Obliquity limit of megathrust earthquakes

Resumen Técnico: Límite de oblicuidad de los terremotos de megacabalgamiento

Planteamiento del Problema
Los terremotos más grandes de la Tierra ocurren en megacabalgamientos de zonas de subducción, donde las placas tectónicas a menudo convergen de forma oblicua hacia la fosa. Esta convergencia oblicua genera un componente paralelo a la fosa del movimiento relativo de las placas que debe ser acomodado ya sea mediante el deslizamiento en el propio megacabalgamiento o mediante la deformación (específicamente fallamiento de rumbo o de desgarre) dentro de la placa superior. Mientras que los modelos tempranos propusieron un umbral crítico de oblicuidad de convergencia por encima del cual la deformación se particiona completamente en las fallas de desgarre de la placa superior, análisis geodésicos recientes indican que la deformación de la placa superior ocurre incluso con oblicuidades bajas, y que la relación entre la oblicuidad y la deformación del antearco varía significativamente entre márgenes. Se carecía de un marco cuantitativo que vinculara la oblicuidad de convergencia, la geometría de la subducción, la dirección del deslizamiento del megacabalgamiento y la deformación de la placa superior. Esta brecha dificulta las estimaciones precisas de la acumulación total de deformación (strain), el acoplamiento sísmico y los intervalos de recurrencia de los terremotos, particularmente porque los supuestos simplificadores comunes (que el deslizamiento del megacabalgamiento es totalmente normal a la fosa o totalmente paralelo a la fosa) representan erróneamente la acumulación real de deformación.

Metodología
Los autores combinan tres conjuntos de datos globales para cuantificar las oblicuidades de convergencia y de deslizamiento del megacabalgamiento: el catálogo del Tensor de Momento de Centroide Global (GCMT) (1976–2020) para los mecanismos focales de los terremotos, el modelo Slab2 para la geometría de la interfaz de subducción, y el Modelo de Tasa de Deformación Global (GSRM) para los movimientos de las placas. Para cada terremoto de cabalgamiento de la interfaz, calculan la oblicuidad de convergencia ($\beta$) y la oblicuidad de deslizamiento del terremoto ($\alpha$) con respecto al azimut de buzamiento local de la placa subducida.

Para explicar la sistemática observada, los autores desarrollan un modelo de minimización de trabajo mecánico. El modelo compara el trabajo tectónico requerido por dos configuraciones de deformación extremas:

1. Totalmente Particionada: La deformación paralela a la fosa es liberada enteramente por el fallamiento de desgarre de la placa superior, lo que resulta en un deslizamiento del megacabalgamiento normal a la fosa ($\alpha = 0$).
2. No Particionada: Toda la deformación oblicua es liberada por el deslizamiento del megacabalgamiento ($\alpha = \beta$).

El modelo asume que los terremotos liberan la deformación elástica acumulada de una manera que minimiza el trabajo tectónico total en el sistema acoplado de megacabalgamiento y placa superior. Al definir una relación de resistencia al corte efectiva ($R$) entre el megacabalgamiento y las fallas de desgarre de la placa superior, los autores derivan una expresión analítica para un límite de oblicuidad dependiente del buzamiento ($\beta_{rb}$). Además, desarrollan una formulación continua para identificar una oblicuidad de deslizamiento óptima ($\alpha_{opt}$) que minimice el trabajo total.

Para aplicar este marco, los autores estiman la relación de resistencia al corte efectiva a nivel de población ($R^*$) para 14 zonas de subducción globales. Utilizan una búsqueda de cuadrícula (grid search) para encontrar el valor de $R^*$ que sitúa la mayor fracción de eventos "particionados" observados (donde $\alpha < \beta$) en un régimen consistente con el modelo. También validan estos hallazgos contra indicadores de estrés independientes derivados de los valores-b de los terremotos.

Resultos Clave

• Sistemática Global: Globalmente, la mayoría de los terremotos de megacabalgamiento se deslizan de forma menos oblicua que la convergencia de placas local ($\alpha < \beta$), pero rara vez se deslizan en una dirección normal a la fosa; las oblicuidades de deslizamiento promedio por segmento oscilan típicamente entre 10 y 30 grados, desviándose del supuesto común de deslizamiento puramente ortogonal.
• Límite de Oblicuidad: Los datos respaldan un límite de oblicuidad de deslizamiento del megacabalgamiento dependiente del buzamiento. El modelo analítico predice un régimen "Particionado" (una zona prohibida para el deslizamiento del megacabalgamiento) donde la oblicuidad de convergencia excede un límite determinado por el buzamiento de la placa y la relación de resistencia $R$.
• Variabilidad Regional: El análisis de cuatro márgenes representativos (Sumatra, Aleutianas, Filipinas y Kermadec) revela distintas relaciones de resistencia óptimas ($R^*$) para cada región: Sumatra (1.74), Aleutianas (1.41), Filipinas (1.35) y Kermadec (3.75). Estos valores reflejan las variaciones locales en la resistencia del megacabalgamiento y los tipos de rocas de la placa superior. Sin embargo, en todos los casos, las oblicuidades de deslizamiento observadas se alinean con la dirección de deslizamiento óptima dependiente del buzamiento predicha por el modelo de minimización de trabajo.
• Partición de Deformación: A través de los 14 márgenes evaluados, aproximadamente el 68% de los 10,383 terremotos de megacabalgamiento analizados (y más del 80% de los eventos con $M_w \ge 7$) se deslizan de forma menos oblicua que la convergencia de placas local, lo que indica que una fracción sustancial de la deformación paralela a la fosa es acomodada por la deformación de la placa superior en lugar del deslizamiento del megacabalgamiento.

Significado y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar una base mecánica para estimar la acumulación de deformación en megacabalgamientos bajo convergencia oblicua. Al revisar la visión clásica de umbral de la partición de deformación, los autores argumentan que la transición entre la deformación particionada y la no particionada depende no solo de la oblicuidad de convergencia, sino también críticamente del buzamiento de la placa y de la relación de resistencia efectiva entre los sistemas de fallas.

Los autores sostienen que su marco de minimización de trabajo explica por qué las direcciones de deslizamiento de los megacabalgamientos son generalmente intermedias entre los extremos de deformación totalmente particionada y no particionada. Afirman que asumir cualquiera de los extremos (deslizamiento puramente ortogonal o deslizamiento totalmente paralelo a la fosa) introduce sesgos significativos en la estimación de la acumulación de deformación, el acoplamiento sísmico y los intervalos de recurrencia. Por ejemplo, en la zona de subducción de Cascadia, asumir una dirección de deslizamiento óptima en lugar de una convergencia puramente ortogonal o de convergencia totalmente paralela podría alterar las estimaciones de los tiempos de recurrencia en decenas de puntos porcentuales.

Además, el artículo sugiere que este mecanismo dependiente del buzamiento proporciona una explicación física para la traslación del antearco a largo plazo y el movimiento de terrenos a lo largo del tiempo geológico, vinculando la partición de deformación a escala de terremoto con el transporte tectónico a gran escala sin requerir una oblicuidad de convergencia extrema. El acuerdo entre las oblicuidades de deslizamiento observadas y el modelo energético simple sugiere que el buzamiento de la placa es un parámetro controlador previamente subestimado en la tectónica de subducción oblicua.