5.4. Enjambre sísmico de Ometepe de Agosto de 2005, Nicaragua

Fabio Segura Mojica

 

Resumen

En el volcán Maderas, uno de los dos volcanes de la Isla de Ometepe, localizada en el Gran Lago de Nicaragua, el tres de agosto empezó un episodio sísmico de los tantos que ocurren en el arco volcánico de Nicaragua tipo enjambre con una duración de una decena de días en su parte más relevante; un evento sísmico MW 6.2 fue el de mayor nivel de magnitud y se dejó sentir en el Maderas con intensidad VI y por casi toda la costa del Pacífico con intensidad de III (MM; A. Morales, comunicación personal); los daños fueron severos en construcciones de baja calidad estructural y ocurrieron deslizamientos, derrumbes y caída de bloques de gran tamaño. El epicentro se localizó al SE del volcán Maderas en el fondo del lago y parece asociado a prolongación de fallas que aparecen en el mapa geológico del volcán Maderas. El movimiento es de rumbo congruente con fallas localizadas en el campo. El valor bajo de b (0.7), de la relación Gutenberg-Richter, sugiere tendencia a eventos de magnitud moderada. Los epicentros, cortes sísmicos y mecanismos focales sugieren numerosas fallas en los alrededores del volcán Maderas con profundidades máximas de 20 km.  El potencial sísmico es alto especialmente al SE del Maderas y las numerosas fallas del Sur del mismo potencian salidas magmáticas dada su cantidad y profundidad.

 

Introducción

La actividad eruptiva del volcán Concepción se remonta al siglo XVIII caracterizado por explosiones y emanaciones piroclásticas, lavas, gases y ceniza. La sismicidad se comenzó a monitorear instrumentalmente desde 1975 con la creación del Instituto de Investigaciones Sísmicas, tanto con equipo telemétrico como portátil y ha sido claro que el área de la Isla de Ometepe y alrededores es sísmicamente activa. Entre 1975 y 1979 se hizo un mapa epicentral que mostró epicentros al NO del Concepción, dentro del lago, algunos sismos en Concepción y algunos al SO del volcán Maderas. La actividad se mantuvo a buen ritmo durante 1975-79. Un mecanismo focal compuesto con corrimiento por el rumbo (Darce y Rodríguez 1979). El volcán Maderas, por su lado es un cono mixto con intercalaciones de lavas andesíticas, lavas basálticas y piroclásticas. La cumbre inactiva del cráter contiene un lago pequeño a lo largo del lado este; dos pequeños focos de explosión están localizados en el flanco exterior noreste cerca de punta Gorda.

 

El tres de agosto empezó un enjambre sísmico en la Isla de Ometepe (280 km2 de área), localizada en el centro del Lago Cocibolca comúnmente llamado Gran Lago de Nicaragua y conformada por dos colosales volcanes, el Concepción (1600 m.s.n.m.) con morfología cónica y muy simétrica y Maderas (1400 m.s.n.m.) con morfología asimétrica,  articulados por un estrecho istmo (Istián). El sismo inicial,  localizado a las 04.10am hora local, alcanzó magnitud 2.4 ML, 17 minutos después ocurrió otro evento de  ML 4.9 y hora y media después un sismo de ML 5.7 (6.2 MW). La ocurrencia de este último en la parte SE del volcán Maderas durante la madrugada del mismo 3 de agosto junto con la actividad moderada iniciada días antes con emisión de ceniza en el volcán Concepción causó gran alarma dado que el evento conmovió todo el Pacífico y parte de la región central del país. El análisis actual abarca desde el 3 de agosto (últimas 6 horas) hasta el 31 de del mismo mes contabilizándose 569 sismos localizados, en ese lapso.

El comportamiento conjunto volcano tectónico a través de la generación de sismo se aprecia en el histograma que se muestra en la Figura  5.4.1.

