El terremoto de Tangshan de China de 1976 Mw = 7.8 Mecanismo en retrospectiva

INTRODUCCIÓN

El terremoto de Tangshan que ocurrió en el noreste de China el 28 de julio de 1976 a las 3:42 am; ubicación 39, 6°N, 118, 0°E, Ms 7.8 (USGS) se destaca en términos de pérdida de vidas como el mayor desastre sísmico de los tiempos modernos, antes del terremoto que Tangshan tuvo 1000.000 habitantes y se había estimado que una cuarta parte de ellos habían muerto (George y Xie, 2002). El terremoto de Tangshan ha sido objeto de varios estudios geofísicos y geológicos por científicos chinos y extranjeros(Liu et al., 2007; Li, 1986; Guo et al., 1977; Jiang, 2007a, b; Patricia et al., 2006; Jian et al., 1998; Rhett et al., 1979). Puede ser uno con el mayor número de estudios de cualquier evento sísmico hasta ahora. Hubo 530 estudios hasta 2006 sobre diferentes características del terremoto de Tangshan (Yao y Jiang, 2006). Después de este evento, se llevó a cabo una investigación exhaustiva sobre el terremoto de Tangshan, que incluyó los precursores sísmicos, la distribución de la intensidad, el mecanismo de origen y las réplicas (Fig. 1a, b), así como las estructuras profundas y poco profundas debajo del Tangshan y las regiones adyacentes (Fig. 2a, b, 3a, b). Sin embargo, hasta ahora, los investigadores están haciendo todo lo posible para dar una identificación perfecta sobre la génesis sísmica del terremoto de Tangshan, han pasado más de 30 años, algunas investigaciones todavía están sobre la causa (Liu et al., 2007; Jiang, 2007a, b; Wang, 2001), está lejos del final. Vale la pena considerar que tal evento en un área tectónica intensamente activa no se pudo suprimir, pero por qué un terremoto de tan alta magnitud en el Área Paleo-Cratón en el norte de China, lejos del límite de la placa, este ha sido uno de los problemas incomprensibles. Hay varias ideas sobre la génesis del terremoto de Tangshan en los primeros estudios. Sin embargo, según Liu et al. (2007), se pueden atribuir básicamente a dos opiniones diferentes: una es el énfasis en las interacciones horizontales entre diferentes bloques de corteza (Fig. 4) y otro es el énfasis en la deformación vertical de la corteza causada por el intercambio de los materiales corteza-manto. Los estudios anteriores sobre geología sísmica demostraron que el terremoto de Tangshan se localizó en el área de oclusión compuesta por la falla de Tangshan y otras fallas ocultas (Guo et al., 1977) y su génesis tectónica se atribuyó a la actividad de fallas profundas con diferentes golpes (Li, 1986). Utilizando métodos de modelado numérico, varios investigadores investigaron el proceso de elaboración de cerveza y la génesis del terremoto de Tangshan, por ejemplo, utilizando el Método de Elementos Finitos 2d (FEM), Zheng et al. (1984) investigaron el proceso de elaboración del terremoto de Tangshan bajo la compresión horizontal entre diferentes bloques. Sobre la base del modelo Viscoelástico 2D de Maxwell, Mei y Liang (1989) llevaron a cabo simulaciones numéricas del proceso de elaboración del terremoto de Tangshan y propusieron el llamado modelo de cuerpo duro sismogénico. Sobre la base de la reinterpretación de los datos obtenidos del estudio de sondeo sísmico profundo en el área de Tangshan, Zeng et al. (1985) propusieron que el terremoto de Tangshan podría ser causado por la transferencia de los materiales del manto superior a la corteza inferior.

Al usar el FEM, Song et al. (1982) investigaron el campo de tensión en la falla de origen del terremoto de Tangshan y propusieron que el terremoto de Tangshan fue causado por los efectos conjuntos de las fuerzas verticales y horizontales. Aquí presentamos tres modelos famosos sobre la génesis sísmica o la causa del terremoto de Tangshan.

