Fractal descomposition on morphotectonic subdomains of the morphologic lineaments map in the Deception Island (South Shetland, Antarctica)

C. Paredes; R. de la Vega; R. Pérez-López; J.L. Giner-Robles; J.J. Martínez-Díaz

doi:10.21701/bolgeomin.118.4.002

Autores/as

C. Paredes Departamento de Matemática Aplicada y Métodos Informáticos. E.T.S.I. de Minas. Universidad Politécnica de Madrid
R. de la Vega Departamento de Explotación de Recursos Minerales y Obras Subterráneas. E.T.S.I. de Minas. Universidad Politécnica de Madrid
R. Pérez-López Departamento de Ciencias Ambientales y Recursos Naturales. Facultad de Farmacia. Universidad San Pablo CEU
J.L. Giner-Robles Departamento de Ciencias Ambientales y Recursos Naturales. Facultad de Farmacia. Universidad San Pablo CEU
J.J. Martínez-Díaz Departamento de Geodinámica. Facultad de Ciencias Geológicas. Universidad Complutense de Madrid

DOI:

https://doi.org/10.21701/bolgeomin.118.4.002

Palabras clave:

Antártida, dimensión fractal, Isla Decepción, Levy-Lee, morfolineamiento, zonificación tectónica

Resumen

La isla Decepción (Archipiélago de las Shetland del Sur, Antártida) es una de las áreas sismo-volcánicas más activas de la Antártida. El último y reciente período eruptivo en 1967, 1969, 1970, y la elevada frecuencia de los terremotos de baja magnitud así lo evidencian. La isla se encuentra en un marco geodinámico complejo que establece SO-NE y NNO-SSE como direcciones de control tectónico más relevantes; sin embargo, se desconoce como afecta la compleja organización geométrica de las redes de fracturas y fallas en la distribución del volcanismo y la sismicidad en la isla. Para estudiar tal efecto, en este trabajo se confecciona una cartografía 1:25.000 de los lineamientos morfológicos sobre la isla, a partir de una síntesis bibliográfica, del análisis morfométrico del relieve y del procesado de imágenes aéreas, que ulteriormente es validada mediante comparación con un modelo de fracturación de la isla. Con el objeto de encontrar una estructura en los patrones de lineamientos sobre este mapa se ha analizado si se comporta con características fractales en agregación y ocurrencia. La agregación de lineamientos ha sido caracterizada según un modelo de Levy-Lee de exponente D, detectándose tres comportamientos en la distribución azimutal de la dimensión fractal: D<1,5, D≈1,5, y D>1,5, que diferencian seis sectores sobre la isla. La ocupación espacial de las fracturas ha sido caracterizada mediante la estimación de la dimensión fractal de recubrimiento Do, lo que ha permitido distinguir las áreas en las que éstos tienden a distribuirse uniformemente (mayores valores de Do≈1,62 en el NE de la isla) de las que lo hacen limitadamente (valores más bajos de Do≈1,39 en la zona SW). La evaluación conjunta de disposición geográfica de las zonas con características fractales de agregación y ocurrencia semejantes ha permitido establecer una subdivisión en zonas en las que la morfología de los patrones de los lineamientos morfotectónicos se comporta de forma semejante. La comparación de esta zonificación con la tipología del volcanismo y/o actividad reciente acontecida en su interior permite establecer una posible relación entre el tipo de actividad volcánica y la complejidad del patrón en el que ocurre.

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Citas

Aki, K. 1981. A probabilistic synthesis of precursory phenomena. In: Earthquake Prediction: an International Review. Maurice Ewing Ser., vol. 4. D.W. Simpson & P.G. Richards, AGU Washington DC, 566-574. https://doi.org/10.1029/ME004p0566

Almendros, J., Ibáñez, J., Alguacial, G., del Pezzo, E. y Ortiz, R. 1997. Array tracking of the volcanic tremor source at Deception Island, Antarctica. Geophysics Research Letters, 24, 3069-3072. https://doi.org/10.1029/97GL03096

Baraldo, A. y Rinaldi, C.A. 2000. Stratgrphy and structure of Deception Island, South Shetland Islands, Antarctica. Journal of South American Earth Sciences, 13, 785-796. https://doi.org/10.1016/S0895-9811(00)00060-2

Barton, C. C. 1995. Fractal analysis of scaling and spatial clustering of fractures. En: Barton, C. C. y La Pointe, P. R. (Eds.), Fractals in the earth sciences. Plenum Press, New York, 168 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1397-5_8

Birkenmajer, K. 1995. Volcano-structural evolution of the Deception Island volcano, West Antarctica. Terra Antarctica, 2(1), 33-40.

