Análisis y propuesta de relaciones empíricas de escalamiento de magnitudes para el potencial sísmico en Centroamérica

Abstract

América Central es una región sísmicamente activa donde interactúan cinco placas tectónicas (Norteamérica, Caribe, Coco, Nazca y Sudamérica) y la microplaca de Panamá, en una zona de subducción con fallas transformantes y cercana a puntos triples. Este entorno tectónico complejo hace que la estimación del potencial sísmico (magnitud máxima) sea una tarea muy importante. Existen una serie de fórmulas empíricas mediante las cuales se puede estimar el potencial de las fallas a partir de parámetros geométricos de ruptura de terremotos. En este estudio se hizo uso de estas fórmulas para aproximar la magnitud de sismos importantes ocurridos en la región, comparando magnitudes estimadas con las observadas instrumentalmente. Además, se proponen leyes de escalamiento propias para América Central, con base en el conjunto de datos más completo de terremotos relevantes generados por fallas corticales y mejor caracterizados en la región. La base de datos se compone de 64 terremotos ocurridos en América Central entre 1972 y el 2021, con magnitudes entre 4.1 y 7.7 Mw. Este catálogo de sismos consiste en una recopilación de los parámetros de ruptura relativamente bien establecidos de cada terremoto (longitud, ancho, área, deslizamiento, magnitud) y características (ubicación, posible falla asociada, así como las réplicas relacionadas). Los registros de esta base de datos fueron categorizados siguiendo un esquema de pesos, de acuerdo con: 1) el año de ocurrencia, 2) la literatura disponible, 3) la cantidad réplicas tempranas, 4) el conocimiento de la falla asociada y 5) la magnitud del sismo. Con base en esto, se analizaron 19 relaciones empíricas desarrolladas a nivel mundial, y se seleccionaron 13 de ellas para evaluar cuales estiman de mejor manera las magnitudes para el contexto tectónico de América Central. La evaluación de la precisión del ajuste ha sido determinada por medio de un esquema basado en valores estadísticos de: promedio, mediana, error medio cuadrático y error estándar de los residuales, determinando cuatro categorías (A, B, C y D), donde A son las ecuaciones con mejores condiciones y D los que poseen peores ajustes. Los resultados de los ajustes son sintetizados en árboles lógicos para el uso de las distintas relaciones de escalamiento de magnitudes de terremotos (REMT) por cada parámetro de ruptura, los cuales se recomiendan para los futuros análisis de amenaza sísmica en la región. Para los parámetros de ruptura de más amplio uso (longitud y área de ruptura), se recomienda el uso de la ecuación de Thingbaijam et al. (2017), siendo esta la que mejores ajustes presenta con respecto a los datos observados. Esta relación estima áreas de ruptura y valores de aspect ratio considerablemente mayores a otras, como, por ejemplo, las desarrolladas con registros de terremotos de Nueva Zelanda. Esto sugiere, que se requieren longitudes de ruptura y áreas mucho más grandes en América Central con respecto a Nueva Zelanda, para poder provocar sismos de la misma magnitud. Una posible consideración sobre esto es que las rocas de la corteza en Centroamérica podrían presentar un módulo de rigidez (μ), considerablemente más bajo que las de Nueva Zelanda, con lo cual se explicaría en cierta medida el porqué de que los terremotos corticales en América Central no presenten ruptura superficial, ni magnitudes tan grandes con tanta frecuencia como si ocurre en Nueva Zelanda. Finalmente, se proponen nuevas relaciones empíricas para los parámetros de longitud, ancho y área de ruptura. Estas relaciones específicas para América Central son de gran utilidad y un aporte muy importante para su uso en futuros estudios de amenaza sísmica. Las ecuaciones propuestas han sido validadas por medio del mismo análisis de residuales aplicado a las REMT mundiales y se han determinado mejores valores estadísticos del ajuste, con lo cual, finalmente se propone el uso de árboles lógicos que combinan las propuestas para la región y las mundiales. Con base en esto, se sugiere realizar estimaciones de la magnitud utilizando estos árboles lógicos, así como considerar siempre la longitud máxima y segmentada de la falla, un análisis de la sismicidad histórica que ha presentado dicha falla, y diferenciando entre rupturas en profundidad en la zona sismogénica y rupturas en superficie. La selección de REMT para una región específica es un componente particular, pero muy importante en el análisis y cálculos de la amenaza sísmica. La base de datos de terremotos compilada, la recopilación y sugerencia de ecuaciones por implementar, así como las propuestas desarrolladas, contribuyen como un paso muy relevante para la adecuada caracterización de la amenaza y riesgo sísmico en la región.