Caracterización y Análisis de la Peligrosidad Sísmica en el Sureste de España

| 4 noviembre, 2010 | 0 Comentarios

Caracterización y Análisis de la Peligrosidad Sísmica en el Sureste de España
SOBRE LA TESIS DOCTORAL

Título: Caracterización y Análisis de la Peligrosidad Sísmica en el Sureste de España
Autor: Julián García Mayordomo
Universidad Complutense de Madrid – Departamento de Geodinámica – Facultad de Ciencias Geológicas
Idioma: Castellano
Fecha de Defensa: 2006
Formato: .pdf

RESUMEN

El sureste de España es una de las regiones de la Península Ibérica donde mayor número de terremotos se registran instrumental cada año desde que, a comienzos de 1920, se estableciera la Red Sísmica Nacional. Afortunadamente, ninguno de ellos ha presentado durante el pasado siglo un tamaño suficiente como para producir un efecto devastador, si bien son numerosos los que han provocado importantes pérdidas económicas y gran consternación social (e.g., los recientes terremotos murcianos de Mula 1999, Bullas 2002 y La Paca 2005). No obstante, la ocurrencia futura de terremotos mucho más dañinos es esperable. Esta observación se sustenta, por una parte, en la existencia de crónicas históricas que relatan la ocurrencia de eventos que provocaron una destrucción generalizada y un elevado número de víctimas (e.g., terremoto de Torrevieja (Alicante) de 1829); y, por otra parte, porque en el sureste de España se localizan algunas de las estructuras tectónicas más activas de la Península Ibérica, que presumiblemente serán las responsables de la ocurrencia de este tipo de eventos.

El análisis de la peligrosidad sísmica es el conjunto de procedimientos conducentes a la estimación del movimiento que podría experimentar la superficie del terreno en un determinado lugar durante el paso de las ondas sísmicas generadas por la ocurrencia de un terremoto. La realización de un análisis de la peligrosidad sísmica es una tarea que engloba cuerpos de conocimiento de diferentes disciplinas científicas y técnicas, como por ejemplo: sismología, tectónica, ingeniería del terreno y prospección geofísica. La evaluación de la peligrosidad sísmica resultante constituye la base para el desarrollo de medidas preventivas y mitigativas, como por ejemplo la Norma de Construcción Sismorresistente Española (NCSE-02), los articulados sobre sismicidad en el Reglamento Técnico sobre Seguridad de Presas y Embalses, Directrices de Protección Civil,…

La peligrosidad sísmica del sureste de España ha sido tradicionalmente analizada a partir de métodos basados fundamentalmente en el catálogo sísmico y, especialmente, en el catálogo de terremotos históricos. Muy poca atención se ha prestado a la incorporación efectiva en el procedimiento de definición y caracterización de fuentes sismogenéticas al importante cuerpo de datos de geofísica profunda y de geología de superficie disponibles. De este modo las estimaciones de la peligrosidad sísmica en trabajos antecedentes proceden de modelos de fuentes sismogenéticas muy dispares entre sí y presentan resultados difícilmente contrastables, debido al empleo arbitrario de ecuaciones de transformación de valores de intensidad macrosísmica (e.g., MSK) en aceleración máxima del terreno.

En este trabajo de investigación se presenta un análisis de la peligrosidad sísmica basado en un modelo de fuentes sismogenéticas establecido sobre la base de hipótesis plausibles de acuerdo con el estado actual del conocimiento en sismotectónica y geología de terremotos, en el cual se expresa la peligrosidad directamente en parámetros de interés en el diseño sismorresistente. La primera parte de la tesis se centra en el análisis de los datos sísmicos, geológicos y geofísicos disponibles en la zona de estudio, y el desarrollo de metodologías originales enfocadas a la definición del modelo de fuentes sismogenéticas a emplear posteriormente en los cálculos (e.g., estimación de la magnitud máxima, recurrencia de eventos máximos, relaciones entre la reología de la corteza y la ocurrencia de sismicidad,…). En la segunda parte de la tesis se establece definitivamente el modelo de fuentes sismogenéticas y se procede a calcular la peligrosidad en términos de aceleración máxima y espectrales. A continuación se resumen los aspectos más importantes tratados en la tesis.

