vol. 40, n.° 2, mayo-agosto de 2018 ISSN impreso: 0120-0283 ISSN en línea: 2145-8553 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica Lepolt Linkimer1*; Ivonne G. Arroyo1; Gerardo J. Soto1; Juan Luis Porras1; María Cristina Araya1; Mauricio M. Mora1; Magda Taylor1 DOI: http://dx.doi.org/10.18273/revbol.v40n2-2018002 Forma de citar: Linkimer, L, Arroyo, I.G., Soto, G.J., Porras, J.L., Araya, M.C., Mora, M.M., y Taylor, M. (2018). El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica. Boletín de Geología, 40(2), 35-53. DOI: 10.18273/revbol.v40n2-2018002. RESUMEN El 30 de noviembre del 2016 a las 18:25 (00:25 UTC del 1º de diciembre) ocurrió un sismo de Mw 5,5 a una profundidad de 2,7 km, 4 km al norte de Capellades de Alvarado, Costa Rica. Fue el evento principal de una secuencia con precursores y réplicas, localizada a 5 km de los volcanes activos Irazú y Turrialba. Este sismo es el más reciente de una lista de terremotos originados en las fallas que cortan la Cordillera Volcánica Central, la cual representa el límite norte del área más poblada del país. Usando principalmente los registros instrumentales de la Red Sismológica Nacional (RSN), en este trabajo se presenta un análisis sismológico de la secuencia y se determinan la ubicación y las características de la falla que originó esta sismicidad. Adicionalmente, se describe el entorno geológico-tectónico de su origen y sus efectos. La secuencia de sismos muestra un claro alineamiento de 8 km de longitud y rumbo nor-noroeste, entre los volcanes Irazú y Turrialba. La interpretación conjunta de la relocalización de la secuencia, el tensor de momento del sismo principal y los mecanismos focales de 17 eventos permitió determinar que la falla de origen es casi vertical y de tipo de desplazamiento de rumbo dextral, lo cual es congruente con los sistemas de fallamiento activo de la zona. Esta falla no había sido reconocida previamente y se ha denominado Liebres en este estudio. El sismo principal fue sentido en casi todo el país, con una intensidad máxima de VI+. Este sismo ha sido el de mayor magnitud en el sector oriental de la Cordillera Volcánica Central desde el terremoto de Patillos de 1952 (Ms 5,9) y el primer sismo de Mw > 5,0 registrado por la RSN en el edificio volcánico del Turrialba. A pesar de la cercanía con ese volcán, que ha presentado erupciones periódicas desde el 2010, no se observaron efectos eruptivos inmediatos. Palabras clave: falla Liebres; secuencia sísmica; mecanismos focales; tectónica en volcanes; volcán Turrialba. The 2016 Capellades earthquake and its seismic sequence: Expression of strike-slip faulting in the volcanic arc of Costa Rica ABSTRACT On 30 November 2016 at 18:25 (1st December at 00:25, UTC time) a Mw 5.5 earthquake occurred at 2.7 km depth, 4 km north of the town Capellades de Alvarado, Costa Rica. It was the main shock of an earthquake sequence including foreshocks and aftershocks, located 5 km from the active Irazú and Turrialba volcanoes. This is the most recent of a series of damaging earthquakes originated in the faults crossing the Central Volcanic Range, which constitutes the northern boundary of the most populated area of the country. Using mainly the seismic records from the National Seismological Network (RSN), we present in this study a seismological analysis of the earthquake sequence and the location and characteristics of the fault that originated this seismicity. Additionally, we describe the geotectonic context of the fault and the Capellades earthquake effects. The earthquake sequence shows a clear 8-km long alignment striking nor-northwest between Irazú and Turrialba volcanoes. The joint interpretation of the earthquake relocation, the main-shock moment tensor solution, and the focal mechanisms of 17 events allows for determining the source in a nearly vertical strike-slip fault, in agreement with regional active fault systems. This structure had not been recognized previously and has been named Liebres Fault in this study. The main shock was felt in most of the country, with a maximum intensity of VI+. This earthquake has been the largest in the eastern part of the Central Volcanic Range since the 1952 Patillos earthquake (Ms 5.9) and the first Mw > 5.0 earthquake recorded by the RSN in the Turrialba volcano edifice. Despite the proximity to this active volcano, which has been erupting periodically since 2010, there were no immediate eruptive effects. Keywords: Liebres Fault; seismic sequence; focal mechanisms; tectonic in volcanoes; Turrialba Volcano. 1 Sección de Sismología, Vulcanología y Exploración Geofísica, Escuela Centroamericana de Geología y Red Sismológica Nacional, Universidad de Costa Rica, San Pedro, Costa Rica. (*) lepolt.linkimer@ucr.ac.cr, ivonne.arroyo@ucr.ac.cr, katomirodriguez@yahoo.com, juan.porrasloria@ucr.ac.cr, mariacristina.araya@ucr.ac.cr, mauricio.mora@ucr.ac.cr, magda.taylor@ucr.ac.cr 35 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica INTRODUCCIóN incluyó precursores y réplicas, localizada a 5 km de los cráteres de los volcanes activos Irazú y Turrialba, en El 30 de noviembre del 2016 a las 6:25 p.m., hora una zona de tectónica regional compleja, cerca de donde local de Costa Rica (1º de diciembre a las 00:25 UTC), se ha establecido la confluencia entre los cinturones ocurrió un sismo de magnitud Mw 5,5 muy cerca (4 deformados del Centro de Costa Rica y del Norte de km) de la localidad de Capellades de Alvarado, en la Panamá (ej. Marshall et al., 2000; Montero, 2001; provincia de Cartago, Costa Rica (FIGURA 1). Este FIGURA 1). fue el evento principal de una secuencia de sismos que FIGURA 1. A. Contexto tectónico de Costa Rica. Los elementos tectónicos principales son: Cinturón Deformado del Centro de Costa Rica (CDCCR), Cinturón Deformado del Norte de Panamá (CDNP), placa Nazca (PN) y Zona de Fractura de Panamá (ZFP). El recuadro denota el área mostrada en la FIGURA 2 y la estrella azul el epicentro del sismo principal de la secuencia de Capellades. B. Ubicación de las 168 estaciones sismológicas usadas para estudiar el sismo principal de la secuencia de Capellades. Los cuadros con borde negro representan las 23 estaciones usadas para la estimación del tensor momento (FIGURA 6B). 