Fundada en 1962

SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

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ACTIVIDAD SISMICA DEL COMPLEJO VOLCANICO LAGUNA DEL MAULE (CHILE).

Cardona, Carlos1,2; Tassara, Andrés2; Lara, Luis E.1; Thurber, Clifford3; Gil, Fernando1; Morales, Sergio1. 1 Observatorio Volcanológico Chileno, Servicio Nacional de Geología y Minería. Rudecindo Ortega 03850, Temuco, Chile. 2 Universidad de Concepción, Departamento de Ciencias Geológicas, Chile. 3 Wisconsin University, Geology Department, Madison-USA. email: carlos.cardona @sernageomin.cl Resumen. Enjambres sísmicos repetitivos de eventos volcano-tectónicos fueron registrados entre los años 2011-2014 en el Complejo Volcánico Laguna del Maule, el cual ha presentado un proceso de alzamiento con tasas de ~30 cm/año, cuya fuente ha sido modelada como un sill inflándose a 5 km de profundidad. El estudio de sismicidad volcánica, que incluye su clasificación, energía, localización, correlación de formas de ondas y mecanismos focales, sugiere que cambios temporales de éstas características presentan una correlación temporal con cambios en las tasas de alzamiento. Asimismo, periodos con tasas altas de alzamiento, parecen correlacionar con periodos de alta productividad de enjambres sísmicos y un incremento de su energía. De otro lado, periodos con disminución de las tasas de deformación coinciden con una baja productividad de enjambres sísmicos y energías comparativamente más bajas. Por lo anterior, sugerimos que ambos procesos podrían estar acoplados y relacionados con la dinámica de una cámara magmática que induce deformación en la corteza, cambiando el estado de esfuerzos locales y promoviendo el deslizamiento de fallas activas. A su vez, la caída de esfuerzos asociado con la ocurrencia de enjambres sísmicos podría inducir un relajamiento parcial de los esfuerzos locales, promoviendo un decaimiento de las tasas de deformación. Palabras Claves: Enjambre sísmico, deformación

volcánica, complejo volcánico riolítico. 1 Introducción El Complejo Volcánico Laguna del Maule (CVLM, ~36°S, ~70°W) es una caldera volcánica silícea, localizada a ~200 km al E de la zona de ruptura del sismo Mw 8.8 del Maule del 27-febrero-2010 (Figura 1). Corresponde a un campo volcánico distribuido con al menos 130 centros de emisión menores desde los cuales más de 350 km3 de magma han sido eruptados desde hace 1,5 Ma (Hildreth et. al, 2010). Con un extensivo volcanismo silícico postglacial, ha generado un anillo de 36 coulées y domos riolíticos a riodacíticos, eruptados desde 24 centros de emisión independientes. Estudios recientes de los depósitos de caída holocenos (Fierstein, 2013), permitieron reconocer cenizas de composición riolítica en Chile y Argentina, sugiriendo la ocurrencia de erupciones explosivas contemporáneas con el emplazamientos de domos y coladas riolíticas. Los primeros signos de actividad

reciente fueron detectados a través de InSAR (Fournier y otros, 2010) usando interferogramas entre 2007 y 2010, que revelaron una zona inflacionaria localizada en el centro del complejo a 5 km de profundidad, con una tasa cercana a los 18.5 cm/año. Posteriormente, Feigl y otros (2014) recalcularon las tasas de inflación, con interferogramas entre 2007 y 2012, sugiriendo que el proceso de alzamiento cortical continuaba activo y revelando un comportamiento incremental a través del tiempo, obteniendo tasas cercanas a ~30 cm/año. La deformación fue catalogada como uno de las más grandes alzamientos volcánicos durante la últimas década a nivel mundial (Singer y otros 2014), llamando la atención de la comunidad científica internacional. Esto motivó al Observatorio Volcanológico de los Andes del Sur (OVDAS) a desplegar en abril de 2011 una red de monitoreo en el complejo compuesta por estaciones sísmicas de banda ancha y GPS continuos, con el propósito de vigilar en tiempo real su actividad interna. Los datos obtenidos mostraron que el CVLM es un sistema con un alto nivel de actividad, ya que fue registrada sismicidad superficial (<5 km) asociada temporal y espacialmente con la zona de alzamiento, y reafirmando con las medidas continuas de GPS las tasas de inflación previamente reportadas, lo que sugiere que actualmente es un sistema volcánico dinámico y con probabilidad de evolucionar hacia una crisis volcánica, convirtiéndose en una oportunidad invaluable de entender los procesos que conducen a la ocurrencia de erupciones riolíticas explosivas. El objetivo principal de éste trabajo de investigación fue realizar la primera descripción del comportamiento de su actividad sísmica, realizando un estudio espacio temporal de sus fuentes sísmicas, y poder establecer una conexión con el proceso de alzamiento volcánico activo durante los últimos años. La red de estaciones del CVLM está compuesta por 17 estaciones sísmicas de banda ancha y 5 estaciones GNSS, que colectaron datos continuos entre marzo de 2011 a Agosto de 2014. 2 Resultados El CVLM carecía de registros instrumentales históricos, siendo los datos colectados durante la presente investigación los primeros registros permanentes que mostraron los niveles de actividad sísmica del complejo