El modelo termosísmico de magma tectónico de Li (1986): Se basa en el análisis sintético del fondo geológico, las características de algunas anomalías precursoras, la distribución de fisuras sísmicas y el mecanismo focal. Li (1986) sugirió que el terremoto de Tangshan era el resultado del efecto combinado del esfuerzo de compresión horizontal debido a la subducción hacia el oeste de la placa del pacífico y el esfuerzo de compresión hacia arriba debido al levantamiento del manto y la intrusión de magma. Ha dado lugar al giro en sentido antihorario del macizo Tangshan, que está confinado por varias fallas (Fig. 5).

Hay algunos puntos de sospecha sobre este modelo: el modelo se basa en la actividad de falla y no proporciona ninguna prueba convincente sobre la dinámica del terremoto de Tangshan (Liu et al., 2007). ¿Cómo las fallas de escala diferentes con profundidades variadas cortan la región para formar el bloque? La otra es que, si tal bloque existe, parece más pequeño que no solo la extensión del área de densidad sísmica del Ml = 4, sino también más pequeño que el área de réplicas (Wang, 2001). Li (1986) atribuyó el estrés que desencadenó el terremoto de Tangshan a la elevación del manto, la intrusión del magma y la subducción hacia el oeste de la placa del pacífico. De hecho, el campo de tensión antes del terremoto de Tangshan provino de otro fenómeno, como un deslizamiento sísmico en la falla de Jiyunhe durante 1972-1973 (Shao y Shuzo, 1999), fuerzas de marea (Kai, 1988) y la interacción de diferentes bloques en el norte de China (Zhang et al., 2003).

Procesos multi-dinámicos y debilitamiento local del modelo de corteza por Wang (2001): El contenido principal de los procesos multi-dinámicos y debilitamiento local del modelo de corteza es: justo antes del terremoto de Tangshan en 1976, las placas alrededor de la China continental habían experimentado fuertes movimientos en casi el mismo intervalo de tiempo, lo que trajo procesos multi-dinámicos y había sufrido un movimiento de tensión y concentración de tensión muy complejos. Afectado por procesos multi-dinámicos en diferentes direcciones, el aumento de estrés en Tangshan fue equilibrado; en tal caso, las micro-grietas en todas las direcciones no podían desarrollarse fácilmente, por lo que no había foreshocks prominentes. Bajo el aumento del estrés, la estructura inherente de la corteza en la región de Tangshan se debilitó gradualmente acompañada de densidad sísmica Ml = 4. Porque la corteza era relativamente frágil en la región de Tangshan. A medida que el estrés acumulado aumentó el grado de debilitamiento local, lo que resultó en una fuerte ruptura en el área central anterior y la ocurrencia del terremoto de Tangshan, finalmente, los epicentros de dos choques principales de los terremotos de Tangshan se ubicaron en el área central. Como la profundidad de la capa frágil era relativamente baja, los hipocentros de los dos choques principales también eran bajos, el centro roto correspondía al área de réplica. Wang (2001) pensó que, al usar este modelo de procesos multi-dinámicos y debilitamiento local de la corteza para explicar la causa del terremoto de Tangshan, podemos conectar la fuente dinámica de los terremotos de Tangshan con las circunstancias dinámicas de la China continental. Y explicó la razón de la ocurrencia y las regiones de ocurrencia de densidad sísmica Ml = 4 de 1973 a 1975; también podemos explicar la complejidad de la secuencia del terremoto de Tangshan y sin presagios; también podemos explicar por qué los dos choques principales ocurrieron a una profundidad relativamente baja. Sin embargo, hay algunos comentarios sobre este modelo, Wang (2001) no tuvo en cuenta muchos precursores que pueden ayudar a obtener evidencias confiables sobre la génesis sismotectónica del terremoto de Tangshan, como los precursores de la anomalía de gravedad (Rui et al., 1997; Wei et al., 1985), deformación de la zona de falla de Tangshan y la creciente actividad de falla fuera de esta zona (Xie y Ren, 1987), nivel de agua subterránea en la región del bloque de falla de Tangshan (Mei, 1985), anomalías de tendencia del radón antes del terremoto de Tangshan, variación anómala en la hidroquímica en la región epicentral del terremoto de Tangshan y anómala de resistividad de la tierra (Qian et al., 1983). Wang (2001) introdujo el término de procesos multi-dinámicos y sugirió que estos procesos fueron traídos por el fuerte movimiento de las placas alrededor de la China continental, pero en nuestra opinión. Wang (2001) no aclaró adecuadamente la naturaleza de estos procesos multi-dinámicos, la explicación parecía muy general y permitía varias suposiciones sobre estos procesos multi-dinámicos. Como discutimos en el primer modelo, Wang (2001) también ha pasado por alto muchas fuentes de campo de estrés que abastecían a la región del terremoto de Tangshan antes de que ocurriera el terremoto.