*Análisis de la Base de Datos Sísmicos del Instituto Geográfico Nacional:
El análisis de la base de datos sísmicos se ha enfocado al estudio de la calidad de las localizaciones de los registros y a la completitud del catálogo en términos de magnitudes. La primera de estas cuestiones tiene gran importancia en los análisis sismotectónicos que se desarrollan posteriormente, mientras que la segunda repercute en la estimación de la distribución de frecuencias de la magnitud en la caracterización sísmica de fuentes sismogenéticas. El registro sísmico del sureste de España puede dividirse en dos periodos fundamentales: Pre-instrumental o Histórico, e Instrumental. Este último se subdivide a su vez en tres subperiodos: Instrumental Antiguo (1920-1960), Precario (1960-1985) y Moderno (1985 en adelante). El estudio de relaciones sismotectónicas solamente puede llevarse a cabo de forma fiable en este último periodo, dado que el error de localización en los otros periodos es mayor de 5 km y además no existe apenas registro de réplicas. La completitud del registro en términos de magnitudes varía de unos periodos a otros. Se ha estimado que magnitudes iguales o mayores que 4 son completas desde 1920 en adelante, magnitudes hasta 3,0 a partir de 1960 y, para magnitudes menores de 3,0 a partir de 1985 en adelante.

*Análisis Geológico y Sismotectónico de Superficie:
En este análisis se estudian la estructura tectónica en superficie, las evidencias de deformaciones en el Cuaternario y la ocurrencia de asociaciones sismotectónicas. En primer lugar, el sureste de España se ha dividido en zonas de características geológicas y morfológicas similares (zonas morfoestructurales). La estructura tectónica en superficie de las zonas morfoestructurales está compuesta por una fracturación secundaria, agrupada en sistemas de fallas organizados según su orientación y, por fracturas de primer orden o grandes fallas. Los diferentes sistemas de fallas identificados comprenden en conjunto prácticamente todas las direcciones del espacio y la longitud máxima más frecuente que presentan las trazas de falla en superficie se sitúa en un rango variable entre 5 y 20 km. Los sistemas de fallas que con mayor frecuencia presentan evidencias de deformaciones directas más recientes son el NW-SE y el N-S, afectando depósitos de edad Pleistoceno Superior. Las zonas morfoestructurales que presentan los sistemas de fallas más activos, de acuerdo con la información disponible, se sitúan en la parte más interna del Orógeno Bético (zonas de Almería y Cartagena) y en el Prebético de Alicante. Por otra parte, el análisis de la distribución de la sismicidad en superficie ha puesto de manifiesto relaciones sismotectónicas claras en todas las orientaciones de los sistemas de fallas. A partir del dato de longitud máxima se ha estimado la magnitud del evento sísmico que rompería en superficie una longitud equivalente. Comparando el valor obtenido en cada zona morfoestructural se han identificado una serie de regiones que presentan un valor de magnitud máxima similar.

Las grandes fallas constituyen extensas zonas de falla con longitudes de al menos 30 km, y frecuentemente de más de 50 km, que se localizan materializando el límite entre zonas morfoestructurales diferentes. A lo largo de las grandes fallas se identifican diferentes tramos (segmentos) donde se puede medir la longitud de la traza de falla principal. La relación entre esta longitud y la longitud del segmento (índice de continuidad) es muy variable de unas fallas a otras. Considerando la edad de las últimas deformaciones directas evidenciadas en cada segmento, así como su tasa de deslizamiento estimada, se han obtenido los siguientes grados relativos de actividad reciente: “Muy baja”, “Baja”, “Media”, “Alta” y “Muy Alta”. Las fallas de actividad “Muy Alta” presentan evidencias de deformaciones directas en depósitos de edad al menos Pleistoceno Superior, tasas de deslizamiento mayores de 0,10 m/ka e índices de continuidad mayores de 0,7. Los segmentos de falla más activos del sureste de España se localizan en las fallas de Alhama de Murcia, Carrascoy y, en la zona del Anticlinorio del Bajo Segura, las fallas del Bajo Segura y San Miguel de Salinas. El estudio sismotectónico de superficie no ha revelado apenas ninguna relación evidente con estas fallas. A partir de la longitud de la traza de falla en cada segmento se ha estimado la magnitud máxima del evento que rompería una longitud equivalente en superficie. Con base en este dato y en la tasa de deslizamiento se ha podido estimar en forma de intervalo la recurrencia media de tal evento. En las fallas de actividad “Muy Alta” el extremo superior de este intervalo es menor o igual a 10.000 años.

