Crustal study of the Pyrenees by refraction and wide-angle reflection using earthquakes as a natural seismic source

Amanda Antonio-Vigil; Mario Ruiz; Jorge Gallastegui; Jordi Díaz; Josep Gallart

doi:10.21701/bolgeomin.130.3.003

Autores/as

Amanda Antonio-Vigil Universidad de Oviedo
Mario Ruiz Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera - CSIC
Jorge Gallastegui Universidad de Oviedo
Jordi Díaz Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera - CSIC
Josep Gallart Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera - CSIC

DOI:

https://doi.org/10.21701/bolgeomin.130.3.003

Palabras clave:

geofísica, Pirineos, sísmica de refracción y reflexión de gran ángulo, sismicidad

Resumen

En este trabajo se analizan tres perfiles sísmicos de refracción y reflexión de gran ángulo registrados en los Pirineos con el fin de aportar nuevos conocimientos sobre su estructura cortical. Se emplearon como fuente sísmica varios terremotos de magnitud superior a 2.5 ocurridos en las proximidades de las líneas a estudiar. Se demuestra la viabilidad de utilizar sismicidad natural como fuente sísmica para la realización de perfiles de gran ángulo, lo que permite aprovechar despliegues dispuestos con otros objetivos. Se analizarán dos perfiles localizados en el Pirineo oriental (Cataluña) con direcciones N-S y E-O, y un tercero en el Pirineo occidental (Navarra) con dirección NE-SO, desplegados inicialmente para el registro de telesísmos y el análisis de funciones receptoras. Los perfiles adquiridos en el sector oriental del Pirineo permitieron acotar el techo de la corteza inferior a 20 km de profundidad. El perfil E-O muestra, en su extremo más oriental, el Moho como una rampa ascendente hacia el este, pasando de los 35-40 km de profundidad en la zona central del perfil a 25 km en su extremo oriental. El perfil de Navarra permitió acotar con gran detalle la estructura cortical del extremo occidental del Pirineo. El modelo obtenido muestra la indentación de la corteza inferior y media Europea en la corteza Ibérica. El Moho Europeo aparece a 30 km de profundidad en la zona central, mientras que el Moho Ibérico muestra una rampa buzante hacia el norte, llegando hasta a los 45-50 km de profundidad en su extremo más septentrional.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Anadón, P. y Roca, E. (1996). Geological setting of the Tertiary basins of Northeast Spain. En: Friend, P. F. y Dabrio, C. J. (Eds), Tertiary basins of Spain. The stratigraphy record of crustal kinematics. Cambridge University Press, 43-48. https://doi.org/10.1017/CBO9780511524851.010

Antonio-Vigil, A. (2017). Estudio cortical del Pirineo mediante refracción y reflexión de gran ángulo utilizando terremotos como fuente sísmica natural. Trabajo Final de Máster, Universidad de Oviedo. http://hdl.handle.net/10651/42889.

Buis, M. G. y Cugni, P. (1978). Les poudingues de Palassou entre l'Ariège et le Doutouyre (Pyrénées Ariégeoises). Bulletin de la Société d'Historie Natirelle de Toulouse, 114, 212-236.

Chevrot, S., Sylvander, M., Díaz, J., Martin, R., Mouthereau, F., Manatschal, G., Masini, E,m Calassou, S., Grimaud, F., Pauchet, H. y Ruiz, M. (2018) The non-cylindrical crustal architecture of the Pyreness. Scientific. Reports, 8:9591. https://doi.org/10.1038/s41598-018-27889-x

Chevrot, S., Sylvander, M., Díaz, J., Ruiz, M., y Paul, A., and the PYROPE Working Group. (2015). The Pyrenean architecture as revealed by teleseismic P-to-S converted waves recorded along two dense transect: Geophysical Journal International, 200, 1096-1107. https://doi.org/10.1093/gji/ggu400

Coney. P. J., Muñoz, J. A., McClay, K. R. y Evenchick, C. A. (1996). Syntectonic burial and post-tectonic exhumation of the southern Pyrenees foreland fold-thrust belt. Geological Society. London, 153-9,16. https://doi.org/10.1144/gsjgs.153.1.0009

Daignières, M., Gallart, J. y Banda, E. (1981). Lateral variation of the crust in the North Pyrenean Zone. Ann. Géophysique, 3, 435-456.

Daignières, M., Séguret, M., Specht, M. y ECORS Team. (1994). The Arzacq-Western Pyrenees ECORS Deep Seismic Profile. En: Mascle, A (Ed.), Hydrocarbon and petroleum geology of France. Springer, 199-208. https://doi.org/10.1007/978-3-642-78849-9_15

De Sitter, L. U. (1956). Structural Geology (International serie in the Earth sciences). McGraw-Hill 522 pp.

Déramond, J., Graham, R. H., Hossack, J. R., Bay, P. y Crouzet, G. (1985). Nouveau modèle de la Chaîne des Pyrénées. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences Série II, 301 (16), 1213-1216.