Modelo de fluencia por dilatación de Niu (1985): El modelo de fluencia por dilatación del desarrollo de fuentes sísmicas generalmente se abrevia DC. La dilatación volumétrica inelástica de las masas de roca y la fluencia por falla se consideran dos procesos físicos básicos en el modelo de CC. El mecanismo físico de los precursores del terremoto de Tangshan Ml = 7,8 también ha sido analizado y discutido en este modelo. Los resultados mostraron que los precursores del terremoto de Tangshan no fueron causados por un solo factor y los precursores observados en y alrededor del área epicentral antes de este terremoto se pueden agrupar en 3 tipos:

Niu (1985) sugirió que la dilatación repetida y la fluencia discontinua ocurrido durante el proceso de desarrollo de la fuente del terremoto de Tangshan se puede dividir en las siguientes 6 fases:

Niu (1985) pensó que el proceso preparatorio del terremoto de Tangshan, como uno de los eventos intraplaca, puede ser controlado conjuntamente por la migración ascendente de la masa profunda y el campo de tensión intraplaca a gran escala. Esta característica es probablemente diferente de la del terremoto a lo largo del límite de la placa. El modelo DC ha sido publicado en chino (Niu y Gang, 1976; Niu, 1978) y es poco conocido fuera de China. Creemos que el modelo de fluencia por dilatación es un muy buen modelo para explicar el mecanismo del terremoto de Tangshan, porque combina la cinemática con las características dinámicas de este terremoto. En este modelo se han tenido en cuenta varios precursores, sin embargo, Niu (1985 ) se contentó con explicarlos de acuerdo con los conceptos teóricos de su modelo. El terremoto de Tangshan presenta una gran complejidad en términos de mecanismo, por lo que es un mejor ejemplo para los investigadores dispuestos a ampliar sus conocimientos sobre el Mecanismo sísmico. El terremoto de Tangshan se habría predicho, si no se hubieran descuidado las predicciones cortas e inminentes, por lo que es un estudio de caso muy útil en el campo de la predicción de terremotos (Bouasla, 2009).

EL NUEVO MODELO DE VARIAS FUENTES DE ESTRÉS, CORTEZA QUEBRADIZA SUPERFICIAL LOCAL Y EFECTO DESENCADENANTE DE LA FUERZA DE MAREA

En la última década, hemos aprendido mucho sobre los procesos que causan el 90% de los terremotos en el mundo utilizando el modelo de la tectónica de placas, la comprensión de las actividades geológicas que tienen lugar en los límites de las principales placas de la corteza terrestre ha aumentado enormemente. Sin embargo, se sabe poco sobre los procesos en funcionamiento en el interior de las placas, especialmente dentro de los países. La mayoría de las teorías directas sobre la tectónica de placas asumen una ausencia de deformación dentro de las placas. Esto ciertamente no es cierto cuando consideramos los grandes y dañinos terremotos históricos que han ocurrido en áreas lejos de los límites reales de las placas tectónicas (Lynn, 1978), el mejor ejemplo de estos es el terremoto de Tangshan del 28 de julio de 1976.

El autor propuso el modelo de varias fuentes de estrés, corteza quebradiza superficial local y efecto desencadenante de la fuerza de marea para explicar la causa del terremoto de Tangshan; este modelo es provocado por varios estudios y se puede dividir en tres partes (Bouasla, 2009).