*Análisis Geológico y Sismotectónico Profundo:
Una vez analizada la estructura tectónica en superficie de la zona de trabajo se ha procedido a estudiarla en profundidad. De acuerdo con la información geofísica profunda disponible en el sureste de España, la zona de trabajo se ha divido en seis bloques corticales, en los que puede asumirse un espesor, estructura, composición cortical y flujo térmico en superficie uniforme. A partir de esta información se ha construido el perfil reológico de cada bloque y se ha procedido a estudiar la forma de éste en relación con la distribución en profundidad de la sismicidad y la profundidad máxima geológica estimada para la fracturación interna de cada bloque (sistemas de fallas en superficie) y de las grandes fallas que limitan sus bordes. El 75% de la sismicidad se encuentra contenida en la corteza superior frágil y se distribuye de modo disperso por el interior de los bloques, de modo que su ocurrencia puede atribuirse a la fracturación interna. El resto de la sismicidad se localiza mayoritariamente en coincidencia con el repunte de resistencia que implica el paso a la corteza inferior. Esta sismicidad se distribuye preferentemente a lo largo de las grandes fallas de límite de bloque, evidenciando su actividad actual y su carácter frágil profundo. Considerando la profundidad máxima frágil determinada para la fracturación interna de cada bloque y grandes fallas se ha estimado el área de rotura cosísmica máxima y, a partir de ésta, la magnitud momento del evento máximo. El valor de estas estimaciones se ha comparado con las obtenidas a partir de la longitud en superficie obtenidas en el análisis anterior y, considerando la relación entre la longitud de rotura en superficie y en profundidad, se ha comprobado la similitud de ambas estimaciones.

En este análisis, se ha procedido también a estudiar las relaciones entre la ocurrencia de sismicidad y la resistencia de la corteza superior y el gradiente geotérmico de cada bloque cortical. Se ha observado que los bloques relativamente más calientes y blandos presentan una profundidad media de la sismicidad menor y una densidad media de eventos superior a la de los bloques más fríos y rígidos. Admitiendo que los bloques del primer caso deben presentar un parámetro b y una tasa de ocurrencia sísmica más alta que los del segundo, se ha establecido una zonación sismogenética preliminar.

*Modelo de deformación del sureste de España:
La evolución geodinámica de las Cordilleras Béticas ha configurado un territorio donde las propiedades resistentes y térmicas de la litosfera experimentan importantes variaciones laterales. En este contexto la deformación producida por la convergencia entre las placas Africana e Ibérica debe absorberse, por una parte, como deformación interna distribuida por la fracturación interna de los bloques y, por otra, como desplazamientos efectivos entre bloques a través de las grandes fallas. Considerando un periodo temporal a largo plazo, con unidades de tiempo del orden del millón de años, la convergencia entre las placas se absorbería preferentemente a través de las grandes fallas, especialmente en aquellas que suponen el límite entre bloques de resistencia y reología contrastada. En contraste, en el corto plazo (100-1.000 años), la convergencia entre las placas se absorbería preferentemente a través de la facturación interna de los bloques corticales. Esta situación explicaría el patrón de sismicidad difusa que presenta la distribución espacial de la sismicidad en el sureste de España y la frecuente ocurrencia de pequeñas series sísmicas. Finalmente, en el medio plazo (1.000-10.000 años), la deformación se repartiría entre la fracturación interna y las grandes fallas más activas (e.g., Alhama de Murcia, Carrascoy, Bajo Segura).