Bonnet, E., Bour, O., Odling, N. E., Davy, P., Main, I., Cowie, P., Berkowitz, B. 2001. Scaling of fracture systems in geological media. Reviews of Geophysics, 39(3), 347-383. https://doi.org/10.1029/1999RG000074

Fernández-Ibáñez,F., Pérez-López, R., Martínez-Díaz, J. J., Paredes, C., Giner-Robles, J. L., Caselli, A. T. e Ibáñez, J. M. 2005. Costa Recta Beach, Deception Island (West Antarctica): a retreated scarp of a submarine fault?. Antarctic Science, 17(3), 418-426. https://doi.org/10.1017/S0954102005002841

Galindo-Zaldivar, J., Gamboa, L., Maldonado, A., Nakao, S., Bochu, Y. 2006. Bransfield Basin tectonic evolution. En: Fütterer, D. K., Damaske, D., Kleinschmidt, G., Miller, H., Tessensohn, F. (eds.), Antarctica: Contributions to global earth sciences. Springer-Verlag, Berlin, 243-248. https://doi.org/10.1007/3-540-32934-X_29

Galindo-Zaldívar, J., A. Jabaloy, A. Maldonado and C. Sanz de Galdeano. 1996. Continental fragmentation along the South Scotia Ridge transcurrent plate boundary (NE Antarctic Peninsula), Tectonophysics, 259: 275-301. https://doi.org/10.1016/0040-1951(95)00211-1

Goltz, C. 1997. Fractal and chaotic properties of earthquakes. Springer Verlag. Berlin. 178 pp. https://doi.org/10.1007/BFb0028315

González-Casado, J. M., Giner-Robles, J. L. y López-Martínez, J. 2000. Bransfield basin, Antarctic Peninsula, not a normal backarc basin. Geology, 28(11), 1043-1046. https://doi.org/10.1130/0091-7613(2000)028<1043:BBAPNA>2.3.CO;2

González-Casado, J. M., López-Martínez, J., Giner, J. L., Durán, J. J., y Gumiel, P. 1999. Análisis de la microfracturación en la Isla Decepción, Antártida Occidental. Geogaceta, 26, 27-30.

Gutenberg, B. y Richter, C.F. 1956. Magnitude and energy of earthquakes. Ann. of Geophysics 9, 1-15. https://doi.org/10.4401/ag-5590

Ibáñez, J. M., del Pezzo, E., Almendros, J., la Rocca, M. Alguacil, G., Ortiz, R., García, A. 2000. Seismovilcanic signals at Deception Island volcano, Antarctica: wave field analysis and source modeling. Journal of Geophysical Research, 105(6), 13905-13931. https://doi.org/10.1029/2000JB900013

Ibáñez, J. M., Almendros, J., Carmona, E., Martínez-Arévalo, C., Abril, M. 2003a. The recent seismo-volcanic activity at Deception Island volcano. Deep-Sea Research II, 50, 1611-1629. https://doi.org/10.1016/S0967-0645(03)00082-1

Ibáñez, J. M., Carmona, E., Almendros, J., Saccorotti, G., del Pezzo, E., Abril, M., Ortiz, R. 2003b. The 1998-1999 seismic series at Deception Island volcano, Antarctica. Journal of Volcanology and Geothermal Reserach, 128, 65-88. https://doi.org/10.1016/S0377-0273(03)00247-6

Ishimoto, M. e Ida, K. 1939. Observations sur les seism enregistres par le microseismograph construit dernierement (I). Bull. Earthquake Res. Inst, 17, 443-478.

Jordan, G., 2003. Morphometric analysis and tectonic interpretation of digital terrain data: a case study. Earth Surf. Process. Landforms, 28, 807-822. https://doi.org/10.1002/esp.469

King, G. 1983. The accommodation of large strains in the upper lithosphere of the Earth and othe slids by selfsimilar fault system: the geometric origin of b-value. Pure and Applied Geophysics, 121, 761-815. https://doi.org/10.1007/BF02590182

Lawver, L.A., Sloan, B.J., Barker, D.H.N., Ghidella, M., Von Herzen, R.P., Keller, R.A., Klinkhammer, G.P., Chin, C.S., 1996. Distributed, active extension in Bransfield Basin, Antarctic Peninsula: Evidence from multibeam bathymetry. GSA Today 6, 1-6.

López-Martínez, J. y Serrano, E. 2002. En: Smellie, J. L., López-Martínez, J., Thomson, J. W. y Thomson, M. R. A. (eds.), Geology and Geomorphology of Deception Island. Sheets 6-A and 6-B, 1:25000. BAS Geomaps Series. Cambridge: British Antarctic Survey, 31-39.

