Modelización 3D de la estructura, la cinemática y el comportamiento sismogénico del sistema de fallas de las Béticas Orientales: aplicación a la amenaza sísmica

• Autores: Paula Herrero Barbero
• Directores de la Tesis: José Antonio Álvarez Gómez (dir. tes.), José Jesús Martínez Díaz (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Número de páginas: 318
• Títulos paralelos:
  • 3D modeling of the structure. kinematics and seismogenic behavior of the Eastern Betic and fault system: applications to seismic hazard analysis
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan M. Insua Arévalo (presid.), Héctor Perea Manera (secret.), Rafael Benites (voc.), Iván Martín Rojas (voc.), Eulàlia Masana Closa (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Geología e Ingeniería Geológica por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Geología
      • Geología estructural
    • Geofísica
      • Tectónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    El Sistema de fallas de las Béticas Orientales (SE de España) es un buen ejemplo de un región activa de baja deformación. La falta de estimaciones de tasas de deslizamiento en algunas de sus secciones de falla, así como su moderada a baja sismicidad, han hecho que, a menudo, se infraestimara su potencial de generar terremotos importantes. Esta Tesis Doctoral aborda el estudio de esta región activa a diferentes escalas, centrándose en sus geometrías 3D, la interacción entre ellas y la estimación de tasas de deformación, evaluando su influencia en la distribución espacio-temporal de la sismicidad regional a largo plazo y en la amenaza sísmica.

    Inicialmente, la investigación se centra en la terminación NE de una de las fallas más activas de las Béticas Orientales: la Falla de Alhama de Murcia. Su cercanía a grandes poblaciones como Murcia hace necesario evaluar su peligrosidad. Realizamos una interpretación estructural de perfiles de sísmica de reflexión, sondeos y datos estructurales del sector SO de la cuenca de Fortuna, controlada por la falla. El modelo estructural 3D propuesto muestra evidencias de reactivación transpresiva e inversión de la cuenca en el Mioceno superior, y permite discutir el control de esta falla en la formación de la cuenca como una antigua falla extensional miocena. También ha proporcionado marcadores necesarios para aplicar métodos cinemáticos de restitución de perfiles transversales, y estimar así una tasa de deslizamiento neto máxima a largo plazo de 0.32(+0.18/-0.13) mm/a. El resto de tasas estimadas a lo largo de la sección Alhama de Murcia-Alcantarilla muestran una disminución hacia el extremo NE de la falla, apoyando la hipótesis de que, al menos la cercana Falla de Carrascoy, habría absorbido parte de la componente de acortamiento NNO-SSE durante el Plio-Cuaternario.

    Para analizar cómo influyen estas propiedades físicas de las fallas en la sincronización de sus ciclos sísmicos dentro de un sistema, se ha empleado la generación de sismicidad sintética de larga duración a partir de un modelo 3D de las Béticas Orientales. Se ha aplicado el simulador cuasi-dinámico de terremotos RSQSim, que emplea las ecuaciones de fricción dinámica `rate and state¿ para reproducir los procesos que controlan la nucleación y propagación de la rotura. Los catálogos sintéticos de 100 ka de duración obtenidos muestran que todas las fallas del sistema son capaces de nuclear terremotos mayores a Mw 6. El estudio aborda el posible comportamiento de la rotura durante estos eventos excepcionales. En este sentido, las simulaciones sugieren que estas fallas serían físicamente capaces de generar roturas multi-sección, pudiendo propagarse grandes roturas complejas entre fallas cercanas. La transferencia de esfuerzos entre fallas controla además la generación de secuencias de eventos de gran magnitud que contribuyen a la gran variabilidad de tiempos inter-evento observada en el catálogo sintético.

    Los resultados tienen implicaciones en la amenaza sísmica regional, que hemos abordado mediante la elaboración de escenarios de aceleraciones del terreno desde una aproximación determinista, incorporado el posible efecto de amplificación debido a las propiedades dinámicas de los suelos. Se concluye que algunas áreas urbanas de las Béticas Orientales, como las cuencas del Bajo Segura y Murcia, presentan una especial susceptibilidad a alcanzar valores de aceleración PGA de hasta 0.6 g en el caso más extremo, debido a la cercanía a fallas con elevado potencial sísmico y por el emplazamiento sobre potentes suelos arcillosos blandos altamente sensibles a la amplificación del movimiento.

    De esta Tesis Doctoral se revela la importancia de considerar a las fallas de un sistema de manera conjunta al evaluar la peligrosidad sísmica regional, y nos aporta una visión a largo plazo de la historia sísmica de las fallas de las Béticas Orientales, explorando el comportamiento de la rotura en terremotos de los que no tenemos precedentes históricos.

  • English

    Characterizing the relationship between the occurrence of earthquakes and the threedimensional geometry, kinematics and deformation rates of the faults of an active region is essential for the seismic hazard assessment. In areas with slow deformation, the study of active faults is complex due to the scarce evidence of recent tectonic activity, often vague or covered by intense surface processes, and a limited and inaccurate historical seismic record.

    The Eastern Betic Fault System (also known as the Eastern Betic Shear Zone), is located southeast of the Iberian Peninsula and belongs to the Trans-Alboran Shear Zone. It is a good example of an active system formed by faults with low deformation rates (mostly, less than 1 mm/yr). The lack of slip-rates and other kinematic data in some of their fault sections, as well as their moderate to low seismicity, have often led to an underestimation of the seismogenic potential of these faults to generate major earthquakes. The MW 5.1 Lorca earthquake that occurred in May 2011, associated with this fault system and causing fatalities and significant material damage, revealed the urgent need to going into detail about the seismogenic behavior of these faults. This dissertation addresses the study of the Eastern Betic Fault System at different scales, focusing on its 3D structure, the estimation of deformation rates and the fault interactions, and evaluating how the latter influence the spatio-temporal distribution of long-term seismicity.