 

Figura 5.4.1. Histograma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La historia de esta crisis sísmica comienza con las últimas 6 horas del día tres y se extiende hasta el último día del mes. Como puede apreciarse, la tasa de sismos por día decayó rápido y en cuestión de catorce días las cosas regresaron a la normalidad, al menos desde el punto de vista sísmico, después de una situación de incertidumbre dado que la sismicidad se concentró en el Sur y alrededores  del volcán Maderas, mientras las emisiones de materiales gases y ceniza se concentraban en el volcán Concepción. Tal situación obligó a preparar mecanismos planificados para atender eventualidades como la experimentada en esta ocasión.

 

Cuadro Geológico

La Isla de Ometepe tiene origen volcánico estando conformada por dos volcanes que se alzan en el fondo del Lago de Nicaragua. Forma la parte final del segmento Sur de la cordillera de los Maribios De estos dos macizos volcánicos de escudo el Concepción es el que ha mostrado actividad reciente, según las rocas del Maderas de mayor antigüedad relativa. Por su lado el volcán Maderas tiene una estructura geológica más antigua y erosionada;  presenta un graben que secciona la parte central mediante dos fallas con rumbo NO además de bifurcaciones tanto al norte como al sur con rumbo ligeramente NE (Sebesta 2001). Durante el cuaternario, fracturaciones profundas, paralelas a la costa del Pacífico dieron salida al vulcanismo que originó la Cordillera de los Maribios (Ferrey y Williams, 1971).

 

Sismicidad

Los sismos se relocalizaron utilizando un modelo cortical derivado con técnica de tomografía sísmica (Segura y Tenorio 1999), según se muestra en la Figura 5.4.2.

 

 

Figura 5.4.2. Comparación de modelos corticales

Figura 5.4.3. Mapa epicentral con relocalización de la muestra

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En el gráfico se destacan los primeros 100 km de profundidad dado que la actividad sísmica es somera. En color verde se presenta el modelo cortical que se usa en la rutina diaria y en color rojo el modelo usado en este análisis. Esta relocalización se ejecutó para mejorar la calidad de localización ya que los errores epicentrales son grandes cuando se aplica el modelo cortical ordinario. El mapa epicentral logrado así se aprecia en la figura 5.4.3.

 

El mapa epicentral muestra la cantidad de sismos generados en los veintinueve días que se consideraron como la parte más relevante de la crisis sísmica de la Isla de Ometepe y asociados de manera especial con el volcán Maderas.

 

Los precursores localizables fueron nueve sismos según se observa en la Figura 5.4.4.

 

En el mapa epicentral se graficaron los epicentros de los nueve sismos que precedieron al sismo más violento (Mw 6.2) ocurrido de la secuencia de sismos en y vecindades de la Isla de Ometepe. Cabe destacar que el sismo ML 4.9 fue el segundo sismo precursor y el evento violento ocurrió muy cerca de éste.

 

La tendencia geométrica de  los epicentros próximos al Maderas coincide con el rumbo de uno de los sistemas de fallas, el que atraviesa el Maderas en su mitad este. Los dos epicentros al norte del Concepción están próximos a fallas reconocidas.

 

 El evento de mayor importancia (MW 6.2) ocurrió en la parte SE del volcán Maderas y eso repercutió en el sistema de fallas localizadas en éste y fallas que se prolongan a partir de ambos volcanes en el fondo del lago.

 

Es importante notar que los sismos mayores (ML ≥ 4.0) sucedieron en el Volcán Maderas y vecindades al SE del mismo y solamente la sismicidad de menor magnitud se disparó en la parte Sur y SO del mismo, como se aprecia en la Figura 5.4.5. Este enjambre, asociado al volcán Maderas es el primero que se registra desde 1975, año a partir del cual ya hubo monitoreo instrumental local en Nicaragua.

 

El mapa epicentral reúne los sismos de mayor importancia durante el enjambre del mes de agosto en la Isla de Ometepe.

 

 

Figura 5.4.4. Mapa de epicentros precursores del sismo más fuerte ocurrido en la Isla de Ometepe durante el mes de agosto.

