The South Chilean subduction zone between 41_347 and 43.5_347S: seismicity, structure and state of stress [Elektronische Ressource] / von Dietrich Lange

Dietrich Lange

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• Publié par: universitat_potsdam
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 18
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

InstitutfurGeowissenschaften
Mathematisch-NaturwissenschaftlicheFakultät
UniversitätPotsdam
TheSouthChileanSubductionZone
◦ ◦between41 and43.5 S:
Seismicity,StructureandStateofStress
Dissertation
zurErlangungdesakademischenGrades
DoktorderNaturwissenschaften(Dr. rer. nat.)
inderWissenschaftsdisziplinGeophysik
eingereichtander
Mathematisch-NaturwissenschaftlichenFakultät
derUniversitätPotsdam
von
DietrichLange
Potsdam,Mai2008













































Online published at the
Institutional Repository of the Potsdam University:
http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2008/1894/
urn:nbn:de:kobv:517-opus-18948
[http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-18948] Abstract
While the northern and central part of the South American subduction zone has been in-
tensivelystudied,thesouthernparthasattractedlessattention,whichmaybeduetoitsdif-
ficult accessibilityand lowerseismicactivity. However, thesouthern part exhibitsstrong
seismicand tsunamogenicpotentialwiththeprominentexampleoftheM =9.5 May22,w
1960 Valdivia earthquake. In this study data from an amphibious seismic array (Project
TIPTEQ) is presented. The network reached from the trench to the active magmatic
arc incorporating the Island of Chiloé and the north-south trending Liquiñe-Ofqui fault
zone (LOFZ). 364 local events were observed in an 11-month period from November
2004 until October 2005. The observed seismicity allows to constrain for the first time
the current state of stress of the subducting plate and magmatic arc, as well as the local
seismicvelocitystructure.
ThedowngoingBenioffzone isreadily identifiableas an eastward dippingplanewith an
◦inclinationof∼30 . Mainseismicactivityoccurredpredominantlyinabeltparalleltothe
coast of Chiloé Island in a depth range of 12–30 km, which is presumably related to the
plate interface. The down-dip termination of abundant intermediate depth seismicity at
approximately 70 km depth seems to be related to the young age (and high temperature)
of the oceanic plate. A high-quality subset of events was inverted for a 2-D velocity
model. Thev modelresolvesthesedimentarybasinsandthedowngoingslab. Increasedp
velocities below the longitudinal valley and the eastern part of Chiloé Island suggest the
existenceofamantlebulge.
Apart from the events in the Benioff Zone, shallow crustal events were observed mainly
in different clusters along the magmatic arc. These crustal clusters of seismicity are re-
lated to the LOFZ, as well as to the volcanoes Chaitén, Michinmahuida and Corcovado.
Seismicactivityuptoamagnitudeof3.8M revealstherecentactivityofthefaultzone.w
FocalmechanismsfortheeventsalongtheLOFZwerecalculatedusingamomenttensor
inversionofamplitudespectraforbodywaveswhichmostlyyieldstrike-slipmechanisms
indicating a SW-NE striking of σ for the LOFZ. Focal mechanism stress inversion in-1
dicates a strike-slip regime along the arc and a thrust regime in the Benioff zone. The
observed deformation – which is also revealed by teleseismic observations – suggests a
confirmationfortheproposednorthwardmovementofaforearcsliveractingasadetached
continentalmicro-plate.
iZusammenfassung
DiestärkstenErdbebentretenanSubduktionszonenauf,soz.B.dasstärksteinstrumentell
jemals gemessene Erdbeben vom 22. Mai 1960 mit einer Magnitudevon 9,5M in Südw
Chile. In dieser Arbeit werden lokal gewonnene seismologische Daten aus dem zen-
tralen Bereich des 1960er-Bebens vorgestellt. Das seismologische Netzwerk umfasste
denchilenischenForearczwischenTiefseegrabenunddenvulkanischenBogenzwischen
◦ ◦41,5 –43,5 SundüberdecktesowohldieInselChiloéalsauch dieNord-Süd-streichende
Liquiñe-Ofqui Störungszone (LOFZ). Zwischen November 2004 und Oktober 2005
konnten 364 lokale Ereignisse registriert werden. Die gewonnen Aufzeichnungen er-
lauben Aussagen sowohl über das aktuelle Spannungsfeld im Forearc als auch über das
lokaleGeschwindigkeitsmodellunddieGeometriedersubduziertenBenioff-Zone.
Mit einer Auswahl von P- und S-Laufzeiten von gut lokalisierbaren Erdbeben wurden
ein Minimum 1-D Geschwindigkeitsmodell, Stationsresiduen und die Hypozentralpara-
