Seismotectonics and lithospheric-scale strain partitioning in relation to complex plate convergence settings
- Autores: David Amador Luna
- Directores de la Tesis: Carlos Fernández Rodríguez (dir. tes.), Francisco Manuel Alonso Chaves (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2025
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 224
- Títulos paralelos:
- Sismotectónica y partición de la deformación a escala litosférica en relación con contextos complejos de convergencia de placas
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Industrial y Ambiental por la Universidad de Huelva
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Arias Montano
- Resumen
- español
Los contextos complejos de convergencia de placas se caracterizan por la interacción de distintos tipos de fallas activas (normales, inversas y de desgarre) o, a una escala mayor, por la confluencia de diversas placas tectónicas. Estos escenarios generan regiones de alta complejidad sismotectónica, en las que, en algunos casos, se presentan núcleos de alta densidad de población o proximidad a zonas industriales. Por ello, resulta fundamental el estudio y la elaboración de mapas de riesgo sísmico más precisos. Uno de los avances clave de esta investigación es el uso de big data sísmico para el desarrollo de un nuevo método de análisis denominado "método de las lonchas". Este método permite delimitar niveles sismogenéticos (“lonchas”) a partir de los cuales se generan mapas de densidad (kernel), facilitando la construcción de modelos tridimensionales de estructuras sísmicamente activas. Aprovechando la relevancia de los terremotos ocurridos en Turquía y Siria en 2023, se puso a prueba esta metodología aplicándola a dos conjuntos de datos sísmicos: un primer conjunto sin procesar y otro conformado por terremotos relocalizados de alta fiabilidad. En ambos casos, se aplicó el mismo procedimiento, obteniendo interpretaciones coincidentes y demostrando la eficacia del método. El uso del método kernel actuó como filtro, permitiendo obtener resultados equiparables. El análisis en la Zona de Falla del Este de Anatolia permitió identificar cinco lonchas, generando una imagen tridimensional de la falla. Se detectaron zonas previamente inactivas que se reactivaron tras los eventos sísmicos de 2023, así como una estructura en forma de palma a lo largo de la falla principal. Se identificaron diferencias en el comportamiento sismotectónico a lo largo de la falla, diferenciando entre regiones transtensivas al sur y oeste, una zona transpresiva al norte y un segmento central de desgarre puro. La falla Nurdagi-Pazarcik, previamente considerada una splay fault, fue reinterpretada no como una rama secundaria, sino como parte del brazo oriental de la falla principal, convergiendo en profundidad con la denominada main fault. También se realizó un estudio cinemático y la elaboración de perfiles reológicos para explicar la segmentación de la falla en el marco de la tectónica de placas y la distribución sísmica en profundidad. Este mismo método se aplicó a la cuenca de Granada, una región con una alta actividad sísmica histórica y múltiples enjambres sísmicos recientes, destacando tres entre 2020 y 2022. Se identificaron cuatro lonchas con patrones de sismicidad orientados NW-SE y NE-SW. En profundidad, estos patrones parecen converger en un despegue basal a 10-15 km de profundidad, con un ligero buzamiento hacia el WSW. Esta estructura se asocia con un régimen extensional vinculado a la convergencia entre Nubia y Eurasia. A partir de los núcleos de densidad, se identificaron fallas de alto y bajo ángulo que convergen en dicho despegue, sugiriendo un desplazamiento predominante hacia el SSW. Este detachment parece truncarse al este por una estructura con orientación N-S y buzamiento al sur en la Sierra de Loja, y al oeste por una falla NW-SE en el extremo oriental de la cuenca. La orientación estimada de los núcleos de densidad coincide con la prolongación del límite entre las zonas interna y externa de las Béticas. En la segunda parte de la tesis, se evaluó la eficacia del método Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio en el estudio del basamento de la cuenca del Guadalquivir. Se realizaron mediciones de ruido sísmico en el extremo occidental de la cuenca, lo que permitió desarrollar una nueva relación empírica para la zona (ℎ=80.16·�0−1.48). Esta relación permitió estimar la profundidad del basamento mecánico, reconstruir la paleotopografía tortoniense y detectar fracturas que condicionan la morfología actual del terreno. Se determinó que el basamento mecánico presenta una tendencia paralela al contacto basamento-cobertera, con una inclinación de 1-3º hacia el sureste y rupturas de pendiente coincidentes con los cursos fluviales. Se detectaron ligeras discrepancias entre los sondeos mecánicos y las estimaciones de este método, probablemente debido a la presencia de unidades mecánicamente duras, como las calcarenitas de Niebla. El modelo resultante sugiere una configuración de horst y graben, donde los altos estructurales corresponden a zonas elevadas (como los Cabezos de Huelva) y las depresiones a áreas de marisma. Estos avances abren nuevas oportunidades de investigación en otros contextos tectónicos, con aplicaciones potenciales en estudios de riesgo sísmico, planificación territorial y evaluación de la evolución tectónica en orógenos activos