Figura 5.4.5. Sismos más relevantes de la crisis sísmica

 

Normalmente es ese el umbral de magnitud a partir de que la gente se inquieta y las estructuras, en general pobremente construidas, resienten efectos de consideración. Eso es claro en la fotografía 1, revela que no se siguen en general, normas de construcción antisísmica y que por el contrario, se combinan materiales diversos y hasta cierto punto incompatibles. Por ejemplo, esta era una casa de ladrillos cuarterones con pilares de madera sin vigas en las paredes y sin ningún sistema de amarre a los pilares; en algunas ocasiones solamente clavos articulan el mortero, que une los ladrillos, con los pilares de madera. Los techos casi siempre son de tejas lo que constituye techos pesados.

 

Relación Magnitud-Frecuencia

La ocurrencia de sismos generalmente asume que sigue la relación Gutenberg-Richter logN(M)=abM, donde a > 0, b > 0 y N(M) es el número de sismos que excede una magnitud M durante un período de tiempo específico. Un valor alto de b significa que una fracción más pequeña del total de sismos ocurra en las magnitudes altas, mientras que un valor bajo de b implica una fracción mayor.

El valor de b es sensible al método de ajuste y al ancho del paso de magnitud tomado para dividir la muestra en anchos uniformes. Dentro de varias propuestas para corregir esos problemas Bender (1983) deriva un método simple para la fórmula de datos agrupados y demuestra el papel del tamaño del intervalo y la magnitud máxima sobre el valor de b estimado. Para un ajuste de mínimos cuadrados la expresión de la relación Gutenberg-Richter se muestra en la Figura 5.4.6.

 

Fotografía 1. Casa colapsada durante el sismo más fuerte de Ometepe. Foto: Pedro Pérez

Figura 5.4.6.  Relación Gutenberg-Richter

 


Los parámetros a y b de la figura 5.4.6, sirven para caracterizar una región sísmica, ya que a es un índice del nivel de la actividad sísmica y b indica la proporcionalidad de terremotos grandes y pequeños.

La relación de Gutenberg-Richter, en este caso, muestra un valor bajo de b. A nivel mundial asociado a procesos de fallamiento el valor de b está en el rango de 0.6 a 1.2 (Page, 1968).

La falta de sismos pequeños en la gráfica sólo refleja la escasez de cobertura de estaciones en los alrededores de la zona sísmica activada. Una utilidad inmediata de b es que es parte de los criterios para discernir entre actividad sísmica natural e inducida (Buforn y Udías, 1982).

 

Cortes sísmicos

A continuación se presenta una serie de perfiles sísmicos habiéndose separado grupos de sismos a fin de buscar relación en profundidad de los hipocentros para definir algunas correlaciones entre sismos y arreglos de hipocentros que sugieran regularidades en profundidad. Sur del volcán Concepción, Figura 5.4.7.

 

 

Figura 5.4.7.

El perfil sugiere prolongación de las fallas del sur del volcán Concepción según  mapa geológico (Sebesta 2001). El buzamiento parece ser al NE, con un ángulo próximo a 50º.

 

SO del volcán Maderas, Figura 5.4.8.

A los epicentros que presentan arreglos lineales se les dio un mismo color con la finalidad de diferenciarlos en profundidad. El corte sísmico, como se muestra, tiene rumbo SE. En el gráfico adjunto se aprecia que los hipocentros están distribuidos en uno o dos planos verticales de fallas, para cada grupo de hipocentros de un mismo color, como lo sugiere el perfil.

 

 

 

 

Figura 5.4.8. Mapa epicentral y corte sísmico transversal en la dirección mostrada.

 

Sur del volcán Maderas

A)     Debido a la alta densidad de epicentros se hicieron varios grupos para buscar regularidad geométrica de los hipocentros de tal manera que se obtuvieran arreglos de epicentros e hipocentros con significado geológico. Se presenta un primer grupo (alrededor de 40 eventos) de sismos de focos someros que abarca hasta los primeros 4 km de profundidad, Figura 5.4.9. Claramente pertenecen a una misma falla con buzamiento aproximado de 60º N.