Varias fuentes de estrés: Todos los modelos que tratan el problema del mecanismo del terremoto de Tangshan mencionaron que, había varios focos de campo de estrés que suministraban la región del terremoto de Tangshan antes de la ocurrencia del terremoto. Estas fuentes son principalmente: el levantamiento del manto superior debajo de la región de Tangshan(Liu et al., 2007; Li, 1986; Wang, 2001) (Fig. 2, 3), estrés térmico (Zhang, 1987), el científico chino Zhang pensó que la existencia de una zona de alta temperatura, resultante del penacho térmico del manto superior en el área de Xialiaohe-Bohai-Huanghua, con su centro en el centro de la bahía de Bohai y el gradiente térmico horizontal en las cercanías de la falla de Cangdong, llevó a la concentración de estrés geotérmico en el área de Tangshan, la intrusión del magma en la corteza debajo de la Región de Tangshan (Liu et al., 2007; Niu, 1985; Wang, 2001), el efecto de la interacción principalmente entre las placas del pacífico y la India contra la placa euroasiática que abastece al norte de China por una gran cantidad de estrés (Mian et al., 2007; Peter y Tapponier, 1977; Clyde et al., 1995), la interacción entre diferentes bloques en el norte de China (Zhang et al., 2003; Shou, 1995) (Fig. 4) y los movimientos asísmicos antes de la ocurrencia del terremoto de Tangshan (Shao y Shuzo, 1999).

Corteza quebradiza superficial local: Esta parte se concluyó con base en los estudios de Liu et al. (2007), Wang (2001), Li (1986) y Guo et al. (1977) y las observaciones durante el trabajo de campo que hemos hecho en el área de Tangshan.

De acuerdo con Liu (2007), los eventos en el área de Tangshan se distribuyeron principalmente en la parte de intersección del medio de alta y baja velocidad, la profundidad focal máxima alcanzada a la corteza inferior, esto implicó que los terremotos generalmente tienen lugar dentro del cuerpo duro y quebradizo de la corteza, incluida su parte inferior (Fig. 2, 3).

Del modelo de Wang (2001), procesos multi-dinámicos y debilitamiento local de la corteza, este hecho también se puede probar, porque Wang (2001) sugirió un debilitamiento local de la corteza para el área de Tangshan, además, Wang (2001) también se ha basado en varios estudios previos, principalmente en el modelo de Leland y Zelt (1991).

Li (1986) y Guo et al. (1977) han dado un fondo geoestructural integral del área de Tangshan, pensaron que el fondo estructural regional del terremoto de Tangshan puede considerarse como una intersección en el distrito de Tangshan de la zona tectonosísmica de dirección Wuyuan-Changcjiakuo (Kalgan)-Tangshan con la zona sísmica de depresión del bloque de fallas de Hebei-Shandong en dirección NE (especialmente la zona sísmica de falla de Cangzhou Oriental). La conclusión de sus trabajos da la idea de que la zona sísmica de Tangshan es tectónicamente significativa.

Efecto desencadenante de la fuerza de marea: Esta parte es provocada por los siguientes estudios de Kai (1988), Sachiko et al. (2004) y Amy (1980) y el informe de la Universidad de California – Los Ángeles (UCLA).

Según el informe logrado por la UCLA, los terremotos pueden ser provocados por las mareas de la Tierra. Las mareas terrestres son producidas por la atracción gravitacional de la luna y el sol en la tierra, causando que las aguas del océano se desborden, lo que a su vez eleva y reduce el estrés en las fallas aproximadamente dos veces al día. Los científicos se han preguntado sobre los efectos de las mareas terrestres durante más de 100 años. Las grandes mareas tienen un efecto significativo en el desencadenamiento de terremotos; los terremotos habrían ocurrido de todos modos, pueden ser empujados tarde o temprano por la fluctuación de estrés de las mareas (Sir y Turcaud, 2004).

En el presente modelo, no queremos decir que las fuerzas de marea del sol y la luna desempeñaron el papel capital para la ocurrencia del terremoto de Tangshan, pero creemos que las fuerzas de marea han llevado a la falla del terremoto de Tangshan a su límite umbral de soportar la gran cantidad de estrés. En otras palabras, solo participaron en el desencadenamiento del terremoto de Tangshan.