Déramond, J., Souquet, P., Fondecave-Wallez, M. J. y Spetch, M. (1993). Relationship between thrust tectonics and sequence stratigraphy surfaces in foredeps: model and examples from the Pyrenees (Cretaceous-Eocene, France, Spain). En: Williams, G. D. y Dobb, A (Eds.), Tectonics and seismic sequence stratigraphy. Geological Society London, Special Publications 71, 193-219. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1993.071.01.09

Díaz, J., y Gallart, J. (2009). Crustal structure beneath the Iberian Peninsula and surrounding waters: a new compilation of Deep seismic sounding results. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 173, 181-190. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2008.11.008

Díaz, J., Gallart, J. y Carbonell, R. (2016). Moho topography beneath the Iberian-Western Mediterranean region mapped from controlled-source and natural seismicity surveys. Tectonophysics, 692, 74-85. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.08.023

Díaz, J. Pedreira, D., Ruiz, M., Pulgar, J.A. y Gallart, J. (2012). Mapping the indentation between the Iberian and Eurasian plates beneath the Western Pyrenees/Eastern Cantabrian Mountains from receiver function analysis. Tectonophysics, 570-571, 114-122. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.07.005

Díaz, J., Vergés, J., Chevrot, S., Antonio-Vigil, A., Ruiz, M., Sylvander, M. y Gallart, J., (2018). Mapping the crustal structure beneath the eastern Pyrenees. Tectonophysics, 744, 296-309. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2018.07.011

Dumont, T., Replumaz, A., Rouméjon, S., Briais, A., Rigo, A. y Bouillin, J. P. (2015). Microseismicity of the Béarn range: Reactivation of inversion and collision structures at the northern edge of the Iberian plate. Tectonics, 34, 934-950. https://doi.org/10.1002/2014TC003816

Fischer, M. W. (1984). Thrust Tectonics in the North Pyrenees. Journal of Structural Geology, 6 (6), 721-726. Gallart, J., Banda, E. y Daignières, M. (1981). Crustal structure of the Paleozoic Axial Zone of the Pyrenees and transition to the North Pyrenean Zone. Annales Géophysique, 3, 457-480. https://doi.org/10.1016/0191-8141(84)90011-7

Gallart, J., Daignières, M., Banda, E., Suriñach, E. y Hirn, A. (1980). The eastern Pyrenean domain: lateral variation at crust-mantle level. Annales Géophysique, 2, 141-158.

Gallastegui, J., Pulgar, J.A., y Gallart, J. (2016). Alpine tectonic wedging and crustal delamination in the Cantabrian Mountains (NW Spain). Solid Earth, 7 (4), 1043.1057. https://doi.org/10.5194/se-7-1043-2016

Goldstein, P. y Minner, L. (1996). SAC2000: Seismic Signal Processing and Analysis Tools For the 21st Century. Seismological Research Letterst, 67, 39.

Goldstein, P., Dodge, D., Firpo, M. y Minner, L. (2003). SAC2000: Signal processing and analysis tools for seismologists and engineers. En: Lee, W. H. K., Kanamori, H., Jennings, P. C y Kisslinger, C., "The IASPEI International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology", Academic Press, London, 1613-1614. https://doi.org/10.1016/S0074-6142(03)80284-X

IGME. (1990). Documentos sobre la Geología del subsuelo de España. Tomo: VI: Ebro-Pirineos. Instituto Geológico y Minero de España (IGME), Serv. Public., Madrid. 45 pp.

Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (2000). Catalan Seismic Network. International Federation of Digital Seismograph Networks. Other/Seismic Network.

Lahr, J. C. (1999). A computer program for determining local earthquake hypocentral parameters, magnitude and first-motion pattern. U. S. Geol. Survey Open-file report, 99-23. https://doi.org/10.3133/ofr9923

Lahr, J. C. y Snoke J. A. (2003). The HYPOELLIPSE earthquake location program. En: Lee, W. H. K., Kanamori, H., Jennings, P. C. y Kisslinger, C (Eds) The IASPEI International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology, Vol. 81B. Academic Press, London, 1617-1618. https://doi.org/10.1016/S0074-6142(03)80286-3

Lee, W. H y Lahr, J. C. (1975). HYPO71 (revised): A computer program for determinig hypocenters, magnitudes and first motion pattern of local earthquakes. U. S. Geological Survey Open File report, 75-311, 116 pp. https://doi.org/10.3133/ofr75311

Mattauer, M. (1968): Les traits structuraux essentiels de la chaîne Pyrénéenne. Rev. Géogr. Phy. Géol. Dyn, 10, 312.

Matte, Ph. (1991). Accretionary history and crustal evolution of the Variscan belt in Western Europe. Tectonophysics, 196, 309-337. https://doi.org/10.1016/0040-1951(91)90328-P

Muñoz, J. A. (1992). Evolution of a continental collision belt: ECORS-Pyrenees crustal balanced cross-section. En: McKlay, K. (Ed.), Thrust Tectonics, Chapman & Hall, London, 234-246. https://doi.org/10.1007/978-94-011-3066-0_21

Palomeras, I., Carbonell, R., Flecha, I., Simancas, F., Ayarza, P., Matas, J., Martínez Poyatos, D., Azor, A., González-Lodeiro, F. y Pérez-Estaún, A. (2009). Nature of the lithosphere across the Variscan orogen of SW Iberian: Dense wide-angle seismic reflection data. Journal of Geophysical Research, 114, B02302. https://doi.org/10.1029/2007JB005050

Pedreira, D. (2004). Estructura cortical de la zona de transición entre los Pirineos y la Cordillera Cantábrica. Tesis Doctoral (Inédita), Universidad de Oviedo. España. 343 pp.