- English
Complex plate convergence contexts are characterized by the interaction of various types of active faults (normal, reverse, and strike-slip) or, on a larger scale, by the convergence of different tectonic plates. These scenarios create regions of high seismic-tectonic complexity, some of which are located near densely populated areas or industrial zones. Thus, it is essential to study and develop more precise seismic hazard maps. One of the key advances of this research is the use of seismic big data for the development of a new analytical method known as the "slice method." This method allows for the delimitation of seismogenic levels ("slices"), from which density maps (kernel) are generated, facilitating the construction of three-dimensional models of seismically active structures. Taking advantage of the significance of the 2023 earthquakes in Turkey and Syria, this methodology was tested by applying it to two seismic datasets: one unprocessed and the other consisting of highly reliable relocated earthquakes. In both cases, the same procedure was applied, yielding consistent interpretations and demonstrating the method's effectiveness. The use of the kernel method acted as a filter, allowing for comparable results. Analysis of the East Anatolian Fault Zone identified five slices, generating a three-dimensional image of the fault. Previously inactive areas were reactivated after the 2023 seismic events, and a palm-like structure was observed along the main fault. Moreover, differences in seismic-tectonic behavior were identified along the fault, distinguishing transtensional regions to the south and west, a transpressive zone to the north, and a central strike-slip segment. The Nurdagi-Pazarcik fault, previously considered a splay fault, was reinterpreted not as a secondary branch but as part of the eastern arm of the main fault, converging at depth with the so-called main fault. A kinematic study and the development of rheological profiles were also conducted to explain the fault segmentation within the framework of plate tectonics and the seismic distribution at depth. This method was also applied to the Granada Basin, a region with a history of significant seismic activity and multiple recent seismic swarms, including three notable events between 2020 and 2022. Four slices with NW-SE and NE-SW seismicity patterns were identified. At depth, these patterns appear to converge in a basal detachment at 10-15 km depth, with a slight dip toward the WSW. This structure is associated with an extensional regime linked to the convergence between the Nubian and Eurasian plates. From the density cores, high- and low-angle faults converging at the detachment were identified, suggesting a predominant displacement toward the SSW. This detachment appears to be truncated in the east by a north-south oriented structure with a southward dip in the Sierra de Loja and in the west by an NW-SE fault at the eastern end of the basin. The estimated orientation of the density cores matches the extension of the boundary between the internal and external zones of the Betics. In the second part of the thesis, the effectiveness of the Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio method was evaluated for studying the basement of the Guadalquivir Basin. Seismic noise measurements were taken in the western end of the basin, which enabled the development of a new empirical relationship for the region (ℎ=80.16·�0-1.48). This relationship allowed for the estimation of the mechanical basement depth, reconstruction of the Tortonian paleotopography, and detection of fractures that influence the current terrain morphology. The results determined that the mechanical basement trends parallel to the basement-cover contact, with a 1-3º dip toward the southeast and slope breaks coincident with river courses. Minor discrepancies were found between mechanical boreholes and the estimates from this method, likely due to the presence of mechanically hard units, such as the Niebla calcarenites. The resulting model suggests a horst-and-graben configuration, where the structural highs correspond to elevated zones (such as the Cabezos de Huelva) and the depressions correspond to marshland areas. These advances open new research opportunities in other tectonic contexts, with potential applications in seismic risk studies, territorial planning, and the evaluation of tectonic evolution in active orogens.
- español
