This paper presents preliminary results of a palaeoseismic study of the Granada Fault, a NW‐SE active normal fault that produces a Plio‐Quaternary throw of 300 m. According to these data, slip rate has been estimated in 0.38 mm/y (Sanz de Galdeano et al., 2003). Several palaeosols, Pleistocene in age, have been affected by this fault. Three different events can be recognized from the accumulative throw. The vertical slip per event ranges from 5 to 7 cm. Following the empirical relationship between moment magnitude and average displacement proposed by Wells and Coppersmith (1994), a magnitude between 5.9 and 6.0 can be preliminary assessed for these events. The palaeosols

were sampled and dated using the thermoluminiscence method to constrain these estimates

Azañón, J.M.

García Mayordomo, Julián

Insúa Arévalo, Juan Miguel

Rodríguez Peces, Martín Jesús

This paper presents preliminary results of a palaeoseismic study of the Granada Fault, a NW‐SE active normal fault that produces a Plio‐Quaternary throw of 300 m. According to these data, slip rate has been estimated in 0.38 mm/y (Sanz de Galdeano et al., 2003). Several palaeosols, Pleistocene in age, have been affected by this fault. Three different events can be recognized from the accumulative throw. The vertical slip per event ranges from 5 to 7 cm. Following the empirical relationship between moment magnitude and average displacement proposed by Wells and Coppersmith (1994), a magnitude between 5.9 and 6.0 can be preliminary assessed for these events. The palaeosols
were sampled and dated using the thermoluminiscence method to constrain these estimates.Depto. de Geodinámica, Estratigrafía y PaleontologíaFac. de Ciencias GeológicasTRUEpu