Pedreira, D., Afonso, J.C., Pulgar, J. A., Gallastegui, J., Carballo, A., Fernández, M., García-Castellanos, D., Jiménez-Munt, I., Sempirich, J., García-Moreno, O. (2015). Geophysical petrological modeling of the lithosphere beneath the Cantabrian Mountains and North-Iberian margin: geodynamic implications. Lithos 230, 46-68. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2015.04.018

Pedreira, D., Pulgar, J.A., Gallart, J. y Díaz, J. (2003). Seismic evidence of Alpine crustal thickening and wedging from the western Pyrenees to the Cantabrian Mountains (north Iberia). Journal of Geophysical Research, 108 (B4), 2204. https://doi.org/10.1029/2001JB001667

Pedreira, D., Pulgar, J.A., Gallart, J., Torné,M. (2007). Three-dimensional gravity and magnetic modeling of crustal indentation and wedging in the western Pyrenees Cantabrian Mountains. Journal of Geophysical Research. 112, B12405. https://doi.org/10.1029/2007JB005021

Pedrera, A., García-Senz, J., Ayala, C., Ruiz-Constanza, A., Rodríguez-Fernández, LR., Robardo, A. y González Menéndez, L. (2017) Reconstruction of the Exhumed Mantle Across the North Iberian Margin by Crustal-Scale 3-D Gravity Inversion and Geological Cross Section. Tectonics, 36, 3155-3177 pp. https://doi.org/10.1002/2017TC004716

Puigdefábregas, C. (1975) La sedimentación molásica en la cuenca de Jaca. Pirineos, 104: 1-188.

Pulgar, J.A., Gallart, J., Fernández-Viejo, G., Pérez-Estaún, A., Álvarez-Marrón, J. y ESCIN Group (1996). Seismic image of the Cantabrian Mountains in the western extension of the Pyrenees from integrated ESCIN reflection and refraction data. Tectonophysics, 264, 1-19. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(96)00114-X

RESIF. (1995). RESIF-RLBP French Broad-band network, RESIF-RAP strong motion network and other seismic stations in metropolitan France. RESIF - Réseau Sismologique et géodésique Français.

Souriau, A. y Pauchet, H. (1998). A new synthesis os Pyrenean seismicity and its tectonic implications. Tectonophysics, 290, 221-244. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00017-1

Souriau, A., Sylvander, M., Rigo, A., Fels, J. F., Douchain, J. M. y Ponsolles, C. (2001). Sismotectonique des Pyrenees: Principales constraintes sismologiques. Bulletin Socciété Géologique France, 172, N1, 25-39. https://doi.org/10.2113/172.1.25

Teixell, A. (1998). Crustal structure and orogenic material budget in the west central Pyrenees. Tectonics, 17 (3), 395-406. https://doi.org/10.1029/98TC00561

Teixell, A. y García-Sansegundo, J. (1995) Estructura del sector central de la Cuenca de Jaca (Pirineos meridionales). Revista de laSociedad Geológica de España, 8 (3), 215-228.

Vergés, J., Millán, H., Roca, E., Múñoz, J. A., Marzo, M., Cirés, J., Den Bezemer, T., Zoetemeijer, R. y Cloeting, S. (1995). Eastern Pyrennes and related forelan basin: pre-, syn-, and post-collisional crustal-scale cross-section. Marine and Petroleum Geology, 12 (8), 893-815. https://doi.org/10.1016/0264-8172(95)98854-X

Wang, Y., Chevrot, S., Monteiller, V., Komatitsch, D., Mouthereau, F., Manatschal, G., Sylvander, M., Díaz, J., Ruiz, M., Grimaud, F., Benahmed, S., Pauchet, H. y Martin, R. (2016). The deep roots of the western Pyrenees revealed by full waveform inversion of teleseismic P waves. Geology, 44 (6), 475-478. https://doi.org/10.1130/G37812.1

Williams, G. D. (1985). Thrust Tectonics in the South Central Pyrenees. Journal of Structural Geology, 7 (1), 11-17. https://doi.org/10.1016/0191-8141(85)90111-7

Zelt, C. A. (1999). Modelling strategies and model assessment for wide-angle seismic traveltime data. Geophysical Journal International, V. 139. I. 1, 1, Pp. 183-204. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1999.00934.x

Zelt, C.A. y Ellis, R.M. (1988). Practical and efficient ray tracing in two-dimensional media for rapid traveltime and amplitude forward modelling, Canadian Journal of Exploration Geophysics, Vol. 24, N.1, 16-31.

Zelt, C.A. y Smith, R.B. (1992). Seismic traveltime inversion for 2-D crustal velocity structure, Geophysical Journal International, 108, 16-34. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1992.tb00836.x