State of static stress on the Costa Rican Cocos-Caribbean Plate Interface: mechanical interpretation for the origin of asperities on the seismogenic zone Translated title: Estado de esfuerzos estáticos en la Interface De Placas Coco-Caribe en Costa Rica: interpretación mecánica para el origen de asperezas en la zona sismogénica

Abstract

Abstract:The forearc region along the Central American Subduction Zone shows a series of trench-parallel positive gravity anomalies with corresponding gravity lows along the trench and toward the coast. These features extend from Guatemala to northern Nicaragua. However, the Costa Rican section of the forearc does not follow this pattern due to the segmentation of the along-trench gravity low, the absence of the coastal low, and the presence of emerged continental mass along the forearc gravity high at the Nicoya Peninsula. Geodetic and seismological studies along the Costa Rican Subduction Zone suggest the presence of coupled areas in the seismogenic zone beneath the Nicoya Peninsula prior to the 7.6 Mw magnitude earthquake of September 5th, 2012. These areas have previously been associated with asperities. Based on the structure of the overriding plate, former publications have proposed a mechanical model for the origin of asperities along the Chilean convergent margin, in which the dense igneous material in the forearc of the overriding plate above the seismogenic zone modifies/disturbs the state of static stress and influences seismogenic processes. In Costa Rica, surface geology and gravity data indicate the existence of dense basalt/gabbro crust overlying the seismogenic zone where the coupling is present. Bouguer anomaly values in this region reach up to 120x10-5 m/s2 and are the highest for Costa Rica. In this research, the state of static stress on the Cocos-Caribbean plate interface is calculated based on the geometry and on the density distribution of a 3D litosphere density model of the subduction zone as interpreted from gravity data from combined geopotential models. Results show a spatial correlation between the coupled areas at the Nicoya Peninsula and the presence of anomalies on the static state of stress on the plate interface. The stress anomalies were calculated for the normal component of the vertical stress on the seismogenic zone and were interpreted as being generated by the dense material which makes up the forearc in the area. The dense material of the Nicoya Complex mafie rocks and the topographic load of the península on the seismogenic zone lay a role in the distribution of coupled areas and the seismic behavior of the región, since the anomalies on the normal stress on the piate interface may increase the shear stress threshold to generate the rupture.

Translated abstract

Resumen:La región del antearco a lo largo de la zona de subducción centroamericana muestra una serie de anomalías positivas de gravedad paralelas a la trinchera con anomalías negativas correspondientes, a lo largo de la fosa y hacia la costa. Estas anomalías se extienden desde Guatemala hasta el norte de Nicaragua. Sin embargo, el segmento costarricense del antearco no sigue este patrón debido a la segmentación de la anomalía negativa de la fosa, la ausencia de la anomalía negativa costera y la presencia de masa continental emergida en el lugar de la anomalía positiva del antearco en la Península de Nicoya. Estudios geodésicos y sismológicos a lo largo de la zona de subducción costarricense sugieren la presencia de áreas de acoplamiento en la zona sismogénica bajo la península de Nicoya previo al sismo de magnitud 7,6 Mw del 5 de setiembre de 2012. Estas áreas han sido asociadas anteriormente con asperezas. Publicaciones previas han propuesto un modelo mecánico para el origen de asperezas a lo largo del margen convergente chileno, basado en la estructura de la placa cabalgante. Basado en la estructura de la placa cabalgante, publicaciones previas han propuesto un modelo mecánico para el origen de asperezas a lo largo del margen convergente chileno, en el cual el material ígneo denso en el antearco de la placa cabalgante sobre la zona sismogénica, modifica el estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas e influye en los procesos sismogénicos. En Costa Rica, la geología de superficie y los datos de gravedad indican la presencia de corteza densa compuesta por basaltos y gabros que sobreyace la zona sismogénica en donde el acoplamiento está presente. Los valores de anomalía de Bouguer en esta región alcanzan los 120x10-5 m/s2 y son los más altos medidos para Costa Rica. En este trabajo, el estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas Cocos-Caribe se calcula basado en la geometría y en la distribución de densidad de un modelo tridimensional de la litósfera de la zona de subducción interpretado a partir de datos de gravedad de modelos geopotenciales combinados. Los resultados muestran una correlación espacial entre las áreas acopladas en la Península de Nicoya y la presencia de anomalías en el estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas. Las anomalías de esfuerzo se calcularon para la componente normal del esfuerzo vertical en la zona sismogénica y se interpretaron como originadas por el material denso que compone el antearco en el área. El material denso de las rocas máficas del Complejo de Nicoya y la carga topográfica de la península sobre la zona sismogénica influyen en la distribución de zonas acopladas y el comportamiento sísmico de la región. Esto se debe a que las anomalías en el esfuerzo normal a la interface de placas incrementan el umbral de esfuerzo cortante para generar la ruptura.