Sachiko et al. (2004) observaron una correlación entre la marea terrestre y la ocurrencia de terremotos que está estrechamente relacionada con el estrés tectónico regional. Investigaron la dirección del estrés de compresión de las mareas utilizando terremotos poco profundos que ocurrieron en 100 subregiones de Japón durante casi cinco años. La distribución acimutal de la tensión de compresión obtenida para los datos de terremotos observados se compara con la sintetizada para la ocurrencia aleatoria de terremotos. El análisis estadístico confirmó una diferencia significativa entre los catálogos observados y aleatorios de 13 subregiones, que incluían las zonas en las que recientemente se habían producido actividades sísmicas inusuales y en las que se había argumentado la posibilidad de un gran terremoto en el futuro. Para estas subregiones, los terremotos ocurrieron preferentemente cuando el esfuerzo de compresión de marea estaba cerca de la dirección dominante del eje P de los mecanismos focales obtenidos en las subregiones correspondientes. Esto sugiere que el estrés de marea puede alentar la ocurrencia de terremotos cuando actúa en la dirección de aumentar el estrés tectónico regional.

Amy (1980) comparó los tiempos de origen de más de 4.700 réplicas del terremoto de junio-julio de 1976 en Susanville (California) para el período comprendido entre el 20 de junio y el 1 de julio con la fase de los componentes de marea sólida de tierra apropiados para el esfuerzo normal y de cizallamiento en los planos de falla de tendencia noreste y noroeste. Con base en esta comparación, aproximadamente un 20% más de terremotos ocurrieron en momentos en que el esfuerzo de compresión normal en el plano de falla estaba disminuyendo y el esfuerzo cortante estaba aumentando en el sentido de deslizamiento en el plano de falla. Esto puede explicarse por dos grandes ráfagas de réplicas que ocurrieron en momentos en que las tensiones de marea eran favorables para el movimiento en el plano de falla, en lugar de la activación continua de pequeños eventos durante toda la secuencia.

Kai (1988) sugirió que la ocurrencia del terremoto de Tangshan se debió a la fuerza de marea del sol y la luna. Ha confirmado que Hebei (norte de China) es un área con una fuerte correlación entre la fuerza de marea y la ocurrencia de terremotos importantes, el terremoto de Xingtai de 1966, el terremoto de Hejian de 1967 y el terremoto de Tangshan de 1976 fueron provocados por la fuerza de marea, Kai (1988) sugirió que las características comunes de sus tiempos de ocurrencia confirmaron estos hechos. Los tiempos calculados de la fuerza de marea horizontal máxima de la marea sólida semi diurna mostraron que los tiempos de ocurrencia de los terremotos mencionados anteriormente fueron cercanos a los tiempos de la fuerza de marea horizontal máxima de la marea sólida semi diurna en luna nueva o luna llena (Fig. 6, 7).

El terremoto de Longyao de M = 6.8, el terremoto de Ningjin de M = 7.2 y el terremoto de Hejian de M = 6.3 ocurrieron decenas de minutos después de la fuerza de marea horizontal máxima de las mareas sólidas semi diurnas y el terremoto de Tangshan de M = 7.8 ocurrido 16 minutos antes de la fuerza de marea horizontal máxima. Las fuerzas de marea se dirigieron hacia el Oeste. Las características temporales de los terremotos indicaron que las ocurrencias de estos eventos no fueron aleatorias, sino que fueron controladas por la fuerza de marea del Sol y la Luna (Fig. 8).

Aquí, se tomaron como ejemplo algunos terremotos de países lejanos, esto no causa problema, ya que la correlación espacio-temporal de los terremotos ya ha sido probada (Patrizia et al., 2008).