Docta Complutense

1st INQUA‐IGCP‐567 International Workshop on Earthquake Archaeology and Palaeoseismology  5  PALAEOSEISMOLOGICAL FEATURES OF THE GRANADA FAULT   J.M. Azañón (1, 2), J. García‐Mayordomo (3), J.M. Insua‐Arévalo (4) and M.J. Rodríguez‐Peces (2)     (1) Dpto. de Geodinámica, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada. C/Fuentenueva, s/n. 18002‐Granada. SPAIN. jazanon@ugr.es, marpeces@ugr.es (2) Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, CSIC‐Universidad de Granada. (3) Instituto Geológico y Minero de España (IGME). C/La Calera, 1. 28760‐Tres Cantos (Madrid). SPAIN. julian.garcia@igme.es (4) Dpto. Geodinámica, Facultad de Ciencias Geológicas, Universidad Complutense de Madrid. 28040‐Madrid. SPAIN. insuarev@geo.ucm.es    Abstract: This paper presents preliminary results of a palaeoseismic study of the Granada Fault, a NW‐SE active normal fault that produces a Plio‐Quaternary throw of 300 m. According to these data, slip rate has been estimated in 0.38 mm/y (Sanz de Galdeano et al., 2003). Several palaeosols, Pleistocene  in age, have been affected by this fault. Three different events can be recognized from the accumulative throw. The vertical slip per event  ranges  from 5  to 7 cm. Following  the empirical  relationship between moment magnitude and average displacement proposed by Wells and Coppersmith (1994), a magnitude between 5.9 and 6.0 can be preliminary assessed for these events. The palaeosols were sampled and dated using the thermoluminiscence method to constrain these estimates.  Key words: Palaeoseismicity, slip ranges, seismic hazard, Central Betics   ACTIVE FAULTS IN THE GRANADA TOWN  The  present‐day  relief  of  the  margins  of  the  Granada depression is strongly conditioned by the activity of some faults,  together  with  the  incision  produced  by  several rivers  that drain  the area. The  faults produce  large steps in the relief (Fig. 1). The most important topographic step corresponds  to  the  faults bounding  the basement of  the basin;  these  faults  are  characterised  by  metre‐  to hectometre‐scale  scarps with  associated  slicken‐surfaces and  striations;  the  footwalls  of  these  faults  are  uplifted blocks  with  strong  relief  and  deeply  incised  by  rivers. Several  steps  are  found  between  the  flat  area  of  the Granada  basin  and  the  ranges  where  the  basement outcrops,  which  could  represent  fault  scarps  variably degraded  by  erosion  of  the  soft  sediments.  These  steps show  NW‐SE  orientations,  in  accordance  with  the orientation of the majority of the normal faults mapped in the margin of the basin (Fig. 2).  Fig. 1: Topographic steps produced by the NW‐SE normal faults.  The  seismic  activity  in  the  Granada  depression  is  high, with  a  large number of  earthquakes,  all of  them with  a moderate  to  low magnitude  (mb 5.5)  (De Miguel et al., 1989).  The  seismicity  has  its  origin  mostly  at  depths between 5 and 17 km (Morales et al., 1997; Serrano et al., 2002)  and  the  focal mechanisms  indicate  a  present‐day stress state dominated by a NE‐SW extensional axis. This extensional  stress  field  coincides  with  palaeo‐stress determinations  from  Tortonian  and  younger  sediments, and  is  perfectly  compatible with NW‐SE  striking  normal faults and NE‐SW directed extensional transport (Galindo‐Zaldívar et al., 1999; Martínez‐Martínez et al., 2002).     Fig. 2: NW‐SE normal faults outcropping in the northeastern border of the Granada basin near the Granada city. The red square shows the location of the fault shown in Fig. 3.  Taking into account the length of the seismic faults in the area  (approximately  17  km)  the  "realistic"  maximum 1st INQUA‐IGCP‐567 International Workshop on Earthquake Archaeology and Palaeoseismology  6 magnitude of an earthquake would be 5.1  (De Miguel et al., 1989; Peláez Montilla et al., 2002). An earthquake of this  magnitude  at  depths  of  5  km  would  produce maximum vertical displacements of 3 mm  in  the vertical of its focus (Peláez Montilla et al., 2002).  A detailed study about the longitude and segmentation of the NW‐SE  active  faults  outcropping  in  the  surrounding areas  of  the  Granada  Town  is  critical  to  evaluate  the seismic hazard in this place. In a previous analysis, Sanz de Galdeano et al., 2003 attributed a maximum longitude to the  Granada  fault  of  17  km.  However,  deformation induced by the Granada fault is distributed in a wide area of  several kilometres.  