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AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

volcánico y su correspondencia con el proceso de alzamiento, siendo un punto realmente importante ya que de antemano se conocía por los estudios de InSAR realizados previamente las altas tasas de alzamiento vertical ocurridas en el complejo, de éste modo, a través de las medidas realizadas se determinó la relación temporal y espacial entre el proceso de alzamiento y la sismicidad registrada durante el experimento. Durante el periodo en que se realizó la adquisición de datos para la presente investigación, siguiendo los criterios de clasificación para eventos volcánicos propuestos por Lahr (1994) y Chouet (2013), se clasificaron un total de 3218 eventos volcánicos, de ellos 2568 fueron catalogados como eventos tipo VT (80 % del total de la muestra), 362 como eventos tipo LP (11 % de la muestra) y, 279 pulsos de tremor (9 % de la muestra), mostrando una clara tendencia del sistema volcánico a generar sismicidad relacionada con fracturamiento frágil de material solido cortical (Figura 2a). Un aspecto destacable del comportamiento de la actividad sísmica, es la ocurrencia periódica (~ 2-3 meses) de sismicidad VT registrada a manera de enjambres, un total de 15 episodios fueron observados, cada episodio compuesto por 60 a 300 eventos, con duraciones de hasta 3 horas, y magnitudes locales inferiores a 2.2, en la figura 2b las flechas verticales demarcan la ocurrencia temporal de cada uno de los enjambres registrados, siendo el enjambre más energético el ocurrido en enero del 2013. La figura 3 muestra el mapa con la distribución de epicentros obtenida para la sismicidad VT, donde se destaca la concentración en tres cluster principales. Los eventos pertenecientes a los enjambres sísmicos que pudieron ser localizados, muestran un área epicentral ubicada en el sector SW del complejo, con hipocentros que oscilan entre los 2 y 5 km, siendo este sector particularmente interesante, debido a que confluyen una serie de estructuras geológicas que juegan un rol preponderante en el volcanismo neógeno del complejo, como el límite sur de la cuenca volcánica, el vértice SW del sill propuesto por los estudios de deformación (Fournier et .al 2010, Feigl et. al 2014), la traza de una falla de rumbo activa y el borde de la cuenca volcánica donde cercanamente se ubican algunos de los centros de con actividad holocena reconocida. 3 Discusión Las calderas volcánicas silíceas tienen un alto potencial de generar erupciones explosivas de gran tamaño (Jellinek y otros 2003; Dellinger y Hoblitt 2010; Michauet y otros 2013; Malfait y otros 2014; Jellinek 2014). Trabajos sobre modelamiento y comportamiento de calderas silíceas han sido publicados recientemente. Por ejemplo, Jellinek y DePaolo (2003) proponen que la evolución de cámaras magmáticas ácidas en la corteza superior es controlada por el aporte de magma hacia la cámara, el volumen de la cámara y la reología de la roca circúndate; Malfait y otros

(2014) sugieren que la flotabilidad del magma puede potencialmente crear sobrepresión en el techo de la cámara magmática para exceder la sobrepresión critica que se requiere para inducir la propagación de dikes; Michauet y otros (2013) proponen que puede existir una ciclicidad de erupciones silícicas resultado de un flujo newtoniano de magma compresible a través de los conductos volcánicos combinados con una condición ‘stick-slip’ a largo del conducto. Lo anterior sugiere que las cámaras silíceas superficiales interactúan con la corteza circúndate y/o con sistemas hidrotermales superficiales, induciendo deformación cortical, generando sismicidad volcánica y a su vez podría promover sismicidad de carácter tectónico, de acuerdo al acoplamiento entre los esfuerzos inducidos producto de intrusiones magmáticas y la disposición del régimen de esfuerzos regionales y locales. Uno de los aspectos comúnmente observados a través de los datos instrumentales en regiones volcánicas activas, es la presencia de enjambres sísmicos tipo VT, siendo una característica habitualmente descrita como acompañante de periodos de intensa actividad, sugiriendo algún grado de interacción entre cámaras magmáticas, la corteza circundante, sistemas hidrotermales y zonas de falla. En relación a la definición de enjambres sísmicos volcánicos de eventos tipo VT, el trabajo pionero de Hill (1977) propone un modelo donde puede ocurrir éste tipo de actividad enmarcado por un sistema de diques y fallas oblicuas donde una combinación critica de inyección de material fluido y cambios en los niveles de stress pueden promover su generación. Presencia de sismicidad repetitiva a manera de enjambres en sistemas riolíticos ha sido descrita anteriormente, siendo sugeridos diversos mecanismos para su generación, entre ellos se destaca los impulsados por rupturas generadas a través de una zona de fluidos confinados y altamente presurizados dentro fallas pre-existentes, donde la difusividad y características del material fluido inyectado juega un rol preponderante (Shelly 2013, ; Mastin, 2013); otro mecanismo mencionado tiene relación con la presencia de cámaras magmáticas con procesos inflacionarios activos y la transferencia de esfuerzos estáticos hacia fallas activas cercanas y viceversa, donde la naturaleza de ambas fuentes y la interrelación entre sus ejes principales de esfuerzos (origen y receptor) podrían promover la generación de sismicidad cortical y el gatillamiento de ciclos volcánicos (Walter, 2007; Feuillet y otros, 2006; Díez y otros 2005). En el caso del CVLM a través de los datos sísmicos y geodésicos permanentes, fueron detectados dos procesos primordiales que enmarcan el comportamiento actual de éste sistema riolítico, los cuales tienen que ver con un proceso de alzamiento sostenido, el cual empezó en algún periodo de tiempo entre los años 2004-2007 y que aún continúa activo, y la generación de enjambres sísmicos periódicos hacia la periferia de la cuenca volcánica y en el borde SW de la zona inflacionaria sugerida por Fournier y otros (2010) y Feigl y otros (2014), si bien estos procesos tienen una correspondencia temporal en su accionar, lo cual podría inicialmente sugerir algún tipo de conexión entre ambos fenómenos, surge la interrogación ‘que