 

 

Figura 5.4.9. Mapa epicentral de sismos al Sur del volcán Maderas y un corte sísmico transversal aproximadamente SN.

 

Sur del volcán Maderas

B) Se presenta un segundo grupo de sismos con foco más profundo que el anterior, Figura 5.4.10. Estos hipocentros parecen pertenecer a dos fallas (con plano vertical), una desde 5 hasta 17 km de profundidad y la otra desde 14 hasta 20 km de profundidad.

 

Maderas y SE del mismo

Del mapa epicentral se encerraron sismos dentro del área del volcán Maderas y los situados al SE del mismo. El corte sísmico sugiere un sistema complejo de fallas que se cortan, varias de ellas en profundidad. Figura 5.4.11. Según el mapa geológico  (Sebesta 2001) las fallas más prominentes tienen rumbo NO por lo que se tomó un corte sísmico aproximadamente normal a esa dirección.

 

 

Figura 5.4.10. Epicentros y corte sísmico correspondiente a la dirección mostrada en el mapa epicentral

Figura 5.4.11. Mapa epicentral del centro del volcán Maderas y parte SE, y, corte sísmico. En la dirección mostrada en el mapa epicentral.

 

Figura 5.4.12. Con los epicentros encerrados en la caja rectangular se hizo el corte sísmico transversal en la dirección mostrada en el mapa epicentral.

Figura 5.4.13, mapa geológico de la Isla de Ometepe con algunos mecanismos de ruptura.

Figura 5.4.14. Mecanismos focales del enjambre sísmico de la Isla de Ometepe. La parte gris corresponde a dilatación y la negra a compresión.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Se reflejan los sismos ocurridos en las proximidades del volcán Maderas en su costado SE, Figura 5.4.12.

 

En el corte sísmico las líneas punteadas sugieren planos de fallamiento donde ocurrieron los sismos cuyos hipocentros presentan sus arreglos lineales.

 

Mecanismos de Rupturas

Con la finalidad de inferir los movimientos principales ocurridos durante esta activad se presentan mecanismos focales ejecutados con primeros movimientos de la onda P según los registros de la red local de Nicaragua. Figura 5.4.13.

 

Los mecanismos focales corresponden a sismos de magnitud entre 3 y 4.5 (ML) y con movimiento predominantemente de rumbo. Los números 4, 7 y 8 parecen asociados a la estructura que atraviesa el volcán Maderas en su costado Oeste mientras los otros parecen asociados a prolongación de las fallas del Este dentro del lago y a cierta profundidad.

 

La fase de preparación y actividad eruptiva misma desplegada por el volcán Concepción (inflación de la cámara magmática) probablemente fue el detonante del relajamiento del estado de esfuerzos locales del volcán Maderas (Van Wyk de Vries 1986).

 

A continuación se presentan los mecanismos focales logrados con la polaridad de la onda P, habiéndose incluido el mecanismo focal reportado por el NEIC (#17) pero con la profundidad reportada por INETER, Figura 5.4.14. En las esferas focales la parte negra corresponde a compresión y la gris a dilatación.

 

El sismo de mayor magnitud de este enjambre tuvo su epicentro dentro del lago en la parte SE del volcán Maderas; su mecanismo de ruptura es de rumbo lateral derecho y parece relacionado con la estructura que tiene tendencia NO sobre el volcán Maderas. Es importante observar que el mecanismo #14 es predominantemente normal, mientras que al Sur del Maderas los #2, #5 y #6 presentan rupturas predominantes de rumbo lateral izquierdo en fallas que se internan en el lago; en general la variedad de mecanismos sugieren relación con el estado de esfuerzos locales.

 

Al Sur del volcán Concepción y al SO del volcán Maderas en esta ocasión la actividad sísmica se distribuyó a profundidad que no sobrepasó los 6 Km.

