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Resumen - Holocene earthquake records from the Cascadia subduction zone and northern San Andreas fault based on precise dating of offshore turbidites


Cita de la referencia: Goldfinger, C., Nelson, C. H., Johnson, J. E., & Shipboard Scientific Party. (2003). Holocene earthquake records from the Cascadia subduction zone and northern San Andreas fault based on precise dating of offshore turbidites. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 31(1), 555-577.

Objetivos general y específicos

Objetivo general: 
  • Datar terremotos desde grandes sistemas de fallas a lo largo de los márgenes continentales del oeste de Norte America. 

Objetivos específicos: 
  • Examinar la historia sísmica en la zona de subducción de Cascadia, así como los registros similares a lo largo del norte de la falla San Andres.
  • Conocer la evidencia estratigráfica en Cascadia y norte de California.

Hipótesis 

Los sistemas de fallas que se encuentran debajo o adyacente a un cuerpo de agua son candidatos para paleosismología con turbiditas, es decir, la determinación de un registro de terremoto desde el registro de un deslizamiento submarino.
Figura. Principales fallas al norte de California y sus sismicidad de magnitud mayor a 1.5 para el periodo de tiempo 1980-1991.

Metodologías 

Análisis de channel pathway: analizamos los datos de franjas batimétricas en todos los cauces de sistemas del margen para determinar si han sido influenciados por deslizamientos locales o deformación de los canales. Las corrientes turbiditicas resultan desde deslizamientos, mayoritariamente en material no consolidado, en los cursos superiores de los cañones, pero la principal preocupación aquí son los grandes deslizamientos de material de bloques mayores que pueden atenuar o desviar las corrientes turbiditicas que podrían viajar a sitios centrales en la llanura abisal. Otra posible influencia en el registro sedimentario son los pliegues y fallas. 

Ubicación de testigos de sondeo: tratamos de muestrear cada sistema tanto en por debajo de canales y a través de canales principales con el fin de capturar un registro del evento completo y probar la sensibilidad en ambas direcciones. Los registros de turbiditas so muy robustos y bien preservados en el talweg (centro del cauce moderno), en los point bar (barra semicircular del meandro), en el sotavento de los point bars, y en terrazas bajas sobre el talweg. Despues de algunas prueba y error, encontramos que el muestreo en el sotavento de un point bars fue una buena estrategia en ubicaciones proximales. Estas ubicaciones incluyeron el registro completo, que no incluye los materiales más gruesos, y tienden a tener un registro un tanto expandido, lo cual incrementa la precisión de la datación reduciendo el intervalo de muestra necesario para obtener los suficientes foraminíferos para datación 14C. Los datos backscatter (retro dispersión) desde sidescan or sistemas multibeam, muestran un fuerte retorno del sonar desde el fondo marino, siendo utilizados para revelar los patrones depositacionales, por ejemplo: para distinguir entre canales de arena activos y levees fangosos. 

Control de edad: Usamos espectrometría de masas con aceleradores (AMS) datación radiocarbono de microfósiles plantónicos, foraminíferos, como el principal método de determinación de edad. Las edades por AMS fueron determinadas desde los sedimentos hemipelagicos por debajo de cada secuencia turbiditica. Usamos los testigos más distales, en los cuales es menos probable que tengan erosión basal para la datación primaria, e inspeccionar las bases visualmente para la evidencia de erosión. Tamizamos el sedimento hemipelágico por debajo de la base de turbidita y por encima de cualquier turbidita tail (cola) subyacente para obtener una fracción de arena (>0,062 mm) y cuidadosamente escogemos los foraminíferos plantónicos a partir del intervalo minimo necesario (1-4 cm) para adquirir suficientes foraminíferos para una edad AMS, aproximadamente 1,6 miligramos de carbono. También tenemos afortunadamente un dato de ceniza omnipresente en Cascadia, en forma de ceniza de Mazama, la cual se encuentra en todos los sistemas de canales principales. En el canal de Cascadia nuestras edades de intercepción AMS para los eventos jóvenes es de 304 años atrás para el conocido evento de Cascadia de 1700. 

Correlación de evento e intervalo de recurrencia: abordamos el intervalo medio entre los eventos de turbiditas y la variabilidad de esta media mediante dos métodos semi-independientes: a) datación directa de los eventos y b) determinación precisa del espesor del intervalo de sedimentos hemipelagicos entre los eventos de turbidita en testigos seleccionados. 