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ST 11 TERREMOTOS, VOLCANES Y OTROS PELIGROS GEOLÓGICOS

proceso o procesos podrían actuar conjuntamente

relacionando temporalmente sus fuentes generadoras?’. Enjambres sísmicos tipo VT en calderas riolíticas (ej,

Yellowstone, Long valley, entre otros) han sido

relacionados con la inyección de fluidos a alta presión

dentro de zonas frágiles preexistentes, donde se ha

sugerido que la difusividad del fluido involucrado, juega

un rol preponderante en su generación, sin embargo,

dichos estudios cuenta con redes sismológicas robustas

permitiendo obtener localizaciones sísmicas muy finas

(errores ~10m), sin embargo, debido a que el nivel de

confianza de nuestras localizaciones no llega hasta esos

rangos de errores (estando entre 0.5 a 1 km) difícilmente se

podría comprobar éste hecho, sin embargo un aspecto

destacable y sugerente es la ubicación de éste tipo de

actividad justamente en un área donde confluyen algunos

rasgos estructurales importantes de la zona, como es el

borde SW de la cuenca, el vértice SW de la fuente

propuesta para la deformación activa (sill) y el trazo

superficial de una falla strike-slip activa, sugiriendo que en

dicha zona podría existir una zona de fragilidad cortical

previamente establecida que pueda promover la difusión

de material producto de la actividad volcánica y/o el

cambio de esfuerzos locales en la zona de la falla debido a

la transferencia de esfuerzos desde la zona de deformación

sugerida.

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AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

Figura 1. (a) Marco tectónico regional de la laguna del Maule, la estrecha roja corresponde al epicentro del sismo del Maule Mw=8.8 del 27-Feb-2010,los triángulos amarillos representan los volcanes activos actualmente vigilados por el OVDAS en el segmento central del país, el recuadro rojo muestra la ubicación del CVLM; (b) Mapa geológico simplificado del CVLM adaptado de Hildreth y otros (2010), mostrando los 34 flujos de lava y domos postglaciares que circundan el complejo, las estrellas negras son los centros de emisión y la línea discontinua naranja representa el borde la cuenca.

Figura 2. Eventos de carácter volcánico registrados por día en el CVLM entre 2011-2014. Un aspecto a resaltar es la periodicidad de ocurrencia de enjambres sísmicos de eventos volcánicos tipo VT, que correlaciona temporalmente con la deformación cortical sostenida y de tasa cuasi-constante vista

Figura 3. Localización de eventos tipo VT entre abril de 2011-mayo de 2014. Se destaca tres cluster de actividad sísmica. El elipsoide azul está asociado con la ocurrencia de un sismo Tectónico Mw=6.0, ocurrido el 6 de junio de 2012, y la secuencia de ~600 réplicas registradas posteriormente. Los círculos rojos representan la ubicación de dos clusters de actividad localizados en el borde de la cuenca volcánica del Maule, los cuales están situados cerca de dos centros volcánicos con actividad holocénica reconocida.

Figura 4. (a) línea delta que muestra el cambio de tasa de alzamiento temporal en la estación GNSS ‘Maule’ ubicada en el centro del CVLM. (b) Energía sísmica de cada uno de los enjambres registrados. (c) número de eventos entre los años 2011-2015. Nótese que previo a enero del 2013 la deformación presenta una tendencia al aumento, que correlaciona temporalmente con periodos de mayor productividad de enjambres sísmicos. Posterior al 2013, las tasas de alzamiento tendieron a la baja, en este periodo existe una menor productividad de enjambres y su energía es comparativamente más baja.