*Definición de fuentes sismogenéticas:
La ocurrencia de sismicidad en el sureste de España puede modelizarse de acuerdo con dos tipos básicos de fuentes sismogenéticas: Zonas y Grandes Fallas. La delimitación espacial de las zonas sismogenéticas se ha realizado de acuerdo con la zonación preliminar establecida sobre la base de la clasificación de los bloques corticales en función de la resistencia de la corteza superior y el gradiente geotérmico. Considerando únicamente el registro sísmico instrumental, en cada una de estas zonas se ha construido la distribución de frecuencias anuales acumuladas de la magnitud, a partir de la cual se ha estimado el parámetro b de Gutenberg-Richter y la tasa de ocurrencia sísmica. La magnitud máxima de cada zona se ha establecido considerando las regiones de magnitud máxima uniforme obtenidas en el análisis geológico de superficie. De acuerdo con este procedimiento se han establecido finalmente cuatro zonas sismogenéticas denominadas: Cartagena, Sierra Filabres – Almería, Central Bética y Prebética-Valenciana. En esta última se ha definido la Subzona Valenciana, que representa un área específica donde la magnitud máxima es mayor que en el resto de la zona sismogenética.

Respecto a las Grandes Fallas, en una análisis de la peligrosidad sísmica probabilista interesa analizar aquellas en las que se ha estimado una recurrencia del evento máximo inferior a 10.000 años. De este modo se han seleccionado para su consideración en los cálculos los segmentos Puerto Lumbreras-Lorca y Lorca-Totana de la Falla de Alhama de Murcia, la Falla de Carrascoy, los segmentos Hurchillo, Benejúzar y Guardamar de la Falla del Bajo Segura y la Falla de San Miguel de Salinas. La recurrencia geológica de los eventos máximos en estas fallas se ha comparado con la predicción dada por la ley exponencial de las magnitudes determinada en las zonas sismogenéticas y se ha observado como ésta predice recurrencias mayores que las determinadas geológicamente. Esta observación es consistente con una ocurrencia del evento máximo en estas fallas tipo Terremoto Característico.

*Cálculo de la peligrosidad:
El cálculo de la peligrosidad se ha llevado a cabo considerando una función de atenuación moderna de la aceleración máxima horizontal y de la aceleración espectral, y cuatro modelos sismogenéticos diferentes. La función de atenuación se ha seleccionado de la literatura, sobre la base de la calidad de los registros en ella analizados y su representatividad de las características sismotectónicas del sureste de España. Los cuatro modelos sismogenéticos considerados son: 1) Solo Zonas: el cálculo se realiza considerando solo las zonas sismogenéticas, 2) Zonas y Zona-Falla: se consideran las zonas y además una zona definida espacialmente a lo largo de las fallas seleccionadas para el análisis, 3) Zonas y Terremoto Característico no conservador: las fallas se modelizan como líneas y la ocurrencia de sismicidad en ellas sólo contempla la magnitud del evento máximo y, 4) Zonas y Terremoto Característico conservador: ídem que el modelo anterior pero situando la recurrencia del evento máximo en el límite inferior del intervalo.

Se han obtenido cuatro juegos de mapas de peligrosidad expresados en aceleración máxima horizontal para los periodos de retorno de 475, 950, 1950, 4950 y 9950 años, correspondientes a los cuatro modelos sismogenéticos considerados. De entre estos resultados se ha seleccionado como la mejor estimación de la peligrosidad sísmica el modelo del Terremoto Característico en su versión conservadora. De acuerdo con los resultados de este modelo las áreas de mayor peligrosidad del sureste de España son la zona del Bajo Segura y la zona de Lorca. En estas áreas la influencia de las grandes fallas en la peligrosidad empieza a ser superior a la procedente de las zonas sismogenéticas a partir del periodo de retorno 1000 años, en la zona del Bajo Segura, y del periodo de retorno 2000 años en la zona de Lorca. La aceleración máxima horizontal y el espectro de respuesta de probabilidad uniforme obtenido para los periodos de retorno 475 y 950 años se ha comparado con los que pueden obtenerse de la aplicación de la norma de construcción sismorresistente española (NCSE-02) en seis localidades clave del sureste de España (Lorca, Murcia, Orihuela, Torrevieja, Alicante y Alcoy). Los valores proporcionados por la NCSE-02 son en todos los casos, menos en Alcoy, superiores para los periodos de retorno 475 y 950 años y, sin embargo, inferiores para periodos de retorno mayores. Nuevos estudios de paleosismicidad de fallas son necesarios para reevaluar la peligrosidad sísmica de la región a la luz de estos resultados.