36 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor El arco magmático de Costa Rica está conformado La Red Sismológica Nacional (RSN) de Costa Rica por voluminosos edificios volcánicos (>150 km3) que es una de las principales instancias del país dedicada están cortados por fallas activas, las cuales pueden desde 1973 a investigar sus procesos sísmicos y generar sismicidad debido tanto a procesos meramente volcánicos, así como a la promoción de la cultura de tectónicos, como a la interacción de los procesos la prevención de desastres. La RSN es un convenio de volcánicos y tectónicos. Históricamente, algunos cooperación científico y técnico entre la Universidad terremotos han sido originados en esas fallas, como por de Costa Rica (UCR) y el Instituto Costarricense de ejemplo el terremoto de Patillos de 1952 (Ms 5,9; FIGURA Electricidad (ICE). La amplia cobertura de estaciones 2) en el sector noroeste del volcán Irazú (Montero y sísmicas de la UCR y del ICE permitió estudiar con Alvarado, 1995) y el terremoto de Cinchona del 2009 detalle este evento sísmico, denominado en adelante (Mw 6,1) en el flanco este del volcán Poás (Montero et “sismo de Capellades del 2016”, el cual ha sido el de al., 2010). Ambos eventos generaron víctimas mortales y mayor magnitud (Mw 5,5) en el sector oriental de la daños considerables en la infraestructura del área central Cordillera Volcánica Central desde el mencionado de Costa Rica, que es el centro socioeconómico del terremoto de Patillos de 1952, y el primer sismo de país. Por estas razones, el estudio de las fallas activas Mw > 5,0 registrado por la RSN en el edificio volcánico en el arco volcánico reviste crucial importancia para la del Turrialba (FIGURA 2). evaluación de la amenaza sísmica. FIGURA 2. Sismicidad de la zona de los volcanes Irazú y Turrialba localizada por la RSN durante el periodo del 1º de enero de 1974 al 30 de noviembre del 2016 (círculos amarillos). Las fallas activas (líneas rojas) son tomadas de Montero et al. (2013a, 2016). La estrella amarilla representa el terremoto de Patillos (Montero y Alvarado, 1995) y los cuadros verdes algunas localidades. El recuadro representa el área mostrada en las FIGURAS 3, 4, 7 y 9. Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 37 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica En este artículo se presenta la localización de este historia de Costa Rica con un saldo de ~300 víctimas sismo, el cálculo de su mecanismo focal, su entorno (Montero y Miyamura, 1981; Montero, 2010). geológico-tectónico de origen, y se describen sus efectos. Adicionalmente, mediante el análisis de los El área de los macizos de los volcanes Irazú y Turrialba sismos precursores y las réplicas fue posible detallar la es parte del CDCCR. Para esta zona, Montero (2003) ubicación y las características geométricas de la falla y Montero et al. (2013b) propusieron una cuenca de que originó esta sismicidad, la cual en este trabajo ha tracción (pull-apart) que denominan Turrialba – Irazú, sido denominada falla Liebres. que incluye fallas neotectónicas de rumbo noroeste predominantemente dextrales, como las fallas Azul, CONTExTO GEOTECTóNICO Turrialba y Tucurrique (FIGURA 2), pertenecientes a los sistemas de fallas Atirro y Río Sucio. Costa Rica se localiza dentro de un marco geotectónico complejo y muy dinámico, debido a su localización En el volcán Irazú se han reconocido fallas y alineamientos en una zona de subducción y cerca del punto triple de 2 a 6 km de longitud y con orientación noreste, como la de las placas del Coco, Caribe y Nazca (FIGURA 1). falla Irazú (Montero y Alvarado, 1995). Además, existen La sismicidad es especialmente abundante a lo largo fallas de mayor longitud (hasta 14 km) que afectan el de la fosa Mesoamericana, en la zona sismogénica flanco norte, como las fallas Río Sucio y Blanquito interplacas en la parte somera de la subducción de (FIGURA 2). Estas fallas son de desplazamiento de la placa del Coco debajo de la placa Caribe y de la rumbo dextral, tienen un rumbo general noroeste y microplaca Panamá, y en la zona de Wadati-Benioff una expresión geomorfológica prominente (Montero hasta profundidades máximas de ~200 km (Lücke y y Alvarado, 1995; Linkimer, 2003; Montero, 2003). El Arroyo, 2015). Otras fuentes de sismicidad son la Zona terremoto de Patillos de 1952 (FIGURA 2) es el sismo de Fractura de Panamá (ZFP), que actúa como límite de mayor tamaño conocido en esta zona y su origen se entre las placas del Coco y Nazca, y los cinturones relaciona con la falla Río Sucio (Montero y Alvarado, deformados del Norte de Panamá (CDNP) y del Centro 1995). Además, numerosas crisis sísmicas han sido de Costa Rica (CDCCR). Estos dos cinturones son identificadas en la periferia del volcán Irazú entre 1982 y anchas zonas (100-200 km) de deformación cortical la actualidad (ej. Barquero et al., 1992, 1995; Fernández que se han postulado como los límites entre la placa et al., 1998; Mora et al., 2012). Caribe y la microplaca de Panamá (ej. Fan et al., 1993; Goes et al., 1993; Marshall et al., 2000; Montero, En el macizo del Turrialba las estructuras tienen una clara 2001; FIGURA 1). orientación noreste, como por ejemplo la ubicación de los cráteres cuspidales, un anfiteatro sectorial de colapso, El CDCCR incluye fallas y pliegues neotectónicos de las fallas Elia y Ariete, y dos conos piroclásticos en el diversa geometría (Marshall et al., 2000; Montero, flanco al suroeste de la cima (Soto, 1988a, 1988b). 