Resultados 

Registro turbiditas de Cascadia: La zona de subducción de Cascadia está formada por la subducción de la placa oceánica Juan de Fuca y Gorda bajo la placa de Norte America en la costa del norte de California, Oregon, Washington y la Isla de Vancouver. La tasa de convergencia es de 40 mm/año direccionado aproximadamente 60° a la latitud de Seattle. Las acresión activa las fallas de empuje en la pendiente inferior se caracterizan principalmente por ser fallas con vergencia hacia el mar en el margen de Oregon desde los 42° a 44°55’N y al norte de los 48°08’N de la isla de Vancouver fallas con vergencia hacia el continente entre los 44°55’ y 48°08’N, en los márgenes del norte de Oregon y Washington.

En particular, se encontró que tres testigos a lo largo del canal de Cascadia contenia 13 turbiditas y se argumentó que estas 13 turbiditas se correlacionan a lo largo del canal. Inferencias similares reporto Pilkey (1988) donde regionalmente se desencadenan turbiditas sincrónicas en canales separados. Aunque el limite Holoceno-Pleistoceno es un poco menos seguro, también se encontró un registro consistente en 18 eventos del Holoceno en Juan de Fuca, Cascadia, y los canales de Rogue, extendiendo el registro a aproximadamente 10.000 años. Se encontró una pérdida progresiva de turbiditas, de 13 a 10 a 7 a 6 y a 5 eventos, en cada uno de los sucesivos ensanchamientos de canales descendientes en la parte superior del Fan (abanico) de Astoria. Esta perdida de eventos canal-abajo resultando en solo tres eventos del canal de Astoria medio-inferior explica la contradicción anterior y muestra que los sistemas de fan distributarios son registros pobres del registro de turbidita en su conjunto y que no existe en un segmento central separado de la zona de subducción de Cascadia. 

Síntesis discusión 

Lo más importante son las correlaciones regionales y temporales que son la evidencia más fuerte de activación de terremotos, mientras que las edades de eventos de radiocarbono son menores. Con múltiples plots de recurrencias, espesores de turbiditas, espesor hemipelagico, velocidad, suceptibilidad magnética, entre otros, podemos correlacionar eventos y realizar un análisis estadísitico sobre las correlaciones. 

Anteriormente, nosotros y otros autores han observado una discrepancia entre el tiempo de recurrencia promedio observado en el registro de marismas y el tiempo de recurrencia promedio del registro de turbiditas. En nuestro registro para el intervalo Holoceno más joven, calculamos una recurrencia promedio de 490-550 años para los últimos 3.500-4.000 años. En consecuencia, puede ser que al menos en los últimos 3.000-4.000 años, no hay discrepancia, y por lo tanto, es posible correlacionar los eventos uno a uno. 

Al igual que Kelsey et al. (2002), observamos eventos “extras” en los registros onshore (tierra adentro) del Lago Bradley y las áreas del río Sixes en relación con el registro onshore (tierra adentro) y nuestro registro de turbiditas. Mientras que los flujos turbiditicos pueden ser desencadenados por una serie de causas naturales, las turbiditas siguen siendo un proxy de terremotos viable en entornos tectónicos que son geológicamente, sedimentológicamente, y fisiográficamente favorables. Los factores favorables incluyen: a) una distancia de separación entre los ríos y cañones, o corrientes litorales que amortiguan eficazmente el flujo hiperpicnal; b) la presencia de confluencia de canales que pueden ser usados para comprobar la sincronicidad, una poderosa técnica de datación relativa; c) un suministro de sedimento que no sea demasiado alto o demasiado bajo para dar como resultado un deslizamiento auto-provocado o la ausencia de deslizamientos durante un terremoto, respectivamente; d) cabeceras de cañones son lo suficientemente profundas como para no ser afectadas por olas de tormentas; e) sistemas de canales que son suficientemente grandes y largos para acomodar grandes flujos de turbidez los cuales pueden recorrer largas distancias con respecto al flujo más localizado, eliminando así el “ruido” de pequeños eventos locales.

Conclusión

Los resultados de Cascadia hasta el momento apoyan la conclusión de que 18 grandes terremotos pueden haber roto al menos en el norte 2/3 del límite de placa que hemos examinado. Lo más importante, al correlacionar cuidadosamente las turbiditas y el registro en tierra, debería ser posible construir un registro de eventos fiable de aproximadamente 10.000 años para Cascadia, el norte de la falla de San Andrés, y otros sistemas de fallas.

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