los procesos sísmicos y gravitacional sobre el deslizamiento de Maca (Colca)

El deslizamiento de Maca está ubicado en el poblado del mismo nombre, a orillas del río Colca en la región Arequipa al sur de Perú. En 1991, un sismo superficial (mb 5.4), con epicentro localizado a 8 km de la zona de estudio, reactivó el deslizamiento, provocando un hundimiento de la carretera, y causó la destrucción del sector oeste del pueblo. Los objetivos del estudio son evaluar los riesgos sísmicos y gravitacionales en el sector de Maca y alrededores. Para ello, se estudiará la respuesta del deslizamiento a los sismos y la interacción onda / estructura, para movimientos sísmicos moderados a fuertes. En este estudio presentamos medidas geodésicas y geofísicas que permitirán caracterizar el subsuelo y la cinemática del deslizamiento, mostrando las diferencias entre los sectores oeste y este. Especialmente, el subsuelo en la parte oeste del pueblo está conformado por material bien consolidado y saturado de agua. Las mediciones sugieren la influencia del subsuelo sobre los procesos sísmicos que sucedieron en 1991. Referente a la cinemática, los resultados de mediciones GPS muestran la influencia de la circulación del agua en la dinámica del deslizamiento, con desplazamientos en la parte oeste de 0.60 m/mes durante la época de lluvia, y de menos de 0.05 m/mes en época seca. La unión de las medidas geofísicas y geodésicas sugiere que la presencia de agua y del sismo es el origen del gran desplazamiento del deslizamiento durante el sismo de julio 1991, justo después la época de la lluvia

Interseismic coupling and seismic potential along the Central Andes subduction zone

We use about two decades of geodetic measurements to characterize interseismic strain build up along the Central Andes subduction zone from Lima, Peru, to Antofagasta, Chile. These measurements are modeled assuming a 3-plate model (Nazca, Andean sliver and South America Craton) and spatially varying interseismic coupling (ISC) on the Nazca megathrust interface. We also determine slip models of the 1996 M_w = 7.7 Nazca, the 2001 M_w = 8.4 Arequipa, the 2007 M_w = 8.0 Pisco and the M_w = 7.7 Tocopilla earthquakes. We find that the data require a highly heterogeneous ISC pattern and that, overall, areas with large seismic slip coincide with areas which remain locked in the interseismic period (with high ISC). Offshore Lima where the ISC is high, a M_w∼8.6–8.8 earthquake occurred in 1746. This area ruptured again in a sequence of four M_w∼8.0 earthquakes in 1940, 1966, 1974 and 2007 but these events released only a small fraction of the elastic strain which has built up since 1746 so that enough elastic strain might be available there to generate a M_w > 8.5 earthquake. The region where the Nazca ridge subducts appears to be mostly creeping aseismically in the interseismic period (low ISC) and seems to act as a permanent barrier as no large earthquake ruptured through it in the last 500 years. In southern Peru, ISC is relatively high and the deficit of moment accumulated since the M_w∼8.8 earthquake of 1868 is equivalent to a magnitude M_w∼8.4 earthquake. Two asperities separated by a subtle aseismic creeping patch are revealed there. This aseismic patch may arrest some rupture as happened during the 2001 Arequipa earthquake, but the larger earthquakes of 1604 and 1868 were able to rupture through it. In northern Chile, ISC is very high and the rupture of the 2007 Tocopilla earthquake has released only 4% of the elastic strain that has accumulated since 1877. The deficit of moment which has accumulated there is equivalent to a magnitude M_w∼8.7 earthquake. This study thus provides elements to assess the location, size and magnitude of future large megathurst earthquakes in the Central Andes subduction zone. Caveats of this study are that interseismic strain of the forearc is assumed time invariant and entirely elastic. Also a major source of uncertainty is due to fact that the available data place very little constraints on interseismic coupling at shallow depth near the trench, except offshore Lima where sea bottom geodetic measurements have been collected suggesting strong coupling