2001) ubicados en una franja de aproximadamente Existen otras estructuras que cortan el volcán Turrialba, 100 km de ancho (FIGURA 1) y que transfieren particularmente en el flanco sur, como las fallas Capellades desplazamientos mediante movimientos traslacionales y Maravilla (FIGURA 2) que son consideradas como y rotacionales entre los diversos bloques tectónicos que parte de los sistemas de fallas Aguacaliente y Navarro, constituyen la zona (Montero, 1994, 2001). El origen respectivamente (Alonso-Henar et al., 2013; Montero et del CDCCR podría estar asociado con la subducción al., 2016). de la cordillera del Coco bajo el sureste de Costa Rica y la subducción de montes submarinos y corteza La falla conocida más cercana al epicentro del sismo oceánica engrosada, que causan el desplazamiento principal es la Capellades, a la cual no se han asociado de la microplaca de Panamá con respecto de la placa terremotos históricos (Montero et al., 2013a; FIGURA Caribe (Marshall et al., 2000; Montero, 2001). Desde 2). De acuerdo con Montero et al. (2013a), esta falla es el siglo XIX el CDCCR ha sido el origen de unos 20 de desplazamiento de rumbo sinestral y tiene un rumbo terremotos, entre ellos el de Cartago del 4 de mayo este-noreste a noreste, una longitud de 25 km y una tasa de 1910 (Mw 6,4), que ha sido el peor desastre de la de deslizamiento de entre 0,5 y 3,3 mm/año. 38 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor La geología y la tectónica entre los volcanes Irazú y última actividad ocurrió hace 251 ± 4 ka (Ruiz et al., Turrialba han sido estudiadas en diferentes trabajos 2010). Mediante el análisis fotogeológico presentado (Krushensky, 1972; Soto, 1988a, 1988b, 1994; Montero por Soto et al. (2010) se identificaron alineamientos con y Alvarado, 1995; Montero, 2003; Alvarado et al., 2004, rumbo nor-noroeste en la cabecera del río Toro Amarillo, 2006; Soto et al., 2010; FIGURA 3). En esa zona se ha uno de los cuales transcurre por el sector de la Unidad identificado la Unidad Finca Liebres, que es un cono Finca Liebres. En este trabajo, dicho alineamiento es compuesto erosionado andesítico (Soto, 1988a) cuya analizado a la luz de la secuencia sísmica de Capellades. FIGURA 3. Mapa geológico simplificado del sector entre los volcanes Irazú y Turrialba y la cabecera del río Toro Amarillo, donde se muestran las diferentes unidades geológicas y fallas. Reformado a partir de los mapas de Krushensky (1972); Soto (1988a, 1994); Montero y Alvarado (1995); Montero (2003); Alvarado et al. (2004, 2006) y Soto et al. (2010). DATOS Y PROCESAMIENTO disponibles a través de IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology). La mayor parte de los registros sísmicos utilizados en este trabajo provienen de las estaciones sísmicas de la RSN La detección y la localización automática de la (UCR e ICE), pero también se incorporaron estaciones sismicidad se realizó a través de los sistemas Earthworm del Observatorio Sismológico y Vulcanológico de Costa (Johnson et al., 1995) y SeisComp (Weber et al., Rica (OVSICORI-UNA) y de redes internacionales, 2007). Posteriormente, la revisión y lectura manual como el Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales de los arribos de las ondas sísmicas, la localización de (INETER), la Universidad de Panamá y el Observatorio hipocentros y el cálculo de la magnitud momento (Mw) Sismológico del Occidente de Panamá (OSOP), se llevaron a cabo mediante los programas Multplt Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 39 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica y Hyp (Lienert y Havskov, 1995) integrados en el movimiento del suelo en las estaciones de la RSN y los programa SeisAn (Ottemöller et al., 2011). Para las modelos GMPE (Ground Motion Prediction Equation) lecturas se siguió un esquema de pesos dependiendo de de Zhao et al. (2006) y GMICE (Ground Motion to la claridad de los arribos y además, se asignaron pesos Intensity Conversion Equation) de Wald et al. (1999). para las estaciones a más de 100 km de distancia, de forma que en la localización tuvieran un mayor aporte SISMICIDAD PREVIA AL EVENTO DE las observaciones cercanas. Para la localización de CAPELLADES sismos se utilizó un modelo de velocidades de la onda primaria (P) de siete capas basado en Matumoto et al. Para analizar la sismicidad previa en la zona de (1977) y una razón de velocidades (Vp/Vs) de 1,74. Capellades, se efectuó una búsqueda de todos los sismos superficiales (< 20 km de profundidad) en el catálogo El evento principal, las réplicas y los sismos precursores de la RSN desde el año 1974. Con el fin de seleccionar con mayor número de lecturas de la onda P fueron los sismos localizados con la mejor calidad en esa zona, seleccionados y relocalizados con el programa HypoDD se buscaron los eventos con lecturas de al menos seis (Waldhauser, 2001). Esta base de datos consta de 120 estaciones, con un valor de la raíz cuadrática media sismos, con lectura de la onda P en al menos ocho (RMS) menor a 1,0 s y un gap de cobertura azimutal estaciones. El programa HypoDD usa tiempos de máximo de 200º. Como resultado se observa que, en arribo absolutos y diferenciales. Los tiempos de arribo general, hay una mayor cantidad de sismos ubicados en absolutos fueron tomados directamente de la lectura el macizo del Irazú en comparación con el Turrialba, y de