Maestro, A., L. Somoza, A. Barnolas, J. Rey, J. Martínez-Frías y J. López-Martínez. 2005. Fracture patterns and stress field of Deception Island, West Antarctica. Geophysical Research abstracts, 7, 08583.

Maestro, A., L. Somoza, A. Barnolas, J. Rey, J. Martínez-Frías y J. López-Martínez. 2007. Active tectonics, fault patterns and stress field of Deception Island: A response to oblique convergence between the Pacific and Antarctic Plates, J. South Am. Earth Sci. 23: 256-268. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2006.09.023

Mandelbrot, B. B. 1982. The fractal geometry of nature. W. H. Freeman. San Francisco. 468 pp.

Martí, J., Baraldo, A. Y Rey, J. 1989. Origen y estructura de la isla Decepción (Islas Shetland del Sur). III Simposium de Estudios Antárticos, 187-191.

Mazzuoli, R., Omarini, R. H., Ortiz, R., Viramonte, J. G. y De Rosa, R. 1987. Mecanismos eruptivos de la actividad volcánica en la Isla Decepción (Shetland del Sur, Antártida). Asociación Geológica Argentina, Rev., XLIV (1-4), 259-269.

Muñoz-Martín, A., Catalán, M., Martín-Dávila, J. y Carbó, A. 2005. Upper crustal structure of Deception Island (Bransfield Strait, Antarctica) from gravity and magnetic modeling. Antarctic Science, 17, 213-224. https://doi.org/10.1017/S0954102005002622

Paredes, C. y Elorza, F.J. 1999. Fractal and multifractal analysis of fractures geological media: surface-subsurface correlation. Computer & Geosciences, 25, 1081-1096. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(99)00069-2

Paredes, C. Pérez-López, R., Giner-Robles, J.L.,Martínez-Díaz, J.J., de la Vega, R., de Vicente, S., Queral, C. y González-Casado, J.M. 2006. Stochastic three-dimensional conditioned distribution of faults potentially responsible of the seismo-volcanic activity in Deception Island (South Shetland - Antarctica). Terra Antarctica, 12, 133-144.

Pérez-López, R., Giner-Robles, J. L. Martínez-Díaz, J. J.

Rodríguez-Pascua, M. A. Bejar, M. Paredes, C., and González-Casado, J. M. 2007. Active tectonics on Deception Island (West-Antarctica): A new approach by using the fractal anisotropy of lineaments, fault slip measurements and the caldera collapse shape. In: Antarctica: A Keystone in a Changing World - Online Proceedings of the 10th ISAES, edited by A.K. Cooper and C.R. Raymond et al., USGS Open-File Report 2007-1047, Short Research Paper 086, 4 p..

Rey, J., De Andrés, J. R. y Fernández-López, J. M. 1989. Tectónica reciente en los depósitos submarinos de la bahía de Decepción. III Simposium de Estudios Antárticos, 258-270.

Rey, J., Somoza, L. y Martínez-Frías, J. 1995. Tectonic, volcanic, and hydrothermal event sequence on Deception Island (Antarctica). Geo-Marine Letters, 15, 1-8. https://doi.org/10.1007/BF01204491

Scholz, C. H. 1990. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge University Press, Cambridge, 439 p.

Smellie, J. L. 2002. En: Smellie, J. L., López-Martínez, J., Thomson, J.W. y Thomson, M. R. A. (Eds.), Geology and Geomorphology of Deception Island. Sheets 6-A and 6-B, 1:25000. BAS Geomaps Series. Cambridge: British Antarctic Survey, 11-30.

Somoza, L., Martinez-Frías, J., Smellie, J. L., Rey, J. y Maestro, A. 2004. Evidence for hidrotermal venting and sediment volcanism discharged after short-lived volcanic eruptions at Deception Island, Bransfield Strait, Antarctica. Marine Geology, 203, 119-140. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(03)00285-8

Sornette, A. y Sornette, D. 1989. Self-organized criticality and earthquakes. Europhysics Letters. 9, 197-202. https://doi.org/10.1209/0295-5075/9/3/002

Stoyan D. y Stoyan, H. 1994. Fractals, random shapes and point fields. Methods of geometrical statistics. John Wiley & Sons, 389 p.

Vila, J., Martí, J., Ortiz, R., García, A. y Correig, A. 1992. Volcanic tremors at Decption Island (South Shetland Islands, Antarctica). Journal of Volcanology and Geothermal Research, 53, 89-102. https://doi.org/10.1016/0377-0273(92)90076-P

Viramonte, J. G., Ramos, M., García, A., Suazo, C. y Díez-Gil, J.L. 1989. Perfiles magneticos sobre el sistema de fracturas del sector noroeste de Decepción. III Simposium de Estudios Antárticos, 250-253.