Correlation between the age of the subducting Cocos Plate and the geometry of the Wadati-Benioff zone under Nicaragua and Costa Rica.

Abstract

High- resolution seismicity data from Costa Rica and southern Nicaragua have been used to image the geometry of the Wadati-Benioff zone under southern Central America. The data include 9,514 events with computed horizontal and vertical errors smaller than 4 and 5 km respectively. We found that under the Nicaragua- Costa Rica border the Wadati- Benioff zone contorts (from steep to shallow dip angles, northwest to southeast) but does not show evidence of a brittle tear, as postulated by others. Further to the southeast-northeast from Puerto Caldera- the Wadati-Benioff zone does, however, show a tear (the Quesada Sharp Contortion) at intermediate depths (h >70 km). Overall the dip angle of the Wadati-Benioff zone decreases from 84° under Nicaragua to 60° under central Costa Rica. The maximum depth of interaplate Wadati-Benioff zone earthquakes also decreases from northwest (-200 km under Nicaragua) to southeast (-125 km under central Costa Rica). In southern Costa Rica, east of 83°55 W, we find no evidence of the Wadati-Benioff zone below 50 km. This geometry of the Wadati-Benioff zone and other tectonic features related to the subduction of the Cocos plate beneath the Caribbean plate have been integrated into a model that correlates them with along- trench variations in age of the subducted Cocos plate. These tectonic featuresare (1) the shallowing of the Middle America Trech bathymetry from northwest to southeast, (2) differences in coupling between Cocos and Caribbean plates, (3) the termination of the Central America Volcanic Chain in central Costa Rica, and (4) distinct stress field variations on the overriding Caribbean plate. The subduction of the Cocos Ridge under southern Costa Rica is partially responsible for somo of these features (shallowing of the Middle America Trench in southern Costa Rica) and for the high uplift rates of the outer arc, However, since the presence of the Panama Fracture Zone limits the subducted extension of the Cocos Ridge to less that 100 km from the trench, we propose that the overall geometry of the Wadati- Benioff zone is controlled by abrupt along trench changes in the age of the subducted Cocos plate.

Se han utilizado datos de sismicidad de alta resolución de Costa Rica y el sur de Nicaragua para obtener imágenes de la geometría de la zona Wadati-Benioff en el sur de Centroamérica. Los datos incluyen 9.514 eventos con errores horizontales y verticales calculados de menos de 4 y 5 km respectivamente. Encontramos que bajo la frontera entre Nicaragua y Costa Rica la zona Wadati-Benioff se contorsiona (desde ángulos de inclinación pronunciados a poco profundos, de noroeste a sureste) pero no muestra evidencia de un desgarro frágil, como postulan otros. Más al sureste-noreste de Puerto Caldera, la zona Wadati-Benioff, sin embargo, muestra un desgarro (la Contorsión Afilada de Quesada) a profundidades intermedias (h >70 km). En general, el ángulo de inclinación de la zona Wadati-Benioff disminuye de 84° bajo Nicaragua a 60° bajo el centro de Costa Rica. La profundidad máxima de los terremotos de la zona interplaca Wadati-Benioff también disminuye desde el noroeste (-200 km bajo Nicaragua) al sureste (-125 km bajo el centro de Costa Rica). En el sur de Costa Rica, al este de 83°55 W, no encontramos evidencia de la zona Wadati-Benioff por debajo de los 50 km. Esta geometría de la zona Wadati-Benioff y otras características tectónicas relacionadas con la subducción de la placa de Cocos debajo de la placa del Caribe se han integrado en un modelo que las correlaciona con variaciones a lo largo de la trinchera en la edad de la placa de Cocos subducida. Estas características tectónicas son (1) la disminución de la batimetría de la Traza Mesoamericana de noroeste a sureste, (2) diferencias en el acoplamiento entre las placas de Cocos y el Caribe, (3) la terminación de la Cadena Volcánica de Centroamérica en el centro de Costa Rica, y ( 4 ) distintas variaciones del campo de tensiones en la placa superior del Caribe. La subducción de la Cordillera de Cocos en el sur de Costa Rica es parcialmente responsable de muchas de estas características (la disminución de la profundidad de la Fosa Mesoamericana en el sur de Costa Rica) y de las altas tasas de elevación del arco exterior. La Zona de Fractura limita la extensión subducida de la Cordillera de Cocos a menos de 100 km de la trinchera, proponemos que la geometría general de la zona Wadati-Benioff esté controlada por cambios abruptos a lo largo de la trinchera en la edad de la placa de Cocos subducida.