los sismogramas. Los tiempos diferenciales se que en la zona mesosísmica de la secuencia en estudio obtuvieron sustrayendo el tiempo de arribo entre pares existen pocos epicentros (FIGURA 2). de eventos que tuvieran una distancia menor a 10 km entre sí y registrados en estaciones comunes dentro de Debido a variaciones en la cantidad de estaciones y las un radio de 200 km con respecto al conjunto de sismos metodologías de detección y localización a lo largo de de interés. En el catálogo de tiempos diferenciales así la historia de la RSN, es probable que muchos sismos construido, cada evento está ligado con un mínimo no hayan sido detectados o localizados con precisión, de 20 eventos cercanos por al menos 10 pares de por lo cual no se puede asegurar categóricamente que observaciones, lo que resultó en una separación en esta zona no habían ocurrido sismos a lo largo del promedio entre eventos fuertemente ligados de 3 km. periodo que cubre el catálogo de la RSN. A partir de Los residuos de las diferencias entre pares de eventos noviembre del 2015, la red de estaciones de la RSN en cada estación fueron tratados por mínimos cuadrados creció en 90 sitios a nivel nacional, incluyendo nuevas según el método de descomposición de valores estaciones en los volcanes Irazú y Turrialba. Esta nueva singulares (SVD). En comparación con los métodos de configuración ha permitido tener una mejor cobertura localización de un evento de forma aislada, el algoritmo para la localización de los sismos en esta zona. Aún de localización simultánea de HypoDD ofrece la ventaja después de la ampliación de la red, la sismicidad de ubicar mejor cada evento con respecto de los otros en la zona mesosísmica entre noviembre del 2015 en el caso de que todos ocurran a lo largo de una misma y noviembre del 2016 fue baja. No obstante, en ese estructura (Waldhauser y Ellsworth, 2000). Como periodo se detectaron 13 sismos ubicados muy cerca del resultado, es posible determinar de forma más precisa la sismo principal, 11 de ellos se encuentran alineados con forma de la estructura que generó la sismicidad. la secuencia de Capellades (FIGURA 4A). Estos sismos tuvieron Mw de entre 2,3 y 3,7 y profundidades menores Por otra parte, el análisis de la fuente sísmica del evento a 4 km. principal se efectuó mediante el cálculo del mecanismo focal con el programa FOCMEC (Snoke et al., 1984) LA SECUENCIA SíSMICA DE a través de observaciones de la polaridad del primer CAPELLADES arribo de la onda P y se determinó el tensor momento con el módulo de análisis de tensor momento (scmtv) La secuencia sísmica de Capellades inició con un de Seiscomp. evento precursor de Mw 2,9 el día 29 de noviembre (FIGURA 4A). Luego sucedió el sismo principal, 27 Finalmente, los mapas de intensidades instrumentales horas después (TABLA 1), y la secuencia de réplicas, fueron elaborados usando el programa Shakemap (Wald que se prolongó hasta el 9 de diciembre del 2016. et al., 1999). Este programa utiliza la localización del Un conteo en la estación CVTQ arrojó 2151 eventos hipocentro, la magnitud, los registros instrumentales del registrados (FIGURA 5A). Esta estación se encuentra 40 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor TABLA 1. Características del sismo principal determinadas en este estudio. Fecha y hora UTC 1º de diciembre del 2016, 00:25:20 Fecha y hora local 30 de noviembre del 2016, 18:25:20 Latitud 9,958 Longitud -83,792 Profundidad (km) 2,7 Magnitud momento (Mw) 5,5 en el volcán Turrialba, a 6 km del epicentro, y fue Mw entre 2,5 y 4,5. Únicamente 10 réplicas sobrepasaron seleccionada por su bajo nivel de ruido en comparación la Mw 3,5 y de estas, las tres de mayor tamaño ocurrieron con otras más cercanas. Del conteo realizado en esta a las 00:33 (Mw 4,2), 01:05 (Mw 4,5) y 01:20 (Mw 4,0) estación, el periodo más intenso ocurrió entre el sismo UTC del 1º de diciembre. Además, después del pico principal y las 9:00 UTC del 1º de diciembre, con una inicial de las primeras horas, la liberación de energía de tasa promedio de 126 eventos por hora. En las siguientes las réplicas se mantuvo relativamente estable hasta el día 20 horas, a pesar de un segundo incremento de actividad 5 de diciembre (FIGURA 5B). alrededor de las 12:00 UTC, esta tasa cayó a cerca de 30 eventos por hora. Un tercer incremento ligero de La migración espacial y temporal de la actividad sísmica actividad se observó el 4 de diciembre (FIGURA 5A). localizada se resume en la FIGURA 4. Entre abril y noviembre del 2016 ocurrieron 13 sismos, incluyendo La localización del sismo principal se efectuó con un evento de Mw 3,7 y seis sismos acompañantes con la lectura de arribos de la onda P en 168 estaciones Mw de entre 2,4 y 3,1 el 24 de abril (FIGURA 4A), y (FIGURA 1B), lo que permitió un gap de cobertura el evento precursor del 29 de noviembre. Estos sismos azimutal de sólo 21º. La estación más cercana al se alinean en dirección noroeste-sureste, coincidiendo epicentro se encuentra en San Rafael de Irazú, a sólo con el alineamiento que atraviesa la Unidad Finca 2 km del epicentro, y la más lejana en la península de Liebres (Soto et al., 2010, FIGURA 3). Azuero en Panamá, a 455 km. Del total de estaciones usadas, hay 53 a una distancia menor a 50 km del El evento principal sucedió al sureste de ese conjunto epicentro. La solución inicial del hipocentro con el de sismos. Es notorio que la gran mayoría de las programa Hyp usando 109 observaciones claras (i.e., réplicas localizadas durante las primeras ocho horas con la incertidumbre máxima de 0,05 s) de la onda P, se distribuyó a lo largo de un segmento lineal casi 2 tiene un RMS de 0,31 s. El RMS de la localización km al noroeste del evento