In  this area,  it  can be appreciated that  the  fault  is  segmented  in  multiple  discontinuous planes. By  instance,  in the Alhambra hill and surrounding areas, the outcropping rocks are affected by several faults with  centimetre  throws.  The  lateral  continuity  of  these faults is less than 10 km.  PALAEOSEISMOLOGICAL ASSESSMENT  The seismic capability of the NW‐SE faults of the Granada City  is  assessed  studying  one  of  these  faults  affecting several paleosoils. The studied fault has been located in a vertical urban  talus at  the  suburb of Granada  (UTM30N: X‐445083; Y‐4117927).  The fault, with strike N125ºE and dipping 86º southwards, affects  some  horizontal  levels  of  silty  sand  that  present pedogenic development  (Fig. 2). The dark horizons have been  taking  as  markers  to  estimate  the  accumulative displacement of  the  fault. We  took  into account  the  top and  the  bottom  of  these  dark  horizons  because  their diffuse limits. In addition, we took three samples (Table 1) for  thermoluminescence dating  (TL)  in order  to estimate some recurrence of the seismic events and the slip rate of the  fault.  The  result  of  the  accumulative  slip,  coseismic slip and mean  coseismic  slip of  the  fault  is presented  in the Table 2.  Table 1: TL dating  Sample  Age (ka BP) X (UTM30N) Y (UTM30N) TL‐4  > 150  445083  4117927 TL‐5  > 150  445083  4117927 TL‐6  > 80  445083  4117927  With such a mean coseismic slip of 5.86 cm within a range of 4.8 to 7.0 cm, this fault would be capable to generate events with magnitude 5.9‐6.0 following the relationships between moment magnitude  and  average  displacement of  Wells  and  Coppersmith  (1994).  The  accumulative displacement  remaining of 50.0  cm of  the  level D might be  generated  by  8‐9  events  considering  the  mean coseismic slip. Unfortunately, the ages of the samples TL‐4, TL‐5 and TL‐6 are all beyond the age range of the dating technique  that  is  150  ka.  In  any  case we  can  estimate some extreme values of recurrence period and slip rate of the  fault.  In  this way,  considering  the youngest material affected by the fault  (Level D)  like older than 150 ka, we estimate a seismic recurrence period longer than 16.7 ka. On  the  other  hand,  the  slip  rate  of  the  fault  should  be considered as a maximum value of 0.003 mm/y, which  is remarkable lower than that given by Sanz de Galdeano et al.  (2003)  as  0.38 mm/y  in  these  faults  since  the mid‐ Pleistocene  (800 ka). The difference of  these  two values should be understood as a distribution of the deformation in a complex set of faults that  limit the Granada Basin at this edge. Nevertheless, we can not discard a deceleration of the rate during the Upper Pleistocene.  Table 2: Coseismic slip and mean coseismic slip of the fault  Level Accumulative slip (cm) Coseismic slip (cm) D  50.0       5.8 C  55.8       7.0 B  62.8       4.8 A  67.6     Mean coseismic slip (cm)  5.86   IMPLICATIONS IN SEISMIC HAZARD  Sanz  de  Galdeano  et  al.  (2003)  assessed  the  seismic potential of  the Granada Fault. They estimated a 6.3‐6.6 maximum  moment  magnitude  (Mw),  and  a  recurrence time  of  less  than  510  years  for  a Mw=6.0  earthquake. Recurrence  time was  obtained  using  a  0.38 mm/yr  slip rate, which  results  from considering 300 m accumulated vertical  offset  since  the  mid‐Pleistocene  (800  ka). According  to  these  data,  the  authors  classified  the Granada  Fault  as  the  most  active  one  in  the  whole Granada Basin. Even  though  their observations  could be regarded  as  very  interesting  at  the  time  they  were produced,  the  absence  of  absolute  dating  and  precise measurements  of  coseismic  deformation,  makes  their conclusions very arguable.  According  to  the  results  obtained  in  our palaeoseismological analysis, the interest in modelling the Granada Fault as a particular  seismogenic  source  is very limited.  A  Mw=6.0  maximum  magnitude  does  not represent a particular  large  value  in  the  tectonic and/or historical  seismicity  context  in  the  Granada  Basin. Furthermore,  a minimum mean  recurrence  time of  16.7 ka means  a  very  low  frequency when  compared  to  the extrapolation  of  the  Gutenberg‐Richter  law  of  the  area (~100 years in Morales et al., 1996).  Nevertheless,  these  results  agree  with  a  model  of distributed deformation at this border of the Granada Basin. In this model, the Granada Fault represents a shear band composed of multiple  small  faults,  in  contrast  to a single  large  fault  which  accumulates  most  of  the deformation.  