Constraints on upper plate deformation in the Nicaraguan subduction zone from earthquake relocation and directivity analysis

Abstract

In the Nicaraguan segment of the Central American subduction zone, bookshelf faulting has been proposed as the dominant style of Caribbean plate deformation in response to oblique subduction of the Cocos plate. A key element of this model is left‐lateral motion on arc‐normal strike‐slip faults. On 3 August 2005, a Mw 6.3 earthquake and its extensive foreshock and aftershock sequence occurred near Ometepe Island in Lake Nicaragua. To determine the fault plane that ruptured in the main shock, we relocated main shock, foreshock, and aftershock hypocenters and analyzed main shock source directivity using waveforms from the TUCAN Broadband Seismic Experiment. The relocation analysis was carried out by applying the hypoDD double‐difference method to P and S onset times and differential traveltimes for event pairs determined by waveform cross correlation. The relocated hypocenters define a roughly vertical plane of seismicity with an N60°E strike. This plane aligns with one of the two nodal planes of the main shock source mechanism. The directivity analysis was based on waveforms from 16 TUCAN stations and indicates that rupture on the N60°E striking main shock nodal plane provides the best fit to the data. The relocation and directivity analyses identify the N60°E vertical nodal plane as the main shock fault plane, consistent with the style of faulting required by the bookshelf model. Relocated hypocenters also define a second fault plane that lies to the south of the main shock fault plane with a strike of N350°E– N355°E. This fault plane became seismically active 5 h after the main shock, suggesting the influence of stresses transferred from the main shock fault plane. The August 2005 earthquake sequence was preceded by a small eruption of a nearby volcano, Concepción, on 28 July 2005. However, the local seismicity does not provide evidence for earthquake triggering of the eruption or eruption triggering of the main shock through crustal stress transfer.

En el segmento nicaragüense de la zona de subducción centroamericana, se ha propuesto el fallamiento en estantería como el estilo dominante de deformación de la placa del Caribe en respuesta a la subducción oblicua de la placa de Cocos. Un elemento clave de este modelo es el movimiento lateral izquierdo en fallas de desgarre de arco normal. El 3 de agosto de 2005, un terremoto de magnitud Mw 6.3 y su extensa secuencia de presíncope y réplicas ocurrió cerca de la Isla de Ometepe en el Lago de Nicaragua. Para determinar el plano de falla que se rompió en el sismo principal, reubicamos los hipocentros del sismo principal, del presíncope y de la réplica, y analizamos la directividad de la fuente del sismo principal utilizando formas de onda del Experimento Sísmico de Banda Ancha TUCAN. El análisis de reubicación se llevó a cabo aplicando el método de doble diferencia hypoDD a los tiempos de inicio de P y S y a los tiempos de viaje diferenciales para pares de eventos determinados por correlación cruzada de formas de onda. Los hipocentros reubicados definen un plano de sismicidad aproximadamente vertical con un rumbo N60°E. Este plano se alinea con uno de los dos planos nodales del mecanismo principal de la fuente de choque. El análisis de directividad se basó en formas de onda de 16 estaciones TUCAN e indica que la ruptura en el plano nodal del choque principal con rumbo N60°E proporciona el mejor ajuste a los datos. Los análisis de reubicación y directividad identifican el plano nodal vertical N60°E como el plano de falla del choque principal, en consonancia con el estilo de fallamiento requerido por el modelo de estantería. Los hipocentros reubicados también definen un segundo plano de falla que se encuentra al sur del plano de falla del choque principal con un rumbo de N350°E– N355°E. Este plano de falla se volvió sísmicamente activo 5 h después del choque principal, lo que sugiere la influencia de las tensiones transferidas desde el plano de falla del choque principal. La secuencia de terremotos de agosto de 2005 fue precedida por una pequeña erupción de un volcán cercano, el Concepción, el 28 de julio de 2005. Sin embargo, la sismicidad local no proporciona evidencia de que un terremoto haya desencadenado la erupción ni de que la erupción haya desencadenado el choque principal a través de la transferencia de tensión cortical.