*Conclusiones finales:
La aplicación de la metodología desarrollada en esta tesis para la identificación y caracterización de fuentes sismogenéticas ha permitido definir un modelo sismotectónico para el sureste de España basado en el análisis conjunto de datos geológicos, geofísicos y sísmicos. La aplicación de esta metodología permite evitar las incertidumbres inherentes al uso de la escala de intensidad macrosísmica en la evaluación de la peligrosidad sísmica.
La ocurrencia de sismicidad en el sureste de España puede modelizarse considerando dos tipos básicos de fuentes: Zonas Sismogenéticas y Grandes Fallas. Las primeras constituyen la ocurrencia de sismicidad en el interior de bloques de dimensiones corticales definidos sobre la base de la variaciones laterales del gradiente geotérmico y la resistencia de la corteza superior. Las zonas sismogenéticas quedan caracterizadas por la distribución exponencial de la magnitud, truncada por el límite superior, el cual viene impuesto por el tamaño máximo del terremoto posible de acuerdo con la estructura tectónica superficial y profunda del bloque cortical. Las Grandes Fallas identifican los lugares donde pueden ocurrir terremotos de magnitud superior a los de las zonas sismogenéticas.

Las Grandes fallas más importantes del sureste de España que deben ser consideradas en un análisis probabilista de la peligrosidad son las fallas de Alhama de Murcia, Carrascoy, Bajo Segura y San Miguel de Salinas, ya que en ellas se ha podido estimar que la magnitud del evento máximo tiene una recurrencia igual o menor que 10.000 años. La ocurrencia de este evento puede asumirse de acuerdo con el modelo del Terremoto Característico.

Las áreas de mayor peligrosidad sísmica del sureste de España se sitúan de acuerdo con la localización de las fallas más activas. Estas áreas son, por orden de peligrosidad creciente, la zona de Lorca, en relación con la Falla de Alhama de Murcia, y la zona del Bajo Segura, en relación con la falla del mismo nombre. Para los periodos de retorno 475 y 950 años la peligrosidad sísmica en estas áreas está principalmente controlada por la ocurrencia de terremotos en las zonas sismogenéticas. La influencia de las fallas es, si embargo, superior a la de las zonas sismogenéticas para periodos de retorno superiores a 2000 y 1000 años, respectivamente.

Abstract

Southeast Spain is one of the most seismically active areas of the Iberian Peninsula, although it should be defined as a moderate seismic area in a worldwide context. Earthquake occurrence in the region and neighbouring areas is known since historical time, and there is also clear evidence of active faulting in recent geologic time (last 125.000 yr). Previous seismic hazard studies have been traditionally performed based strongly on the historical record. Very little attention has been paid to the use of geophysical and geological data. In this work all the available information is first synthesized, and then, an original methodology is applied in order to organize the data to be used in seismic hazard analysis, particularly for the definition and characterization of seismic sources. Consequently a hybrid seismic source model of southeast Spain is presented. The model is composed of source-zones and fault-sources. The former are defined based on relationships found between the rheology of the upper crust and seismicity, while the latter are specific faults, seismically characterized based on the available geological information. The model is discussed in the context of the convergence between the European and African plates. Finally, seismic hazard is calculated in terms peak ground acceleration and several spectral ordinates. Hazard maps for 475-, 950-, 1950-, 4950- and 9950-year return periods, as well as uniform hazard spectra for the most important towns in the region, are shown in the thesis.

índice

1. INTRODUCCIÓN

1.1. Introducción
1.2. Elementos del análisis de la peligrosidad sísmica
1.3. Antecedentes en la estimación de la peligrosidad sísmica en el SE de España
1.4. Marco sismotectónico y geológico del sureste de España
1.5. Objetivos y Metodología
1.6. Bibliografía

2. ANÁLISIS DE LA BASE DE DATOS SÍSMICOS

2.1. Consideraciones iniciales
2.2. Análisis de la Base de Datos Sísmicos por periodos temporales
2.3. Conclusiones
2.4. Bibliografía