In  this  context,  elastic  energy  is  released preferentially by small earthquakes and, exceptionally, by moderate size ones (Mw máx≈6.0).  DISCUSSION AND CONCLUSION  According  to  the  palaeoseismological  results  obtained from  TL  dating  and  direct  measurement  of  coseismic deformation,  we  regard  the  seismic  hazard  of  the Granada Fault preliminary as  low. However, these results shall be confirmed in following studies. Our study remarks 1st INQUA‐IGCP‐567 International Workshop on Earthquake Archaeology and Palaeoseismology  7 the  importance of performing absolute dating and direct measurement  of  coseismic  deformation  in  recent sediments  (Upper  Pleistocene,  at  least)  in  order  to evaluate properly  the current activity and, subsequently, the seismic hazard of particular faults. In this context, the actual activity of many faults in the Granada Basin –which have  been  assessed  based  on  Plio‐Quaternary  markers (ca.  5  Ma),  could  be  much  lower  than  it  is  currently believed.  Finally,  the  Granada  Fault  is  capable  of  producing earthquakes  as  large  as  6.0  (±0.3).  Whether  these earthquakes  will  be  catastrophic  or  not  depends much more  on  the  observance  of  seismic  code  provisions  by builders and on Civil Protection Plans, rather than on the seismic potential of the Granada Fault. If we consider the rupture  of  the  total  length  of  this  fault  (<10  km),  the maximum  magnitude  estimated  with  the  relationships between moment magnitude and surface  rupture  length of Wells and Coppersmith (1994) would be between 6.1‐6.2. This magnitude is quite similar to that obtained in our paleoseismological  assessment  attending  to  the  average displacement  (Mw=5.9‐6.0).  This  value  is  much  higher than  that  given  by  De  Miguel  et  al.  (1989)  or  Peláez Montilla  et  al.  (2002)  as  the  "realistic"  maximum magnitude of 5.1.  Acknowledgements:  This  study was  supported  by  the  research project  TOPOIBERIA CONSOLIDER‐INGENIO2010 CSD2006‐00041 of  the Spanish Ministry of Science and  Innovation,  the  research project MMA083/2007  of  the  Spanish Ministry  of  Environment and  the  research  project  CGL2008‐03249/BTE  of  the  Spanish Ministry of Science and Innovation. References   De Miguel,  F.,  Vidal,  F.,  Alguacil,  G.,  and  Guirao,  J.M.  (1989). Spatial and energic trends of the microearthquakes activity  in the Central Betics. Geodinamica Acta, 3, 87‐94. Galindo‐Zaldívar, J., Jabaloy, A., Serrano, I., Morales, J., González Lodeiro,  F.,  and  Torcal,  F.  (1999).  Recent  and  present‐day stresses in the Granada Basin (Betic Cordilleras): example of a late Miocene  ‐ present‐day extensional basin  in a convergent plate boundary. Tectonics, 18, 686‐702. Martínez‐Martínez,  J.M.,  Soto,  J.I.,  Balanyá,  J.C.  (2002). Orthogonal folding of extensional detachments: structure and origin of the Sierra Nevada elongated dome (Betics, SE Spain). Tectonics, 21, 1‐20. Morales, J., Serrano, I., Vidal, F., and Torcal, F. (1997). The depth of  the  earthquake  activity  in  the  Central  Betics  (Southern Spain). Geophysical Research Letters, 24, 3289‐3292. Peláez  Montilla,  J.A.,  Gil,  A.J.,  Sanz  de  Galdeano,  C.,  and Rodríguez Caderot, G. (2002). Condicionantes en el diseño de una  red  geodésica  para  el  control  de  una  falla  normal: aplicación  a  la  falla  de  Granada.  Proceedings  of  the  3ª Asamblea  Hispano  Portuguesa  de  Geodesia  y  Geofísica. Valencia (Spain), 51‐55. Sanz de Galdeano, C., Peláez Montilla, J.A., and López Casado, C. (2003).  Seismic  potential  of  the  Main  Active  Faults  in  the Granada Basin (Southern Spain). Pure and Applied Geophysics, 160, 1537‐1556. Serrano, I., Zhao, D., and Morales, J. (2002). 3‐D crustal structure of the extensional Granada Basin  in the convergent boundary between the Eurasian and African plates. Tectonophysics, 344, 61‐79. Wells,  D.  L.  and  K.J.  Coppersmith  (1994).  New  empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture area, and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of America, 84(4), 974‐1002.                                                     Fig. 3: Palaeoseismological analysis of the Granada Fault. TL‐4 and TL‐6 are the selected points for thermoluminescence dating N 

English

Palaeoseismological features of the Granada fault

https://docta.ucm.es/bitstreams/59118e3a-b977-4a7e-a776-eb5606ca8553/download

Palaeoseismological features of the Granada fault

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Docta Complutense