Aiming at recognizing the prints in the most recent sedimentary record due to earthquakes, able to develop liquefaction and fluidization in sediments (magnitude equal to or more than 5), we have studied eight boreholes, each about 40 m long, located in the Low Segura basin (Alicante, Spain). We have recognized disturbances due to the own boring activity as well as others due to bioturbation, thixotropy in clayey levels and to what, in our opinion, is the effect of seismic shocks (microfaults, distorted lamination and fluid scape structures)

Alfaro García, Pedro

Doménech Morante, César

Estévez Rubio, Antonio

Soria Mingorance, Jesús Miguel

Repositorio Institucional de la Universidad de Alicante

GEOGACETA, 17, 1995 Estructuras de deformación en sedimentos del Cuaternario reciente de la cuenca del Bajo Segura. (Alicante). Discusión sobre su posible origen sísmico. Deformation structures in late Quaternary sediments from the low Segura basin (Alicante). A discussion about their seismic origin. P. Alfare (*), C. Demenech (**), A. Estévez (*) y J. M. Seria (*) (*) Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente (Universidad de Alicante). Apartado 99, Alicante. (**) Instituto Técnico de la Construcción. Pro!. Avda. Elche, 164 (Alicante) Introducción ABSTRACT Aiming at recognizing the prints in the most recent sedimentary record due to earthquakes, able to develop liquefaction and fluidization in sediments (magnitude equal to ar more than 5), we have studied eight boreholes, each about 40 m long, located in the Low Segura basin (Alicante, Spain). We have recognized disturbances dueto the own boring activity, as well as others dueto bioturbation, thixotropy in clayey levels and to what, in our opinion, is the effect o/ seismic shocks (microfaults, distorted lamination and fluid scape structures). Key words: paleoseismicity, seismites, active tectonics, Quaternary, Betic Cordillera, Alicante. Ceogaceta, 77 (7995), 97-94 /SSN:02 7 3683X Habitualmente, los terremotos quedan registrados en el sedimento por una serie de estructuras de def01mación que son de-nominadas sismitas (Seilacher, 1969). En la mayoría de sismitas la deformación está originada por procesos de licuefacción-fluidificación (Anand & Jain, 1987; Gui-raud & Plaziat, 1993; Obermeier et al., 1993). ~ Zonas Externas p.~\:.º :-i\:.v,.V- - Zonas Internas ~\:.o\ D Neógeno y Cuaternario i,:\\)j Olistostromas El objetivo del presente trabajo es reco-nocer los registros de licuefacción-fluidi-ficación generados por te1remotos de gran magnitud en sedimentos no consolidados del Cuatemario reciente de la Cuenca del Bajo Segura. El método habitual en este tipo de estudios es la observación de talu-des o trincheras artificiales. Para el caso del área estudiada, este método resulta invia-ble tanto por la poca profundidad del nivel freático actual, como por la existencia de niveles superficiales de arena que colapsan con gran facilidad. Por ello se ha intentado el reconocimiento de estas estructuras de deformación en varios sondeos, metodolo-gía que aporta resultados significativos, pero que presenta una serie de limitaciones que serán discutidas en los párrafos si-guientes. 1· ~ ~ · ORIHUELA - Macizo Ibérico Elfil] Unidades del Campo de Gibraltar -9-S-1 • CATRAL -9-S-2 -9"S-'5 • DOLORES -<>-s-4 AL~ORAO',,_ \ Y5·5 S-6 7 S· \ ' •·· .... ) •, Fig.1.- Contexto geológico general y localización de los sondeos. Fig. J.- Geological setting aml Localizatio11 of horelwles. a: t 91 GEOGACETA, 17, 1995 o 1 -1.. 2 3 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 S-1 S-2 S-3 S-4 S-5 S-6 S-7 S-8 LEYENDA -1.. Nivel freático Estructuras de deformación interpretadas como sismitas Suelo agrícola Grava Arena y arena limosa Limo arenoso Limo arcilloso y arcilla limosa Fig. 2.- Litología de los sedimentos del Cuaternario reciente de la cuenca del Bajo Segura btenida a partir de los testigos de sondeo. Localización de las deformaciones interpretadas como sismitas. Fig. 2 .