Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En la siguiente tesis se presentan los estudios de dos perfiles de reflexión sísmica de alta resolución obtenidos de forma perpendicular a la fosa en el marco del proyecto CEVICHE (Crustal Experiment from Valdivia to Illapel to Characterize Huge Earthquakes), desarrollado frente a las costas de la Región del Maule en el sur de Chile. En este sector, la placa oceánica de Nazca subduce bajo la placa continental Sudamericana, produciendo acumulación y relajación de esfuerzos que dan origen a terremotos de gran magnitud. Por otra parte, el relleno sedimentario en la fosa de este sector varía entre los 1.5 y 3.3 km debido a procesos que generan un régimen de entrada de sedimentos, como por ejemplo la denudación de la Cordillera de los Andes durante sucesivos períodos de glaciación, la alta tasa de precipitaciones, las corrientes turbidíticas y los cañones submarinos. Los perfiles sísmicos estudiados fueron procesados mediante migraciones post-apilamiento de Kirchhoff en tiempo (Kirchhoff post-stack time migration) y pre-apilamiento de Kirchhoff en tiempo (Kirchhoff pre-stack time migration). En ambos casos, la migración pre-apilamiento reconstruye de una mejor manera las estructuras de la sub-superficie. Los perfiles sísmicos una vez migrados en tiempo fueron transformados a profundidad usando la ecuación de Dix y un modelo de velocidades conocido. Se observó que para la línea sísmica de reflexión MC37 el ancho del canal de subducción era variable, siendo de ~0.45 km en la zona más profunda observada. Así mismo, para la línea sísmica de reflexión MC39 el ancho del canal de subducción también era variable, siendo de ~0.87 km en la zona más profunda observada. En los perfiles sísmicos obtenidos es posible observar en forma detallada las características geológicas que existen bajo la superficie del suelo oceánico, por ejemplo, fallas inversas de bajo ángulo en el prisma de acreción frontal y un espesor de ~1.5 km de sedimentos en el frente de deformación, características que son coincidentes con márgenes convergentes y acrecionarios. Finalmente, se compararon perfiles de sísmica de reflexión obtenidos antes y después del terremoto del Maule del año 2010. Esta comparación no evidencia nuevas deformaciones dentro de la fosa y/o alrededor del frente de deformación (bajo las limitaciones que permite la resolución de los datos), lo cual podría deberse a que el prisma de acreción frontal posee características plásticas, lo que produce principalmente deslizamiento asísmico.

El objetivo principal de esta tesis es entender el impacto de cambios abruptos en la geometría de la placa subductante (slab) en el proceso de ruptura sísmica de los terremotos de subducción en el norte de Chile, tomando como caso de estudio el terremoto de Tocopilla (Mw 7.7) de 2007, para lo cual se utilizan diversas metodologías. En primer lugar, se realiza una exploración de los efectos de este rasgo morfotectónico, basada en la modelación directa del campo de deformación superficial, utilizando el modelo propuesto por Okada [1985]. De los resultados obtenidos se desprende que los modelos del campo de deformación superficial se ven fuertemente influenciados por un quiebre abrupto en la geometría de la subducción, tanto de forma cualitativa, como cuantitativa. Determinado el dominio de influencia del quiebre abrupto desde los modelos directos, se procede a la inversión del campo de deformación superficial, basada en datos de geodesia espacial (estaciones permanentes de GPS e InSAR), utilizando dos metodologías: Okada [1985] y Bouchon [1981]. La primera de ellas considera el medio como un semi-espacio elástico homogéneo, mientras que la segunda utiliza un modelo de velocidades en un medio elástico estratificado, ambas para la obtención de modelos de deslizamiento. Los resultados indican que el terremoto de Tocopilla rompe la parte más profunda de la zona sismogénica, junto con una segmentación a lo largo de rumbo y en profundidad. En consecuencia, se observa que tanto la Península de Mejillones, como el quiebre abrupto propuesto en la geometría, actúan como una barrera geométrica para la ruptura del terremoto. Se explora la cinemática de la ruptura con modelos directos, para la obtención de velocidades de ruptura, utilizando como base los modelos de deslizamiento estático obtenidos desde estaciones permanentes de GPS. Dichos modelos se encuentran en concordancia con lo expuesto en otros trabajos que utilizan datos de estaciones permanente de GPS y geometrías de plano similares a las propuestas en este trabajo [Minson, 2010; Ruiz, 2012]. Los resultados que se obtienen con un quiebre abrupto en la geometría de la subducción no reflejan buenos ajustes, lo que revela la necesidad de desarrollar modelos de inversión cinemática de la ruptura, para la obtención conjunta de modelos de deslizamiento y velocidades de ruptura [ej., Simons et al., 2011; Minson et al., 2013]. Se realizan cálculos del Cambio en el Esfuerzo de Coulomb Estático, para analizar los efectos de un quiebre en la geometría de la subducción, en relación a la inducción de réplicas producto de los cambios en los esfuerzos generados por el terremoto. Los resultados muestran que las réplicas de mayor magnitud (Mw > 6.0) de tipo thrust, son inducidas en zonas donde los esfuerzos aumentan notoriamente, además de revelar una correlación entre la ubicación del quiebre abrupto, la profundidad de dichas réplicas y los cambios en los esfuerzos. Por otra parte, se analiza una réplica del tiposlab push, y desde los resultados es posible apreciar que se ve generada por un deslizamiento asísmico en la parte más profunda de la zona sismogénica. Los resultados obtenidos en esta tesis, por lo tanto, revelan la importancia de poder constreñir la geometría de la subducción (contacto interplaca) y de forma particular, que los quiebres abruptos en la placa, implicarían efectos a considerar en el estudio del proceso de ruptura sísmica en terremotos de subducción. Se concluye que dicho rasgo, actuaría en forma de barrera para terremotos generados en la parte más profunda de la zona sismogénica, revelando una compleja segmentación en profundidad de la subducción. En consecuencia, se obtiene que la geometría es un elemento de primer orden para la comprensión de los procesos de ruptura de terremotos de subducción y la segmentación de la zona sismogénica. / Magíster en Ciencias, Mención Geofísica