3. ANÁLISIS GEOLÓGICO Y SISMOTECTÓNICO DE SUPERFICIE

3.1. Introducción y Objetivos
3.2. Metodología
3.3. Zonación Morfoestructural de la zona de trabajo
3.4. Zona del Dominio Valenciano
3.5. Zona del Prebético de Alicante
3.6. Zona del Arco de Alcaraz
3.7. Zona del Arco de Cazorla
3.8. Zona Central Bética
3.9. Zona del Prebético de Murcia
3.10. Zona del Prebético de Alicante
3.11. Zona de Cartagena
3.12. Zona de Sierra Filabres
3.13. Zona de Almería
3.14. Resultados
3.15. Discusión
3.16. Conclusiones
3.17. Bibliografía

4. ANÁLISIS GEOLÓGICO Y SISMOTECTÓNICO PROFUNDO 239

4.1. Introducción y Objetivos
4.2. Metodología
4.3. Estructura de la corteza en el SE de España
4.4. Definición de bloques corticales
4.5. Bloques Prebético y Valenciano
4.6. Bloques Central Bético, Sierra Filabres y Almería
4.7. Bloque de Cartagena
4.8. Resultados y Discusión
4.9. Conclusiones
4.10. Bibliografía

5. ANÁLISIS DE LA PELIGROSIDAD SÍSMICA 321

5.1. Introducción y Objetivos
5.2. Metodología
5.3. Definición de fuentes sismogenéticas en el SE de España
5.4. Cálculo de la peligrosidad
5.5. Resultados
5.6. Discusión
5.7. Conclusiones
5.8. Bibliografía

6. RESUMEN, CONCLUSIONES FINALES Y RECOMENDACIONES

6.1. Resumen del trabajo de investigación
6.2. Conclusiones finales
6.3. Recomendaciones para futuras reevaluaciones de la peligrosidad

CONCLUSIONES

La aplicación de la metodología desarrollada en esta tesis para la identificación y caracterización de fuentes sismogenéticas ha permitido definir un modelo sismotectónico para el sureste de España basado en el análisis conjunto de datos geológicos, geofísicos y sísmicos. La aplicación de esta metodología permite evitar las incertidumbres inherentes al uso de la escala de intensidad macrosísmica en la evaluación de la peligrosidad sísmica.

La ocurrencia de sismicidad en el sureste de España puede modelizarse considerando dos tipos básicos de fuentes: Zonas Sismogenéticas y Grandes Fallas. Las primeras constituyen la ocurrencia de sismicidad en el interior de bloques de dimensiones corticales definidos sobre la base de la variaciones laterales del gradiente geotérmico y la resistencia de la corteza superior. Las zonas sismogenéticas quedan caracterizadas por la distribución exponencial de la magnitud, truncada por el límite superior, el cual viene impuesto por el tamaño máximo del terremoto posible de acuerdo con la estructura tectónica superficial y profunda del bloque cortical. Las Grandes Fallas identifican los lugares donde pueden ocurrir terremotos de magnitud superior a los de las zonas sismogenéticas.

Las Grandes fallas más importantes del sureste de España que deben ser consideradas en un análisis probabilista de la peligrosidad son las fallas de Alhama de Murcia, Carrascoy, Bajo Segura y San Miguel de Salinas, ya que en ellas se ha podido estimar que la magnitud del evento máximo tiene una recurrencia igual o menor que 10.000 años. La ocurrencia de este evento puede asumirse de acuerdo con el modelo del Terremoto Característico.

Las áreas de mayor peligrosidad sísmica del sureste de España se sitúan de acuerdo con la localización de las fallas más activas. Estas áreas son, por orden de peligrosidad creciente, la zona de Lorca, en relación con la Falla de Alhama de Murcia, y la zona del Bajo Segura, en relación con la falla del mismo nombre. Para los periodos de retorno 475 y 950 años la peligrosidad sísmica en estas áreas está principalmente controlada por la ocurrencia de terremotos en las zonas sismogenéticas. Sin embargo, la influencia de las fallas en la peligrosidad de estas áreas es superior a la de las zonas sismogenéticas para periodos de retorno superiores a 2000 y 1000 años, respectivamente.

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FUENTE

Biblioteca Virtual de la Fundación J. García Siñeriz

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