- Logs of late Quatema,y sediments from the Low Segura basin, obtai11ed from the drilling cores. Situation of deformation structures, i11terpreted as seismites, is sltow11 a/011g co/umns. Localización y contexto geológico Se han estudiado ocho sondeos de 40 m de profundidad media, distribuidos en una alineación transversal al eje de la Cuenca del Bajo Segura (Figs. 1 y 2). Los materiales cortados pertenecen a la unidad estratigráfica más reciente que rellena la Cuenca, constituida funda-mentalmente por sedimentos arenosos, limosos y arcillosos de edad Holoceno y Pleistoceno superior. La Cuenca del Bajo Segura está situada en el extremo oriental de la Cordillera Bética, en el lí-mite entre las Zonas Externas y las Zo-nas Internas. Durante el Neógeno y Cua-ternario ha registrado una intensa acti-vidad tectónica, que se manifiesta por la aparición de numerosas estructuras de deformación en el registro sedimenta-rio. Entre las estructuras sismogenéticas del área de estudio destacan el accidente del Bajo Segura (NNE-SSW) y el siste-ma de San Miguel de Salinas (NW-SE) (Montenat, 1990). 92 Resultados Han sido reconocidos tres tipos de es-tructuras de deformación que pueden inter-pretarse como sismitas: Microf allas: pequeñas fracturas norma-les y verticales de salto milimetrico que configuran una densa red, formando siste-mas conjugados y sellados por niveles su-prayacentes (Fig. 3a). Aparecen en sedi-mentos con alternancia de limos y limos arenosos. Varios autores han interpretado este tipo de estructuras en relación con sa-cudidas sísmicas (Seilacher, 1969; Plaziat et al., 1990; Vachard et al., 1987; Monte-na~ 1993, etc.). Laminación distorsionada: deforma-ciones de morfología irregular que alteran intensamente la laminación primaria del sedimento, y que están selladas a techo y muro por niveles no deformados (Fig.3b ). Se han reconocido en sedimentos limo-arenosos. Algunos casos de lamina-ción distorsionada se identifican con es-tructuras tipo convolute, en especial cuan-do la deformación se incrementa hacia el techo y no se definen vergencias en algún sentido. Estas estructuras se relacionan ge-néticamente con procesos de licuefacción y fluidificación (Lowe, 1975), desencade-nados en la mayoría de las ocasiones por terremotos de gran magnitud. Diques o Pilares (Pillar~): estructuras de escape de sedimento limo-arenoso li-cuefactado-tluidificado que corta la lami-nación original de los niveles suprayacen-tes. Es posible observarlos en varios esta-di os de evolución, desde el inicial caracterizado por una intrusión incipiente, hasta el de máximo desarrollo, en el que cortan por completo el nivel arenoso supe-rior. Asociados a estos diques aparecen ejemplos de laminación distorsionada o convolutes (Fig. 3c ), que llegan incluso a desarrollar morfologías en "champiñón". Este tipo de estructuras son bastante fre-cuentes entre las sismitas (Hempton & Dewey, 1983). Con el propósito de comprobar la sus-ceptibilidad a la licuefacción sísmica de los sedimentos en los que han sido descri-tas estas defonnaciones, se han realizado los siguientes análisis: (1) Determinación del tamaño de gra-no: los análisis granulométricos (más de 120 con un intervalo de muestreo de 2 m a lo largo de los diferentes sondeos) mues-tran tres clases granulométricas principa-les, una de las cuales presenta una alta sus-ceptibilidad a la licuefacción sísmica (are-na y arena limosa). La clase intermedia (limo arenoso) también puede desarrollar procesos de licuefacción (Fig. 4). (2) Saturación acuosa original: a partir del análisis de las facies se deduce que los sedimentos deformados se depositaron en ambientes de marisma y de llanura de inundación fluvial. Los frecuentes indicios de hidromorfia indican un estado saturado de los sedimentos, bajo un nivel freático superficial o subsuperficial. (3) Estado de consolidación del sedi-Bs~~, 16 e Fig. 3.- Estructuras de defor-mación interpretadas como sis mitas. Fig. 3.- Deformatio11 structures i11te1preted as seismites. mento: los más de 50 ensayos de penetra-ción dinámica (SPT) realizados muestran unos valores muy bajos de N (número de golpes), frecuentemente menores que 15 . en los 20 primeros m de ensayo, lo que in-dica un estado poco o nada consolidado del sedimento (Fig. 5). Discusión Entre todas las estructuras de defonna-ción estudiadas han sido reconocidas algu-nas debidas a la propia perforación del son-deo, otras debidas a bioturbación, fenóme-nos tixotrópicos en niveles arcillosos y también otras que en nuestra opinión son debidas al efecto de sacudidas sísmicas (microfallas, micropliegues, estructuras de escape ... ). La interpretación de estas es-tructuras sedimentarias de deformación como sismitas se ha basado en los siguien-tes criterios: (1) las