 

 

Al Sur del Maderas y próximo a las costas de Rivas la actividad se distribuyó en un rango de 0 a 20 km sugiriendo fracturamiento de cuidado dado que la corteza en el graben. Nicaragüense es delgada por la actividad volcánica. Al SE del Maderas la actividad puede alcanzar profundidades de 18 km; y, en el sector NO-SE del Maderas la activad importante es muy superficial entre 0.0 y 5.0 Km. Los esfuerzos de tensión en el volcán Concepción tienen dirección EO (Delgado y otros 2003); los mecanismos focales indican una tendencia NE, no muy alta, en y proximidades del volcán Maderas.

 

La figura 5.4.15, representa los ejes de esfuerzos para buzamiento menor de 16º. Los ejes de Tensión en color negro y en color rojo los ejes de presión. En promedio la tendencia del  eje de tensión fue NE; hay que destacar que la del sismo mayor fue hacia el SE. En general los esfuerzos predominantes fueron los de tensión.

 

El tipo de ruptura del evento principal quedó reflejado en un muro roto por el movimiento, según se observa en la evidencia fotográfica tomada en visita de campo (Figura 5.4.16). Los dos segmentos del muro roto del muelle localizado al Sur del Maderas (Centro Biológico, Mérida) por el movimiento de mayor magnitud del enjambre (MW 6.2) muestra el corrimiento de la parte marcada con una cruz entrando en el papel y la marcada con el punto saliendo, además de ligero descenso  del lado marcado con la cruz. Si se toma en cuenta que la imagen fue tomada con rumbo N60ºO esto corrobora el movimiento de rumbo lateral derecho que el mecanismo de ruptura indica.

 

 

Figura 5.4.15. Representación de los ejes de esfuerzos para un grupo de sismos.

Figura 5.4.16

Figura 5.4.17. Rptura del muelle por el Mw 6.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En la foto siguiente (Figura 5.4.17) tomada sobre la superficie del mismo muelle (P. Pérez) también es claro el movimiento de rumbo lateral derecho reflejado en el mecanismo de ruptura. Esta es una construcción de piedra bolón recolectadas en los alrededores y unidas con mezcla de buena calidad.

 

Se apreciaron en el recorrido de campo daños estructurales en casas de pobre construcción (Figura 5.4.18) como efecto de la sacudida. En la Isla de Ometepe no se observan reglas de construcción antisísmicas y por ello, eventos moderados como el ocurrido en el mes de agosto, causan daños severos en los poblados. Se usan, comúnmente, elementos constructivos incompatibles como ladrillo de barro con pilares de madera sin vigas de hierro en ninguna parte de la estructura.

 

 

Figura 5.4.18. casa con su pared de ladrillo colapsada por el sismo fuerte Mw 6.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Discusión

En general la sismicidad correspondió a la activación de numerosas fallas asociadas especialmente al volcán Maderas, y localizadas en tierra firme y muchas otras localizadas en el fondo del lago, según lo sugiere el presente análisis; toda la Isla de Ometepe presenta numerosas fallas activas cuya relación resulta muy compleja. Esto se vio reflejado por la variedad de arreglos de epicentros, cortes sísmicos y mecanismos focales, al sur del volcán Concepción y alrededores del volcán Maderas. Llama la atención la zona de fractura localizada al Sur y Sureste del volcán Maderas que aunque no generó sismos de magnitud importante aportó cerca del 60% del total de sismos de esta muestra, recolectada hasta el 31 de agosto.

 

Es importante señalar que se ha notado deformación plástica en la parte NO del Concepción, mostrando esta parte del volcán emergencia y por el contrario hundimiento del volcán Maderas (Van Wyk de Vries 1986).

 

Las fallas que atraviesan el volcán Maderas con rumbo NO y que morfológicamente definen una profunda depresión son de rumbo lateral derecho lo cual es congruente con el movimiento sugerido por el mecanismo focal del sismo mayor (Mw 6.2).