El contenido principal de las diversas fuentes de estrés, la corteza quebradiza superficial local y el efecto desencadenante de la fuerza de marea es que antes de la ocurrencia del terremoto de Tangshan, la región del terremoto de Tangshan que tiene un fondo geológico y sismotectónico caracterizado por una corteza quebradiza local poco profunda y en la que se encuentra la falla del terremoto de Tangshan (Fig. 9). La falla de Tangshan recibió campo de estrés de varias fuentes y la acumulación de estrés parecía ser considerable desde 1972, acompañada por el deslizamiento asísmico en la falla de Jiyunhe (Fig. 1) que indujo una concentración significativa de esfuerzo cortante a una profundidad de 20 km cerca de la conjunción de las fallas de Tangshan y Jiyunhe y que el hipocentro del terremoto de Tangshan recibió un esfuerzo de falla de coulomb de aproximadamente 4,5 bar. Las fuerzas de marea jugaron el papel de desencadenar el terremoto al llevar la falla de Tangshan a su límite umbral de resistencia a la enorme acumulación de estrés, ya que la provincia de Hebei (noreste de China) es un área con una fuerte correlación entre la fuerza de marea y la ocurrencia de terremotos importantes y el terremoto de Tangshan ocurrió 16 minutos antes de la fuerza de marea horizontal máxima (Bouasla, 2009).

Utilizando el modelo de varias fuentes de estrés, corteza quebradiza superficial local y efecto desencadenante de la fuerza de marea, podemos responder por qué el terremoto de Tangshan fue de gran magnitud. Puede deberse a que la falla sismogénica del terremoto de Tangshan ha recibido durante mucho tiempo un gran estrés de varias fuentes y ocurrió a poca profundidad puede deberse a que la corteza frágil era de poca profundidad (Bouasla, 2009).

DISCUSIÓN

En este estudio, se señaló la falta de explicaciones sobre la causa del terremoto de Tangshan. Se anticipó que el nuevo modelo deducido de diversas fuentes de estrés, corteza frágil superficial local y efecto desencadenante de la fuerza de marea proporcionaría respuestas razonables para las preguntas incomprensibles relacionadas con la ocurrencia del terremoto de Tangshan, especialmente la enorme magnitud, la profundidad focal y la ocurrencia temporal. Se encontró que este modelo es el modelo más comprensible para explicar la causa del terremoto de Tangshan. Hay diferentes hipocentros para los terremotos de Tangshan de 1976 (Departamento de Prevención de Desastres Sísmicos, Oficina Sismológica de China, 1999). La estructura superficial de la corteza local cerca de Tangshan debe investigarse más a fondo, para comprender claramente el fondo tectónico de este fuerte terremoto, incluida la comprensión de las características de la zona de fractura de la superficie de este terremoto, su historia de actividad durante el cuaternario tardío y la actividad del terremoto paleoártico en el Holoceno.

Las siguientes investigaciones son propicias para presentar el estudio:

Gao et al. (1995) lograron el análisis de la división de ondas cortantes utilizando datos digitales en la región de Tangshan de 1982 a 1984 y sus resultados mostraron que el estrés en la región de Tangshan era muy complejo. Utilizando la estructura de velocidad S 3D y el método de función receptora de la corteza y el manto superior debajo del área de Tangshan. Liu et al. (2007) mostraron que los terremotos en el área de Tangshan se distribuyeron principalmente entre la corteza superior e inferior. Hu et al. (1993) señaló que las secuencias de terremotos de Tangshan fueron controladas principalmente por dos correas tectónicas: una es la falla de choque principal en dirección NNE; la otra es la falla ubicada en la parte suroeste del área de réplica en dirección NO, excepto la réplica de magnitud 7.1, otras 3 réplicas de magnitud mayor que 6 se referían a la falla NO (Bouasla, 2009).

CONCLUSIÓN

Después de la ocurrencia del terremoto de Ta ngshan, los sismólogos se han sentido desconcertados por muchas preguntas: ¿por qué el terremoto de Tangshan ocurrió en el lugar donde solo se observaron rupturas a pequeña escala en la superficie de la tierra y donde el movimiento neotectónico no está activo y no se registraron terremotos fuertes en la historia? ¿Por qué hay tantos terremotos fuertes en la secuencia del terremoto de Tangshan? ¿Por qué las anomalías de tendencia y estallido se distribuyen tan ampliamente? Y por qué algunas variaciones anómalas después del terremoto de Tangshan son aún más intensas y complejas que antes del terremoto (compile group for Tangshan earthquake en 1976, Oficina Sismológica Estatal, 1982)? Por lo tanto, este modelo es útil para comprender estas preguntas (Bouasla, 2009).

RECONOCIMIENTO

Me gustaría agradecer a los profesores Jin Zhenmin y Qu Guosheng por su dirección y ayuda.