principal, mientras que muy inicial es mínimo en el rango de profundidades que pocos sismos ocurrieron a menos de 2 km al sureste va desde 1,1 a 2,7 km bajo el nivel del mar. A su vez, (FIGURA 4B). No fue posible localizar réplicas en la la localización de todo el conjunto de sismos usando vecindad inmediata del evento principal. Entre las 9:00 HypoDD presenta el menor RMS cuando el hipocentro UTC del 1º de diciembre y hasta el 3 de diciembre, del evento principal se ubica a una profundidad de 2,7 disminuyó la sismicidad y los eventos siguieron km, por lo que esa profundidad fue seleccionada como ocurriendo al noroeste y sureste del sismo principal, la mejor solución. pero además se generaron al oeste (FIGURA 4C). Estos últimos sismos se distribuyeron de una manera De los más de 2000 eventos contabilizados (FIGURA más dispersa que el resto de la sismicidad. El día 4 5A), se localizaron los sismos registrados por al de diciembre, durante el tercer aumento de actividad, menos ocho estaciones con el fin de minimizar las los eventos sucedieron principalmente en los grupos incertidumbres durante el proceso de relocalización. Esta noroeste y sureste a lo largo del mismo alineamiento base de datos corresponde con 120 sismos que presentan (FIGURA 4D). Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 41 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica FIGURA 4. Evolución temporal de la sismicidad para cuatro rangos temporales. Los epicentros de los sismos ocurridos en cada rango temporal se resaltan como círculos azules A. Eventos precursores del 24 de abril al 30 noviembre del 2016. B. El evento principal (estrella azul) y las réplicas del 1 de diciembre entre las 0:00 y las 8:59 UTC. C. Las réplicas desde las 9:00 del 1 de diciembre hasta las 23:59 UTC del 3 de diciembre. D. Las réplicas del 4 al 9 de diciembre. El nombre de las fallas principales se muestra en la parte A. 42 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor FIGURA 5. A. Número de eventos tectónicos locales (barras grises) registrados en la estación CVTQ y número de sismos localizados por la RSN (círculos) entre el 1º y 5 de diciembre del 2016. B. Energía liberada de los sismos localizados. FUENTE SíSMICA de inclinación. Este mecanismo tiene ejes P y T con orientación N13ºE/3º y S76ºE/20º, respectivamente El mecanismo focal del sismo principal fue calculado (FIGURA 6). Para el resto de las profundidades usando 68 polaridades claras (FIGURA 6). La búsqueda exploradas para el sismo principal (TABLA 2), se de planos nodales fue realizada cada cinco grados, de obtuvieron soluciones de planos nodales casi verticales forma que estos planos permitieran separar totalmente (inclinación 71-84º) de fallas de desplazamiento de los grupos de observaciones de compresión y dilatación. rumbo dextral (rake 159-174º) con rumbo noroeste También se efectuó una exploración de soluciones a (N28-40ºW) y fallas de desplazamiento de rumbo diversas profundidades para evaluar la estabilidad de la sinestral (rake 8-18º) con rumbo noreste (N56-65ºE). solución. En el rango de profundidades entre 1,1 y 2,7 km, en el que la localización inicial presenta RMS mínimos, Para el cálculo del tensor momento del sismo la solución del mecanismo focal es de una falla de principal, se compararon los sismogramas sintéticos y desplazamiento de rumbo. Este resultado es consistente observados en las estaciones de banda ancha de la RSN al explorar soluciones hasta 5 km de profundidad. y del OVSICORI-UNA disponibles a través de IRIS, obteniéndose un ajuste del 92% para 23 estaciones Debido a la alta cantidad de observaciones de polaridades (FIGURA 6D, TABLA 3). El cálculo del tensor también y a un gap en la cobertura azimutal de 21°, la solución de se efectuó a diversas profundidades entre 0 y 5 km. La los planos nodales tiene un rango restringido. De todas solución obtenida es consistente con la del mecanismo las soluciones posibles para cada profundidad explorada focal y describe una falla de desplazamiento de rumbo, se seleccionó la media como la solución final (TABLA con un plano nodal casi vertical (inclinación 88º) de 2, FIGURA 6A-C). tipo dextral puro (rake 180º) y rumbo N30ºW, y un plano nodal vertical de tipo sinestral (rake 2º) y rumbo Con base en los resultados de la localización en N60ºE. Este resultado es similar al del catálogo del HypoDD discutida previamente, la solución final Centroid Moment Tensor Project (CMT), con un plano seleccionada para el mecanismo focal es la obtenida nodal dextral (rake 177º) de rumbo N31ºW y 78º de para una profundidad de 2,7 km (FIGURA 6B). Esta inclinación y un plano nodal sinestral (rake 12º) con solución posee un plano nodal dextral (rake 168º) rumbo N60ºE y 87º de inclinación (Ekström et al., de rumbo N33ºW y 74º de inclinación y un plano 2012; Global CMT Catalog, 2017). nodal sinestral (rake 17º) con rumbo N61ºE y 79º Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 43 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica TABLA 2. Plano nodal seleccionado para la solución del mecanismo focal del evento principal a varias profundidades. Profundidad (km) Plano nodal 1 Plano nodal 2 Rumbo Buzamiento Rake Rumbo Buzamiento Rake 1,0 152 82 174 242 84 8 1,5 140 76 159 236 70 15 2,0 145 74 160 241 71 17 2,5 147 74 168 241 79 17 2,7 147 74 168 241 79 17 3,0 147 74 168 241 79 17 3,5 152 73 170 245 80 18 4,0 152 73 170 245 80 18 4,5 152 73 170 245 80 18 5,0 152 73 170 245 80 18 TABLA 3. Solución del tensor momento del evento principal determinadas en este estudio. Profundidad Doble Plano nodal 1 Plano nodal 2 (km) Ajuste copla (%) Rumbo Buz. Rake Rumbo Buz. Rake 2,7 91,6 84,5 150 88 180 240 90 2 Buz. Buzamiento. Adicionalmente