meterinvertiert. DiesesGeschwindigkeitsmodelldientealsStartmodellfürdie2-DTomo-
graphie. Das 2-D v -Modell zeigt eine Zone erhöhter Geschwindigkeiten unterhalb desp
Längstals und des östlichen Bereiches der Insel Chiloé, die als Mantelaufwölbung in-
◦terpretiert werden kann. Die Benioff-Zone wird als eine mit∼30 ostwärts einfallende
Struktur abgebildet. Die seismische Hauptaktivität findet parallel zur Küste der Insel
ChiloéinTiefenzwischen12und30kmstatt;eshandeltsichumBeben,diewahrschein-
lich auf der Plattengrenzfläche stattfinden. In Tiefen über 70 km lässt die Seismizität
bereits stark nach, die tiefsten Beben wurden in 120 km Tiefe registriert. Die Abwesen-
heit tieferer Seismizität wird auf das junge Alter (und eine damit verbundene hohe Tem-
peratur)derozeanischenPlattezurückgeführt.
NebenderSeismizitätinderBenioff-Zonetretenflache,krustaleBebeninverschiedenen
Häufungen entlang des magmatischen Bogens auf. Diese Bereiche erhöhter Seismizität
sind räumlich mitder LOFZ und den VulkanenChaitén, Michinmahuidaund Corcovado
verknüpft. Beben bis zu einer Magnitudevon 3,8 M zeigen die gegenwärtige Aktivitätw
der LOFZ. Herdflächen entlang der LOFZ wurden aus Momententensor-Inversion an-
handvonAmplitudenspektrenvonRaumwellengewonnen. ErgebnisseeinerSpannungs-
feldinversionzeigen ein Blattverschiebungsregimefür den magmatischenBogen und ein
Überschiebungsregime für Beben in der Benioff-Zone auf. Die hier gemachten seismo-
logischen Beobachtungen, zusammen mit teleseismischen Erdbeben und geologischen
Befunden, unterstützen die Modellvorstellung eines sich nordwärts bewegenden konti-
nentalenForearc-BlocksfürSüdChile.
iiResumen
A diferencia de los ampliamente estudiados sectores septentrional y central de la Zona
de Subducción Chilena, la parte meridional ha recibido menos atención, posiblemente
debido a su inaccesibilidad y a una menor actividad sísmica. Sin embargo, este sector
meridionalpresentaunenormepotencialsismogénicoydegeneracióndetsunamis,como
lo confirma por ejemplo el terremotoM =9.5 de Valdivia en Mayo 22 de 1960. En estew
trabajo, se presentan datos de un red sísmica anfibia (Proyecto TIPTEQ), localizado en-
◦tre la fosa y el arco magmático activo entre 41.5 y 43.5 S, incluyendo la Isla de Chiloé
y, hacia el arco magmático, el sistema de fallas de Liquiñe-Ofqui (LOFZ). 364 even-
tos con magnitudes entre 0.5 y 5.1 fueron localizados en un periodo de 11 meses, desde
Noviembre de 2004 hasta Octubre de 2005. El patrón de sismicidad observado permite
por primera vez determinar el régimen actual de esfuerzos tanto en la placa subducente
como en el arco magmático, así como establecer la estructura local de las velocidades
sísmicasenestaregión. LosdatosobtenidosilustranclaramentelazonadeBenioffcomo
◦ ◦un plano con buzamiento entre 29 y 33 hacia el oriente. La principal actividad sís-
mica ocurre predominantemente a lo largo de un cinturón paralelo a la Isla de Chiloé,
a una profundidad de entre 12 y 30 km, probablemente relacionada con el límite entre
la placa oceánica y la corteza continental. A lo largo de esta zona, la desaparición de
la abundante sismicidad de profundidad intermedia a una profundidad de 70 km parece
estarrelacionadacon laedad juvenily laaltatemperaturadelaplacaoceánica. Unasub-
muestra de eventos de alta calidad se invirtiópara construirun modelo bidimensionalde
velocidades. ElmodeloresultantedelavelocidaddeondasP(v )sugierelaexistenciadep
un abombamiento del manto subyaciendo la parte oriental de la Isla de Chiloé. Además
de los eventos observados en la Zona de Benioff, eventos corticales más someros fueron
tambiénlocalizados. Estoseventosseobservaronprincipalmenteagrupadosen clustersa
lo largo del arco magmáticoy están relacionados principalmentecon el sistemade fallas
de Liquiné-Ofqui (LOFZ) y los volcanes de Chaitén, Michinmahuida y Corcovado. La
actividadsísmicaconmagnitudesdehasta3.8M reflejalaactividadrecientedelsistemaw
defallas. Solucióndemecanismosfocales para loseventosalo largo delaLOFZ secal-
culópormediodeinversióndeltensordel momentosísmicocon espectrodeamplitudes.
Losresultadosmuestranmayormentemecanismoscorrespondientesadesplazamientode
rumbo, locual indicaunadirección SW-NE parael esfuerzo principalmenteel área dela
LOFZparaestalatitud. Cálculodelrégimendeesfuerzosmedianteinversiondemecanis-
mosfocalesindicalapresenciadeunrégimenpordesplazamientoalolargodelrumboen
el arco magmático, y de un regimen de cabalgamientoen laZona de Benioff. Se sugiere
que la deformación observada en la LOFZ, combinada con observaciones telesísmicas