Evaluación y monitoreo de peligros geológicos en el distrito de Maca (Caylloma, Arequipa)

El pueblo de Maca y alrededores durante los últimos años viene siendo afectado de manera recurrente por procesos de movimientos en masa y actividad sísmica. Estos fenómenos están afectando viviendas, áreas de cultivos (andenes), canales y reservorios, así como infraestructura vial vital para el desplazamiento de la población local y la actividad turística. El Instituto Geológico Minero y Metalúrgico (INGEMMET) y el Instituto de Investigación Para el Desarrollo de Francia (IRD), vienen realizando en Maca, estudios geológicos, geofísicos e hidrogeológicos, la evaluación y zonificación de los peligros geológicos y el monitoreo instrumental de estos fenómenos. Presentamos en este estudio el mapa geológico a nivel de detalle de Maca, el mapa geomorfológicos y de procesos activos, el mapa hidrogeológico, el mapa de susceptibilidad a movimientos en masa y un mapa con recomendaciones de propuestas de intervención. Los movimientos en masa que ocurren en Maca tienen lugar en depósitos de avalanchas de rocas volcánicas y depósitos lacustres (limoarcillitas y diatomitas). Todos estos depósitos son poco compactos o no consolidados y son un factor condicionante para los deslizamientos, asentamientos de terreno y agrietamientos. El monitoreo geodésico muestra que el sector occidental, donde se encuentran los deslizamientos activos, presenta desplazamientos importantes, de hasta 12.5 m en los últimos 12 años. En este mismo periodo, se ha identificado que los movimientos en los deslizamientos son mayores durante los años de mayor precipitación, como los registrados el 2001-2002 y 2011-2012. En los años de mayor deformación, se puede encontrar movimientos de la carretera de 5-6 m/año en la horizontal, mientras que en los años de poca deformación, los movimientos no alcanzan más de 0.1-0.2 cm/año. En función de las mediciones realizadas, se ha identificado que el detonante principal son las lluvias y en segundo término la actividad sísmica superficial de la región. El monitoreo geodésico muestra que la zona donde se encuentra el pueblo de Maca, no presenta desplazamientos importantes, que es una zona estable. Sin embargo los estudios geofísicos muestran que todo el pueblo se asienta sobre una capa superficial de depósitos lacustres, poco consolidados y saturados de agua, de aproximadamente 6-8 m de espesor. Esta estructura del sub-suelo genera efectos de sitio durante la ocurrencia de sismos, como ya ha sido comprobado en los sismos de 1991, 1992 y 2013, demostrando la gran vulnerabilidad de las viviendas frente a los sismos. En base a los resultados de los trabajos realizados, pensamos que la medida más efectiva para reducir el riesgo de desastre en Maca, es la implementación de la reubicación definitiva de dicha localidad. Para ello sugerimos que sean revisadas las acciones de reubicación parcial que fueron implementados en el pasado y que no fueron efectivas, debido a que parte de la población retornó a sus viviendas anteriores. Para evitar experiencias similares recomendamos que esta zona sea declarada como “Reserva Natural” y zona intangible, destinada a convertirse en un laboratorio natural para la investigación de los peligros geológicos. Finalmente, debido a que en la zona de Maca se tiene la carretera de acceso al valle del Colca, el canal de irrigación del proyecto Majes-Sihuas, así como los sistemas de andenes pre-hispánicos, que deben ser preservados, recomendamos propuestas de intervención para mitigar los efectos de los movimientos en masa. Las propuestas de intervención más resaltantes están orientadas a drenar el agua subterránea, impermeabilizar y realizar el mantenimiento periódico de la totalidad de canales de riego y reservorios de irrigación, refaccionar e impermeabilizar los sistemas de drenaje antiguos que poseen los sistemas de andenería, implementar eficientes sistemas de riego de las áreas de cultivo, preferentemente por goteo, reubicar el tramo de la carretera que pasa por Maca hacia el extremo sur del pueblo, y reforestar el cuerpo del deslizamiento y áreas adyacentes, con plantas nativas