Interseismic deformation at subduction zones investigated by 2D numerical modeling: Case study before the 2010 Maule earthquake

• Marcelo Contreras ^[1] ; Andrés Tassara ^[2] ; Muriel Gerbault ^[3] ; Rodolfo Araya ^[1] ; Klaus Bataille ^[2]
  1. [1] Universidad de Concepción

     Universidad de Concepción

     Comuna de Concepción, Chile

     
  2. [2] Departamento de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción,Chile
  3. [3] Geosciences Environnement Toulouse, Francia

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• Localización: Andean geology: Formerly Revista geológica de Chile, ISSN-e 0718-7106, ISSN 0718-7092, Vol. 43, Nº. 3, 2016, págs. 247-262
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Deformación intersísmica en zonas de subducción investigada por modelos numéricos 2D: Estudio de caso antes del terremoto del Maule 2010
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• Resumen
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    Estudiamos la deformación intersísmica que precedió al terremoto Mw8.8 del Maule 2010 por medio de modelos de elementos finitos en dos dimensiones. Nuestro objetivo es comprender los factores fundamentales que controlan la acumulación y liberación de strain elástico en zonas de subducción, y evaluar distintas aproximaciones en la modelación del desplazamiento superficial observado por GPS. Desarrollamos un código de elasticidad lineal que permite implementar geometrías realistas de la placa subductada según datos de control geofísicos. Mediante esta herramienta testeamos la influencia del espesor de la placa subductada, variaciones en el límite superior e inferior de una zona 100% acoplada del contacto interplacas, parámetros elásticos del material, y reducción de velocidad en la base de la placa subductada. La comparación de las predicciones del modelo contra observaciones de GPS intersísmicas en un perfil EW que cruza el área de ruptura del terremoto del Maule permite determinar los parámetros que mejor reproducen las observaciones. Nuestros resultados indican poca influencia del espesor de la placa subductada para un límite inferior de acople dado, el que a su vez tiene una gran influencia sobre la deformación superficial. Sin embargo, el ajuste a las observaciones se logra solo luego de reducir la velocidad en la base del slab bajo el área de la fosa a un 10% de la velocidad de convergencia. Nosotros ligamos este novedoso resultado con modelos numéricos complementarios que gradualmente incorporan escalas de tiempo largas y complejidades reológicas con el fin de evaluar el significado mecánico de este resultado cinemático. Esto nos permite relacionar la reducción de velocidad en la base de la placa subductada con un estado de alto estres flexural en el largo plazo resultante de la interacción mecánica de la placa con el manto circundante. Incluso una pequeña proporción de estos altos estreses deviatóricos podrían ser transferidos a la parte superior de la placa subductada como energía elástica que pudiera a su vez participar en la carga mecánica de la falla de subducción y por tanto en la generación de grandes terremotos.

  • English

    We study interseismic deformation preceding the Mw8.8 2010 Maule earthquake by means of two-dimensional finite-element modeling. Our goal is to gain insight into the fundamental factors controlling elastic strain build-up and release in subduction zones, and to evaluate different modeling approaches of surface displacement as observed by GPS. We developed a linear elasticity solver that allows us to implement a realistic subducting plate geometry constrained by geophysical data. We test the influence of subducting plate thickness, variations in the updip and downdip limit of a 100% locked interplate zone, elastic parameters, and velocity reduction at the base of the subducted slab. We compared our modeled predictions with interseismic GPS observations along an EW profile crossing the Maule earthquake rupture area, in order to determine best fitting parameters. Our results indicate little influence of the subducting plate thickness at a given downdip limit, which itself has a strong influence on surface deformation. However, the fit to observations is achieved only after reducing the velocity at the base of the subducted slab below the trench region to 10% of the far-field convergence rate. We link this novel result to complementary numerical models that gradually evolve toward considering longer time-scales and complex rheology in order to evaluate the mechanical meaning of the above mentioned inferred kinematic conditions. This allowed us to link the velocity reduction at the base of subducting slabs with a long-term state of high flexural stress resulting from the mechanical interaction of the slab with the underlying mantle. Even a small amount of theses high deviatoric stresses may transfer towards the upper portion of the slab as strain energy that could participate into the mechanical loading of the megathrust and therefore in triggering large earthquakes there.