al sismo principal, se calculó el estos casos, aunque se obtuvieron múltiples soluciones, mecanismo focal de 16 sismos (TABLA 4, FIGURA 7) todas sugieren el mismo tipo de fallamiento. con un número de observaciones de polaridades de entre 22 y 40. El procesamiento fue el mismo que el empleado Los mecanismos focales obtenidos para ambas calidades para el evento principal y la calidad de los resultados se representan fallas de desplazamiento de rumbo con un categorizó en dos grupos. La calidad A corresponde con plano nodal dextral (rake -165 a 178º) de rumbo N9- mecanismos que tienen menos de cinco soluciones, por 41ºW e inclinación 61-87º, y un plano nodal sinestral lo que existe poca variación en el rumbo y la inclinación (rake -22 a 33º) de rumbo N51-89ºE e inclinación 66- de los planos nodales posibles. La calidad B corresponde 88º (TABLA 4). con mecanismos que tienen entre 13 y 58 soluciones. En TABLA 4. Plano nodal seleccionado para la solución del mecanismo focal de los principales sismos de la secuencia (FIGURA 7). Núm. Fecha y hora UTC Cal. Pol. Plano nodal Eje P Eje T Rum. Buz. Rake Rum. Buz. Rum. Buz. 1 24-04-2016 06:09:07 B 32 150 73 162 198 0 108 25 2 01-12-2016 00:25:20 A 68 147 74 168 13 3 104 20 3 01-12-2016 00:33:13 A 32 149 77 -172 13 14 104 4 4 01-12-2016 00:57:53 A 23 171 69 158 40 0 310 30 5 01-12-2016 01:05:42 B 26 159 70 176 23 11 116 16 6 01-12-2016 01:05:54 A 40 167 62 169 212 12 308 27 7 01-12-2016 01:35:10 B 24 164 70 -165 205 25 297 4 8 01-12-2016 02:28:42 B 22 170 86 177 35 0 125 5 9 01-12-2016 04:50:53 A 36 144 87 171 190 4 99 9 10 01-12-2016 06:14:04 B 23 162 71 173 27 8 120 18 11 01-12-2016 06:15:41 A 31 159 69 -167 20 24 112 6 12 01-12-2016 07:08:36 B 28 164 70 178 27 13 121 15 13 01-12-2016 07:18:48 B 29 158 76 -175 22 14 113 6 14 01-12-2016 08:12:20 A 25 169 80 -178 34 8 125 6 15 01-12-2016 09:08:17 A 31 144 61 152 16 3 108 40 16 04-12-2016 10:06:40 B 31 139 71 175 3 10 96 17 17 04-12-2016 13:33:11 B 24 165 75 177 29 9 121 12 Buz. Buzamiento, Cal. Calidad, Pol. Número de polaridades, Rum. Rumbo. 44 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor FIGURA 6. Soluciones del mecanismo focal del evento principal derivado con la polaridad del primer arribo de la onda P para un hipocentro a varias profundidades A. 1,0 km. B. 2,7 km. C. 4,0 km. Los círculos denotan compresión y los triángulos dilatación y P y T representan los ejes de compresión y tensión, respectivamente. D. Solución del tensor momento para una profundidad de 2,7 km. Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 45 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica FIGURA 7. Mecanismos focales calculados para la secuencia de Capellades, clasificados como calidad A (negros) y B (grises). El número en cada mecanismo focal corresponde con el de la TABLA 4. INTENSIDADES isosistas (FIGURA 8A). Además, se pudo documentar que 19 réplicas fueron sentidas cerca del epicentro. Con base en los reportes recabados vía internet, se pudo determinar la intensidad con que fue percibido el sismo La IMM máxima observada fue de VI+ en las localidades principal (Mw 5,5) en 46 localidades ubicadas en todo de Capellades y Pacayas. En estos lugares hubo daños en el país. Esto permitió asignar un valor preliminar en la viviendas, deslizamientos, cortes temporales en el servicio escala de Intensidad Mercalli Modificada (IMM) para de agua y electricidad y caída de objetos. Mediante un cada localidad, con lo cual se determinó un mapa de sobrevuelo se constató que el sismo principal disparó 46 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor unos 40 deslizamientos distribuidos en un sector de 7 x En el área metropolitana de San José las intensidades 5 km, con un área total deslizada de aproximadamente fueron de entre IV en el sector este y III en el oeste. Las 4 km2. Lo anterior concuerda con una intensidad localidades más distantes de las que se tienen reportes epicentral de VI en la escala ESI-2007 (Environmental del sismo fueron Valle La Estrella y Puerto Viejo de Seismic Intensity). Los deslizamientos dispararon flujos Sarapiquí, a 85 y 60 km de distancia del epicentro, de escombros volcánicos (lahares) a lo largo de ríos respectivamente. En estas localidades fue sentido con ubicados en la vertiente sureste del volcán Turrialba (ej. una intensidad de II (FIGURA 8A). ríos Coliblanco, Playas y Turrialba), sin provocar daños a infraestructura (Linkimer y Soto, 2016). Los reportes de los usuarios de redes sociales fueron consistentes con el mapa de intensidades instrumentales Adicionalmente, hubo reportes de caída de objetos y determinado a partir de registros de movimiento del daños menores en comunidades como Cervantes de suelo de las estaciones de la RSN (FIGURA 8B). En ese Alvarado y Aquiares de Turrialba, en donde se estimó mapa se observó que el radio de percepción del sismo una IMM de VI. En las ciudades de Cartago y Turrialba fue de aproximadamente 75 km. La IMM máxima de se experimentó una intensidad de V y se reportó la caída VI fue percibida en un radio de aproximadamente 10 de objetos livianos. En las zonas con IMM V y VI, los km alrededor del epicentro, mientras que las IMM de medios de comunicación nacionales e internacionales V y IV alcanzaron distancias de hasta 20 y 30 km del informaron que la Cruz Roja y el Cuerpo de Bomberos epicentro, respectivamente. Las intensidades más bajas atendieron unos 30 incidentes que incluyeron heridos de III y II ocurrieron en un área más extensa, que incluyó leves por golpes con objetos caídos y cortaduras con estaciones ubicadas a 90-120 km al sureste del epicentro vidrios y personas con crisis nerviosas. Cinco personas que a su vez experimentaron intensidades mayores a las requirieron ser trasladas a centros médicos y unas 25 zonas aledañas, debido probablemente a efectos de sitio debieron ser evacuadas a un albergue debido a que se (FIGURA 8B). encontraban en zonas vulnerables a deslizamientos. FIGURA 8. A. Mapa de intensidades observadas. Las siguientes localidades son señaladas con una letra: Cartago (C), Valle La Estrella (E), Puerto Viejo de Sarapiquí (P), San José (S) y Turrialba (T). B. Mapa de intensidades instrumentales generado por el software ShakeMap usando las estaciones de la RSN (triángulos). Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 47 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica DISCUSIóN DEL ORIGEN Liebres. La falla Liebres transcurre por el alineamiento propuesto por Soto et al. (2010) y se alinea hacia el La secuencia sísmica, que incluye los eventos noroeste con la traza de la falla Blanquito, que corta el precursores, el sismo principal y las réplicas norte del macizo del Irazú y que había sido previamente relocalizadas entre el 30 de noviembre y el 9 de reconocida por Montero y Alvarado (1995), Montero diciembre del 2016, muestra un claro alineamiento (2003) y Alvarado et al. (2006). de rumbo nor-noroeste, entre los volcanes Irazú y Turrialba (FIGURA 9). La mayoría de las réplicas se Cabe señalar que el extremo sureste de la falla Liebres, localizaron en el extremo noroeste del alineamiento y se en donde se concentró la sismicidad del 2016, no posee distribuyeron a lo largo de unos 3 km. El sismo principal una expresión superficial prominente. La sismicidad se ubica a unos 3 km al sureste del centro del conjunto del 2016 iluminó un segmento de 8 km de longitud principal de réplicas y se alinea con otras tres réplicas invisible desde el análisis geomorfológico. Esto tiene aisladas y un grupo de tres sismos ubicados al norte de implicaciones para el potencial sísmico y la amenaza la localidad de Capellades. Con base en esto, la longitud sísmica de la zona, ya que la falla es más larga de lo que total del alineamiento de epicentros es de 8 km, desde se había identificado previamente. las cercanías de Capellades hasta la cuenca alta del río Toro Amarillo (FIGURA 3). En cuanto a los procesos que habrían disparado el movimiento de la falla Liebres y, por lo tanto, la La profundidad de la mayoría de los hipocentros secuencia sísmica de Capellades, los resultados del relocalizados varía entre algunos cientos de metros tensor momento indican que existe un porcentaje de y 4 km. Las réplicas aglomeradas al norte del evento doble copla del 84,5%. Este alto porcentaje de doble principal se distribuyen en profundidad a lo largo de copla permite descartar la influencia significativa de un plano buzando con alto ángulo hacia el suroeste fluidos en el mecanismo de ruptura o el movimiento de (FIGURA 9B). Una sección más al sur (FIGURA 9C) cizalla en un plano muy irregular. muestra que el evento principal y los eventos al sur del mismo parecen pertenecer al mismo plano de falla que La falla Liebres discurre a menos de 5 km de las cimas los eventos en el norte. de los volcanes Irazú y Turrialba. El volcán Irazú se encuentra en calma eruptiva desde 1965, mientras que Es notorio el bajo número de réplicas localizadas en la el volcán Turrialba entró en un periodo de actividad zona del sismo principal. Una posible explicación es interna acentuada desde el 2007, y eruptiva desde enero que la falla rompiese completamente a lo largo de ese del 2010, que se mantiene hasta noviembre del 2017. sector, dejando una zona de asperezas en el extremo Previo al sismo de Capellades, entre abril y noviembre noroeste, en donde ocurrieron la mayoría de las réplicas. del 2016, este volcán mantuvo una actividad muy estable caracterizada por emisiones de ceniza con volúmenes y Otro aspecto relevante es la localización de al menos alturas de columna variables (<4 km sobre el cráter), 11 sismos en la zona entre la cima del volcán Irazú y y esporádicamente proyecciones de bloques en las la localidad de Capellades, los cuales no se encuentran proximidades del cráter activo. Durante ese periodo alineados con el resto de eventos, pese a haber ocurrido no hubo cambios mayores en la actividad del volcán ni durante el periodo de réplicas (FIGURA 4C). En el tampoco cambios o erupciones relevantes durante los perfil de la FIGURA 9C se observa que estos sismos meses posteriores a la secuencia de Capellades. dispersos podrían haberse originado en una o varias fallas con buzamiento general hacia el este, activadas La cercanía geográfica de la falla Liebres al volcán por el movimiento principal. La falla reconocida más Turrialba y la ocurrencia de la secuencia de Capellades, cercana a estos epicentros es la falla Irazú (Montero y durante el estado eruptivo de este volcán, motiva Alvarado, 1995; Montero, 2003). preguntas sobre el posible disparo de la actividad sísmica debido a cambios de esfuerzos en la vecindad El comportamiento espacio-temporal de la secuencia de la falla Liebres causados por el movimiento del sísmica de diciembre del 2016 y las características de la magma en la corteza media-superior o en los reservorios fuente que se desprenden de los mecanismos focales y más someros dentro del propio edificio volcánico. No el tensor de momento permiten interpretar que el origen cabe duda de que hay una estrecha correlación entre es una falla casi vertical de tipo dextral y rumbo nor- sismicidad y volcanismo en los ambientes cordilleranos noroeste. Esta estructura se denomina en este trabajo de subducción, y en particular para algunos volcanes “falla Liebres” debido a que se ubica en la zona de la finca individuales, aunque los detalles de estas correlaciones 