 

Cabe señalar que la dinámica de ambos volcanes está mutuamente influenciada; los cambios tectono - volcánicos en el Concepción (inflación en la cámara magmática) probablemente tengan relación con los movimientos tectónicos del Maderas (Van Wyk de Vries 1986) y el posible retiro del magma debajo de este último. El pronóstico del anterior autor estuvo muy acertado en cuanto a las altas probabilidades de ocurrencia de sismos y efectos asociados como deslizamientos, derrumbes y daños a los caseríos dispersos en el edifico del volcán Maderas, y de la Isla de Ometepe en general. Una debilidad en la localización de muchos de los sismos fue la ubicación del área del enjambre en el límite oriental de la Red Sísmica local. Obsérvese, Figura 5.4.19, que el grupo de eventos al sur del volcán Maderas queda fuera de las últimas estaciones de la red local.

 

Conclusiones

1             La actividad sísmica de la Isla de Ometepe es del tipo enjambre sísmico (Mogi 1963).

2             La liberación de energía, en su mayor porcentaje se efectuó en 14 días.

3             La mayor liberación de energía ocurrió al SE del volcán Maderas a profundidad aproximada de 6.0 km.

4             En el fondo del lago entre el Sur  del volcán Maderas y las playas de Rivas, hubieron numerosas rupturas paralelas con rumbo NE y profundidades máximas de 20 km.

 

 

Figura 5.4.19. Mapa epicentral y las tres estaciones (triángulos rojos) más próximas al enjambre.

Figura 5.4.20. Croquis de fallas sugeridas por los alineamientos de epicentros e hipocentros.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 5            Al SE del volcán Maderas hubieron numerosas rupturas con rumbo similar a las estructuras de fallas principales (rumbo NO) que se cartografiaron en tierra firme en el Maderas sugiriendo prolongación de las mismas dentro del lago.

6             Al Sur del volcán Concepción hubieron rupturas que sugieren que las fallas con rumbo NO, confirmadas en tierra firme, se prolongan en el fondo del lago.

7             Los movimientos en las fallas sobre el volcán Maderas son consistentes con los señalados en la literatura (Van Wyk de Vries 1986).

8             El cuadro de rupturas en el fondo del lago, aproximadamente,  sugerido por los cortes sísmicos es el que aparece en el croquis, Figura 5.4.20.

9             El potencial sísmico del Maderas es alto según lo sugiere la relación Gutenberg-Richter.

 

 

Bibliografía

Bender, B. (1983). Maximum likelihood estimation of b value for magnitude grouped data: Bull. Seism. Soc. Am., No.3, 831-851.

Buforn, E. y A. Udías. (1982). Sismicidad inducida por grandes presas en España: REV. DE GEOFISICA, 38, 43-52.

Darce, M., y N. Rodríguez. (1979). RIESGOS GEOLOGICOS Y VOLCANICOS, ISLA DE OMETEPE, Instituto de Investigaciones Sísmica, Nicaragua.

Ferrey, C.J., y R.L. Williams. (1971). Geología de la Isla de Ometepe. Catastro e Inventario de Recursos Naturales.

Delgado, G.H., M. Navarro, y, I.A. Farraz..(2003). Volcán Concepción Mapa de Amenaza Volcánica III, INETER-UNAM.

Mogi, K. (1963). Some discussions of aftershocks, foreshocks, and earthquake swarms – The fracture of a semi-infinite body caused by an inner stress origin and its relations to the earthquake phenomena, Bull. Earthquake Res. Inst. Tokyo University 41, 615 – 658.

Page, R.A. (1968). Aftershocks and microaftershocks of the Great Alaska Earthquake of 1964: Bull. Seism. Soc. Am., No.58, 1131-1168.

Sebesta, J. (2001). Mapa geológico de Ometepe compilado de Van Wyk de Vries, B (1986).

Segura, F. y C. Tenorio (1999). Crustal Velocity in the Nicaraguan Depression by Simultaneous Inversion of P- and S- Wave Data. Institute of Solid Earth, University of Bergen. Technical Report No. II 1-13.

Van Wyk, de Vries, B. (1986). Volcanic and seismic risks on Isla de Ometepe, Lago de Nicaragua.