estructuras de deformación se encuentran limitadas a techo y a muro por horizontes no deformados. (2) los sondeos se han realizado en un área tectónicamente activa puesta de manifiesto por otros criterios geo-lógicos (Montenat, 1977; López Ca-sado et al., 1987). Existen referencias históricas de licuefacción durante el terremoto de Torrevieja de 1829 (Ló-pez Mariñas, 1976). (3) alta susceptibilidad a la licue-facción sísmica de los sedimentos de-formados, debido a que presentan las siguientes propiedades mecánicas: - sedimentos no consolidados - estado original del sedimento sa-turado - granulometría limo-arenosa ( 4) presencia de sismitas idénticas a las aquí descritas en ambientes sedimentarios similares (Sims, 1975; Hempton & Dewey, 1983; Plaziat et al., 1990, etc.). (5) reproducción experimental de las mismas estructuras en laboratorio (Kuenen, 1958). A pesar de lo expuesto, consideramos que la identificación de sismitas a partir de sondeos presenta algunas limitaciones. La principal de ellas se debe al escaso domi-nio de observación que impide reconocer estructuras de mediano o gran tamaño, así como su desarrollo lateral. TAMAÑO DE GRANO (mn) 1.000 0.100 0.010 ~ 100 ! 90 ...J w 80 ~ f 70 w 60 - - - - - ------a 50 ~ 40 11 1 1 1 1 - ·- - - - -1 -1 -1-1- + - 1-w I 1 1 1 1 1 - 30 (.) 3 1 1 1 1 1 20 c.. 1 1 1 1 1 ~ 10 1 1 1 1 1 1 1 ~ o 1 1 ! 1 1 1 1 Fig. 4.- Curvas granulométricas. Fig. 4.- Grmrnlometric curves. GEOGACETA, 17, 1995 Conclusiones En el Cuaternario reciente de la Cuenca del Bajo Segura han sido reconocidos va-rios niveles de sismitas. Estas se atribuyen a tenemotos de magnitud superior o igual a 5 (Seed & Idriss, 1982), que desencade-nan procesos de licuefacción y fluidifica-ción del sedimento. Entre los diferentes ti-pos de estructuras de defo1Tnación obser-vados destacan: microfallas, distorsiones de la laminación (convolutes) y estructuras de escape. Agradecimientos Este trabajo ha sido financiado por la C.I.C.Y.T. con el proyecto AMB92-0531. Queremos dar las gra-cias a C.O.P.U.T. e l.T.C. por su cola-boración. Nuestro especial agradeci-miento a José Delgado por sus suge-rencias y comentarios valiosos que han ayudado a mejorar el presente tra-bajo, y a Lucién Macone por su labo-riosa ayuda en las tareas de laborato-rio. 0.001 i o 10 o ~ 20 o 30 -m 40 ª 50 ~ 60 z -70 8 "tJ 80 ~ 90 m r-100 i Ñ 93 GEOGACETA, 17, 1995 o • • -.: • • -4 • . • I Cl -8 - . ..... • . --¡!§ • • • o z ::::, u.. ~ -12 Q. i-.-.. - -♦- • • • lo • • • •.J. ~ 9--: --. • • • -16 • • • • • • e---~ -• -20 • o 20 40 60 SPT(N) Fig. 5.- Ensayos de penetración dinámica (SPT). Fig. 5.- Results ofthe dy11a111ic pe11etratio11 tests (SPT) 94 Referencias Anand, A. & Jain, A.K. (1987) Tectonophysics, 133, 105-120 . Guiraud, M. & Plaziat, J. C. (1993) Tectonophysics, 225, 493-522. Hempton, M. R. & Dewey, J. F. (1983) Tectonophysics, 98, T7-Tl4. Kuenen (1958) Trans. geo/. Soc. G/as-gow, 23, 1-28. López-Casado, C., Estévez, A.; Pina, J. A. y Sanz de Galdeano, C. (1987) Mediterránea, Se,: Est. Geol., N° 6, 5-39 . López-Mariñas, J. M. (1976) El sis-mo del 21 de marzo de 1829, Ma-drid. Lowe, D. R. (1975) Sedimentology, 23, 285-308, so Montenat, C. ( 1977) Docum. Lab. Géol. Fac. Sci. Lyon, 69, 345 p. Montenat, C. (1990) Doc. et Trav. IGAL, nº 12-13, 313-368. Montenat, C. (1993) Geochronique, 46, 15-17. Obermeier, S. F., Martin, J. R., Frankel, A. D., Youd, T. L., Mun-son, P. J., Munson, C. A. & Pond, E. C. (1993) U. S. Geol. Survey Prof Paper, 1536, 27 p. Plaziat, J. C., Purser, B. H. & Philo-bos, E. (1990) Bull. Soc. géo/. France, (8), t. VI, nº 3, pp. 419-434. Seed, H. B. & Idriss, I. M. ( 1982) Earthquake Engineering Research lnstitute, Berkeley, California, U.S.A. Seilacher, A. ( 1969) Sedimentology, 13, 155-159. Sims, J. D. (1975) Tectonophysics, 29, 141-152. Vachard, D., Barrier, P., Montenat, C. et Ott d 'Estevou, P. (1987) Doc. et Trav. !GAL, 11, 127-141. 

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Deformation structures in late Quaternary sediments from the Low Segura basin (Alicante). A discussion about their seismic origin

http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/132595/3/Alfaro_etal_1995_Geogaceta.pdf

Deformation structures in late Quaternary sediments from the Low Segura basin (Alicante). A discussion about their seismic origin

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