48 Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 Lepolt Linkimer, Ivonne G. Arroyo, Gerardo J. Soto, Juan Luis Porras, María Cristina Araya, Mauricio M. Mora, Magda Taylor aún no sean conocidos en toda su dimensión (ej. McNutt CONCLUSIONES y Roman, 2015). Lücke et al. (2010) sugieren mediante estudios geofísicos que los reservorios magmáticos de los El sismo de Capellades del 30 de noviembre del 2016 volcanes Turrialba e Irazú no se encuentran directamente (Mw 5,5) se originó entre los volcanes activos Irazú bajo los macizos, sino desplazados hacia el suroeste, por y Turrialba, a una profundidad bastante somera (2,7 lo que se dificulta entablar una correlación directa entre km). Ha sido el sismo de mayor magnitud en este los movimientos magmáticos y la deformación cortical sector oriental de la Cordillera Volcánica Central desde en el sitio de la falla Liebres. Por lo tanto, se necesitan el terremoto de Patillos de 1952 (Ms 5,9) y el primer estudios de deformación regional más detallados para sismo de Mw > 5,0 registrado por la RSN en el edificio explorar una posible correspondencia entre la secuencia volcánico del Turrialba. sísmica y la actividad volcánica del Turrialba. FIGURA 9. A. Mapa de epicentros de la secuencia de Capellades. B. Perfil norte perpendicular a la falla Liebres. C. Perfil sur perpendicular a la falla Liebres. Los perfiles incluyen los hipocentros localizados a 2 km a ambos lados del eje. La configuración de la red de estaciones alrededor de desplazamiento de rumbo dextral, casi vertical y con la fuente sísmica permitió una localización precisa orientación nor-noroeste, que corta la Unidad Finca de la secuencia sísmica, así como la determinación Liebres y las cabeceras del río Toro Amarillo. Esta del mecanismo focal y el tensor de momento. Con estructura ha sido denominada falla Liebres y podría base en el análisis sismológico y las observaciones ser la prolongación austral de la falla Blanquito, que geomorfológicas y geológicas previas, se concluye corta el volcán Irazú. que el origen de la secuencia sísmica es una falla de Boletín de Geología - Vol. 40 Num. 2 49 El sismo de Capellades del 2016 y su secuencia sísmica: Manifestación de fallamiento de rumbo en el arco volcánico de Costa Rica El evento principal de la secuencia fue sentido en casi Recent volcanic history of Irazú volcano, Costa todo Costa Rica, con una intensidad máxima de VI+ Rica: Alternation and mixing of two magma en la zona epicentral. Los deslizamientos importantes batches, and pervasive mixing. In: W.I. Rose, estuvieron restringidos a un área de 35 km2 alrededor G.J.S. Bluth, M.J. Carr, J.W. Ewert, L.C. Patino, del epicentro. A pesar de que en esta ocasión los daños and J.W. Vallance (Ed.). Volcanic hazards in no fueron severos y no hubo pérdidas humanas ni Central America (pp. 259-276). Geological Society heridos graves, este sismo es un ejemplo más de una of America Special Paper, 412. lista de terremotos originados en las fallas del arco volcánico que enfatiza la importancia del estudio de las Barquero, R., Soto, G., y Lesage, P. (1992). Volcán fallas activas en este sector del país para la evaluación Irazú, informe vulcanológico período enero 1991 - apropiada de la amenaza sísmica. mayo 1992. Informe interno Oficina de Sismología y Vulcanología del Instituto Costarricense de AGRADECIMIENTOS Electricidad, San José. Este trabajo ha sido posible gracias a los recursos Barquero, R., Lesage, P., Metaxian, J.P., Creusot, A., y económicos y de personal brindados por la Universidad Fernández, M. (1995). La crisis sísmica en el volcán de Costa Rica (UCR) y el Instittuto Costarricense Irazú en 1991 (Costa Rica). Revista Geológica de de Electricidad (ICE), y al finaciamiento que la RSN América Central, 18, 5-18. doi: 10.15517/rgac. recibe de la Ley Nacional de Emergencias Nº 8488. Se v0i18.13494. agradece el apoyo de la Rectoría de la UCR a través de asistentes y los recursos de los siguientes proyectos Denyer, P., Montero, W., y Alvarado, G. (2003). Atlas financiados por la Vicerrectoría de Investigación de la Tectónico de Costa Rica. San José: Universidad de UCR: “Vigilancia Sísmica de Costa Rica” (113-B5-704); Costa Rica. “Estudio del catálogo de sismos de la Red Sismológica Nacional de Costa Rica” (113-B5-A02); “Apoyo de Ekström, G., Nettles, M., and Dziewonski, A.M. (2012). asistentes a la Sección de Sismología, Vulcanología The global CMT project 2004-2010: Centroid- y Exploración Geofísica” (113-A1-716) y “Geofísica moment tensors for 13,017 earthquakes. Physics y Geodinámica Interna del Arco Volcánico de Costa of the Earth and Planetary Interiors, 200-201, 1-9, Rica” (113-B5-A00). Reconocemos la labor de los doi: 10.1016/j.pepi.2012.04.002. técnicos Luis Fernando Brenes y Jean Paul Calvo por el mantenimiento de la red de instrumentos. Los asistentes Fan, G., Beck, S.L., and Wallace, T.C. (1993). The Kevin Godínez, Allan Sanabria, Roberto Masís y Silvia seismic source parameters of the 1991 Costa Carvajal colaboraron en la localización de sismos y la Rica Aftershock Sequence: Evidence for a recolección de datos de intensidades. transcurrent plate boundary. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 98(B9), 15759-15778. doi: 10.1029/93JB01557. REFERENCIAS Fernández, M., Mora, M., y Barquero, R. (1998). Los Alonso-Henar, J., Montero, W., Martínez-Díaz, J., procesos sísmicos en el volcán Irazú (Costa Rica). Álvarez-Gómez, J., Insua-Arévalo, J., and Rojas, Revista Geológica de América Central, 21, 47-59. W. (2013). The Aguacaliente Fault, source of doi: 10.15517/rgac.v0i21.8600. the Cartago 1910 destructive earthquake (Costa Rica). 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